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Il LiDAR, noto anche come Light Detection and Ranging (Rilevamento e Misurazione della Distanza con Luce), è un sistema che combina laser, GPS (Global Positioning System) e unità di misura inerziale (IMU) per raccogliere dati e generare modelli digitali del terreno (DEM) precisi. Combinando queste tre tecnologie, il LiDAR è in grado di localizzare con precisione il punto in cui il raggio laser colpisce un oggetto e raggiungere una precisione centimetrica nella misurazione della distanza. I principali vantaggi del LiDAR sono la precisione e l'efficienza operativa.
La tecnologia LiDAR può ottenere informazioni accurate e precise, come la distanza e la velocità di un bersaglio, o ottenere immagini del bersaglio stesso. Il principio di funzionamento della tecnologia LiDAR prevede che il raggio laser venga indirizzato attraverso un'unità di scansione per formare una deviazione dell'angolo di fascio, che interagisce con il bersaglio producendo echi di riflessione/dispersione. Quando il ricevitore è attivo, i fotoni echi provenienti dal percorso originale possono raggiungere il ricevitore. Il ricevitore riceve il segnale tramite un fotodiodo e ottiene informazioni come la distanza e la velocità del bersaglio, oppure ottiene immagini tridimensionali tramite l'elaborazione del segnale.
Il LiDAR è costituito da quattro sistemi di base: il sistema di emissione laser, il sistema di ricezione laser, il sistema di elaborazione delle informazioni e il sistema di scansione. Questi quattro sistemi lavorano insieme per ottenere una grande quantità di informazioni sulla posizione in un breve periodo di tempo e utilizzano queste informazioni per ottenere una modellazione tridimensionale.
1. Sistema di emissione laser: una sorgente laser aziona periodicamente l'emettitore laser per emettere impulsi laser. Il modulatore laser controlla la direzione e il numero di raggi laser emessi tramite un controller di fascio, e il laser emesso viene diretto sull'oggetto bersaglio attraverso il sistema ottico di emissione.
2. Sistema di ricezione laser: un fotodiodo riceve il laser riflesso dall'oggetto bersaglio attraverso il sistema ottico di ricezione e genera un segnale di ricezione.
3. Sistema di elaborazione delle informazioni: i segnali ricevuti vengono amplificati, elaborati e convertiti in segnali digitali. Il modulo di elaborazione delle informazioni calcola quindi la forma della superficie, le proprietà fisiche e altre caratteristiche dell'oggetto target per stabilire un modello target.
4. Sistema di scansione: ruota a velocità stabile per scansionare l'aereo e generare informazioni sulla posizione in tempo reale.
La classificazione del LiDAR può essere effettuata in base a diversi fattori:
1. Classificazione funzionale e di utilizzo: LiDAR di tracciamento (per la misurazione di distanza e angolo), LiDAR di indicazione del bersaglio in movimento (per ottenere informazioni Doppler sul bersaglio), LiDAR di misurazione della velocità di flusso (per misurare informazioni Doppler), LiDAR di rilevamento del wind shear, LiDAR di identificazione del bersaglio, LiDAR di imaging (per misurare l'intensità riflessa e i segnali di distanza di diverse parti di un bersaglio) e LiDAR di rilevamento delle vibrazioni.
2. Classificazione del sistema operativo: LiDAR Doppler, LiDAR per immagini ad apertura sintetica, LiDAR ad assorbimento differenziale, LiDAR Phased Array, LiDAR portatile, LiDAR terrestre, LiDAR montato su veicolo, LiDAR aereo, LiDAR navale, LiDAR spaziale e LiDAR montato su missile.
3. Classificazione del mezzo di lavoro: LiDAR a stato solido, LiDAR a gas, LiDAR a semiconduttore, LiDAR a stato solido pompato a diodo, ecc.
4. Classificazione della tecnologia di rilevamento: tipo di rilevamento diretto, tipo di rilevamento coerente.
5. Classificazione della piattaforma: LiDAR portatile, LiDAR terrestre, LiDAR montato su veicolo, LiDAR aereo, LiDAR navale, LiDAR spaziale e LiDAR montato su missile, tra gli altri.
Il Lidar può essere classificato in base a diversi fattori:
1. Funzione e scopo: include il radar di tracciamento (per misurazioni di distanza e angolo), il radar di indicazione del bersaglio in movimento (per ottenere informazioni Doppler sul bersaglio), il radar di misurazione della velocità del flusso (per misurare informazioni Doppler), il radar di rilevamento del wind shear, il radar di riconoscimento del bersaglio, il radar di imaging (per misurare l'intensità di riflessione e la distanza di diverse parti di un bersaglio) e il radar di rilevamento delle vibrazioni.
2. Sistema operativo: include lidar Doppler, lidar ad apertura sintetica, lidar ad assorbimento differenziale, lidar a matrice di fase, lidar portatile, lidar terrestre, lidar montato su veicolo, lidar aereo, lidar navale e lidar satellitare.
3. Mezzo di lavoro: include lidar a stato solido, lidar a gas, lidar a semiconduttore, lidar a stato solido pompato a diodo, ecc.
4. Tecnologia di rilevamento: comprende il tipo di rilevamento diretto e il tipo di rilevamento coerente.
5. Piattaforma: comprende lidar portatile, lidar terrestre, lidar montato su veicolo, lidar aereo, lidar navale, lidar basato su missile e lidar trasportato.
I vantaggi del radar laser includono:
1. Alta risoluzione: il radar laser può raggiungere un'elevata risoluzione angolare, di distanza e di velocità, il che significa che può produrre immagini molto nitide utilizzando tecniche di imaging Doppler.
2. Elevata precisione: i raggi laser si propagano in linea retta, hanno una buona direzionalità, fasci stretti e bassa dispersione, il che si traduce in un'elevata precisione.
3. Forte resistenza alle interferenze attive: a differenza dei radar a microonde e a onde millimetriche, che possono essere facilmente influenzati dalle onde elettromagnetiche ampiamente presenti in natura, il radar laser ha poche fonti di interferenza in natura, il che lo rende altamente resistente alle interferenze attive.
4. Ha una risoluzione estremamente elevata in termini di distanza, angolo e velocità: la precisione del rilevamento è nell'ordine dei centimetri, consentendo l'identificazione precisa dei contorni e delle distanze specifiche degli ostacoli senza perdere o valutare male gli ostacoli davanti a sé.
5. Acquisizione di informazioni complete: il radar laser può acquisire direttamente informazioni come distanza, angolo, intensità di riflessione e velocità dei bersagli, e può generare immagini multidimensionali degli stessi. I laser ad alta frequenza possono ottenere circa 1,5 milioni di informazioni sulla posizione dei punti al secondo, recuperando accuratamente le caratteristiche tridimensionali dell'ambiente circostante utilizzando le informazioni sulla distanza provenienti da queste nuvole di punti.
6. Funzionamento in tutte le condizioni atmosferiche: a differenza del radar a onde millimetriche, il radar laser può rilevare corpi umani e il suo raggio di rilevamento è più ampio di quello delle telecamere.
7. Ampio raggio di rilevamento: la lunghezza d'onda del radar laser è di migliaia di nanometri, con buona direzionalità, nessuna deviazione e nessuna diffusione con l'aumentare della distanza. Non è limitato da pixel e luce.
