כמושג, לידר קיים כבר עשרות שנים. עם זאת, העניין בטכנולוגיה זו גדל בחדות בשנים האחרונות, כאשר החיישנים הופכים קטנים יותר, מורכבים יותר, והיקף המוצרים עם טכנולוגיית לידר מתרחב יותר ויותר.
המילה lidar היא תעתיק של LIDAR (Light Detection and Ranging). זוהי טכנולוגיה לקבלת מידע ועיבוד על אובייקטים רחוקים באמצעות מערכות אופטיות אקטיביות המשתמשות בתופעות של השתקפות אור ופיזור במדיה שקופה ושקופה למחצה. לידר כמכשיר דומה לרדאר, לכן היישום שלו הוא תצפית וגילוי, אך במקום גלי רדיו, כמו במכ"ם, הוא משתמש באור שנוצר ברוב המכריע של המקרים על ידי לייזר. המונח lidar משמש לעתים קרובות לסירוגין עם Ladar, שמייצג זיהוי ולייזר לייזר, למרות שג'ו באק, ראש המחקר בחברת Coherent Technologies, חלק מחטיבת מערכות החלל של לוקהיד מרטין, אומר כי שני המושגים הם מבחינה טכנית שונים. "כשאתה מסתכל על משהו שעשוי להיחשב לאובייקט רך, כמו חומר חלקיקי או אירוסול באוויר, מומחים נוטים להשתמש בלידאר כשמדברים על זיהוי אובייקטים אלה. כשאתה מסתכל על אובייקטים מוצקים ומוצקים כמו מכונית או עץ, אז אתה נוטה להישען לכיוון המונח לדאר ". למידע נוסף על לידר מבחינה מדעית, עיין בסעיף "לידר: איך זה עובד".
"לידר היה נושא מחקר במשך עשרות שנים רבות מאז הקמתו בתחילת שנות השישים", המשיך באק. עם זאת, העניין בה גדל באופן ניכר מתחילת המאה הזו, הודות, קודם כל, להתקדמות הטכנולוגית. הוא השתמש בעיבוד צמצם סינתטי כדוגמה. ככל שהטלסקופ גדול יותר, כך ניתן להשיג את הרזולוציה של האובייקט. אם אתה צריך רזולוציה גבוהה במיוחד, ייתכן שיהיה צורך במערכת אופטית הרבה יותר גדולה, מה שאולי לא יהיה מעשי במיוחד מבחינה מעשית. הדמיית צמצם סינתטי פותרת בעיה זו באמצעות פלטפורמה נעה ועיבוד אותות כדי להשיג צמצם בפועל שיכול להיות גדול בהרבה מהצמצם הפיזי. מכ"מים צמצמים סינתטיים (SAR) היו בשימוש במשך עשרות שנים רבות. עם זאת, רק בתחילת שנות האלפיים החלו הדגמות מעשיות של הדמיה אופטית של צמצם סינתטי, למרות העובדה כי לייזרים כבר היו בשימוש נרחב באותה תקופה. "למעשה, לקח יותר זמן לפתח מקורות אופטיים שיהיו להם יציבות מספקת על פני טווח התאמות רחב … שיפור החומרים, מקורות האור והגלאים (המשמשים בלידאר) ממשיך. לא רק שיש לך כעת את היכולת לבצע את המדידות האלה, אתה יכול לבצע אותן בבלוקים קטנים, מה שהופך את המערכות למעשיות מבחינת גודל, משקל וצריכת חשמל ".
זה גם הופך להיות קל יותר ומעשי יותר לאסוף נתונים מהלידר (או מידע שנאסף על ידי הלידר). באופן מסורתי, הוא הורכב מחיישני מטוסים, אומר ניק רוזנגרטן, ראש קבוצת מוצרי הניצול הגיאו -מרחבי ב- BAE Systems.עם זאת, כיום ניתן להתקין חיישנים ברכבים קרקעיים או אפילו בתיקי גב, מה שמרמז על איסוף נתונים אנושיים. "זה פותח שלל אפשרויות, כעת ניתן לאסוף נתונים הן בפנים והן בחוץ", הסביר רוזנגרטן. מאט מוריס, ראש פתרונות גיאו -מרחביים בטקסטרון מערכות, אומר, "הלידר הוא מאגר נתונים מדהים באמת מכיוון שהוא מספק את הפרטים המפורטים ביותר על פני כדור הארץ. הוא נותן תמונה הרבה יותר מפורטת, כביכול, כהה יותר מטכנולוגיית DTED (Digital Terrain Elevation Data), המספקת מידע בנוגע לגובה פני כדור הארץ בנקודות מסוימות. אולי אחד ממקרי השימוש החזקים ביותר ששמעתי מהלקוחות הצבאיים שלנו הוא התרחיש של פריסה בשטח לא מוכר, כי הם צריכים לדעת לאן הם הולכים … לטפס על גג או לטפס על גדר. נתוני DTED אינם מאפשרים לך לראות זאת. אתה אפילו לא תראה את הבניינים ".
מוריס ציין כי אפילו נתוני גובה שטח מסורתיים ברזולוציה גבוהה לא יאפשרו לך לראות את התכונות הללו. אבל הלידר מאפשר לך לעשות זאת בגלל "מרווח המיקום" שלו - מונח המתאר את המרחק בין עמדות שניתן להציג במדויק במערך הנתונים. במקרה של לידר, ניתן לצמצם את "המגרש" לסנטימטרים, "כך שתוכל לדעת בדיוק את גובה גג הבניין או את גובה הקיר או את גובה העץ. זה באמת מגביר את רמת המודעות התלת מימדית (תלת מימדית) ". בנוסף, העלות של חיישני לידר יורדת כמו גודלם, מה שהופך אותם לזולים יותר. "לפני עשר שנים מערכות חיישן לידר היו גדולות מאוד ויקרות מאוד. הייתה להם באמת צריכת חשמל גבוהה. אך ככל שהם התפתחו, הטכנולוגיות השתפרו, הפלטפורמות הלכו וקטנו בהרבה, צריכת האנרגיה ירדה ואיכות הנתונים שהפיקו עלתה ".
מוריס אמר כי השימוש העיקרי בלידר בתחום הצבאי הוא בתכנון תלת מימד ואימון משימות קרביות. לדוגמה, מוצר סימולציית הטיסה של חברת Lidar Analyst של החברה שלו מאפשר למשתמשים לצבור כמויות גדולות של נתונים ו"ליצור במהירות דגמי תלת מימד אלה, ואז הם יכולים לתכנן את המשימות שלהם בצורה מדויקת מאוד ". אותו דבר לגבי פעולות קרקעיות. מוריס הסביר: "המוצר שלנו משמש לתכנון מסלולי כניסה ויציאה לאזור המטרה, ומאחר והנתונים הגולמיים הם ברזולוציה גבוהה, אפשר לבצע ניתוח מדויק מאוד של המצב בטווח הראייה".
יחד עם לידר אנליסט, פיתחה טקסטרון את RemoteView, מוצר תוכנת ניתוח תמונות עבור צבא ארה"ב וסוכנויות הביון. תוכנת RemoteView יכולה להשתמש במגוון מקורות נתונים, כולל נתוני lidar. BAE מערכות מספקת גם תוכנות לניתוח גיאו -מרחבי, מוצר הדגל שלה כאן הוא SOCET GXP, המספק יכולות רבות, כולל שימוש בנתוני לידר. בנוסף, Rosengarten הסביר כי החברה פיתחה את טכנולוגיית GXP Xplorer, שהיא יישום לניהול נתונים. טכנולוגיות אלה מתאימות למדי ליישומים צבאיים. רוזנגרטן, למשל, הזכיר כלי לחישוב אזור נחיתת המסוקים המהווה חלק מתוכנת SOCET GXP. "זה יכול לקחת נתוני לידר ולספק למשתמשים מידע על אזורים בשטח שעשויים להספיק למסוק לנחות". לדוגמה, הוא יכול לומר להם אם יש מכשולים אנכיים בדרך, כגון עצים: "אנשים יכולים להשתמש בכלי זה כדי לזהות אזורים שעשויים להתאים ביותר כנקודת פינוי במהלך משברים הומניטאריים". רוזנגרטן גם הדגיש את הפוטנציאל של אריחים, כאשר מערכי נתונים לידריים רבים נאספים מאזור ספציפי ונתפרים יחד.הדבר מתאפשר על ידי "הנאמנות המוגברת של מטא נתונים של חיישן לידר בשילוב עם תוכנות כגון יישום SOCET GXP של BAE Systems, שיכול להפוך מטא נתונים לאזורים מדויקים בשטח, המחושבים באמצעות נתונים גיאו -מרחביים. התהליך מבוסס על נתוני לידר ואינו תלוי באופן איסוף הנתונים ".
איך זה עובד: לידר
לידר פועל על ידי הארת המטרה באור. הלידר יכול להשתמש באור בטווחים הנראים, האולטרה סגולים או ליד אינפרא אדום. עקרון הפעולה של הלידר פשוט. האובייקט (פני השטח) מואר בדופק אור קצר, הזמן שאחריו האות חוזר למקור נמדד. לידר משגר פולסים קצרים ומהירים של קרינת לייזר על אובייקט (משטח) בתדירות של עד 150,000 פולסים בשנייה. חיישן במכשיר מודד את הזמן בין העברת דופק אור להחזרתו, מתוך הנחה למהירות אור קבועה של 299792 קמ ש. על ידי מדידת מרווח הזמן הזה, ניתן לחשב את המרחק בין הלידר לחלק נפרד מהאובייקט, ולפיכך לבנות תמונה של האובייקט בהתבסס על מיקומו ביחס ללידר.
גזירת רוח
בינתיים, באק הצביע על יישומים צבאיים אפשריים של טכנולוגיית WindTracer של לוקהיד מרטין. הטכנולוגיה המסחרית WindTracer משתמשת בלידר למדידת גזירת רוח בשדות תעופה. אותו תהליך יכול לשמש בתחום הצבאי, למשל, לטיפות אוויר מדויקות. "אתה צריך להוריד אספקה מגובה מספיק גבוה, בשביל זה אתה שם אותם על משטחים ומוריד אותם מצנח. עכשיו נראה איפה הם נוחתים? אתה יכול לנסות ולחזות לאן הם יילכו, אך הבעיה היא שככל שאתה יורד, גזירת הרוח משנה כיוון בגבהים שונים ", הסביר. - ואז איך אתה מנבא היכן תנחת המזרן? אם אתה יכול למדוד את הרוח ולייעל את המסלול, תוכל לספק אספקה בדיוק גבוה מאוד ".
לידר משמש גם ברכבים קרקעיים לא מאוישים. לדוגמה, יצרן כלי הרכב הקרקעיים האוטומטיים (AHA), Roboteam, יצר כלי שנקרא Top Layer. זוהי מיפוי תלת מימד וטכנולוגיית ניווט אוטונומית המשתמשת בלידר. Top Layer משתמשת בלידר בשתי דרכים, אומר שחר אבוחזירה, ראש Roboteam. הראשון מאפשר מיפוי בזמן אמת של חללים סגורים. "לפעמים הסרטון אינו מספיק בתנאים תת קרקעיים, למשל, הוא עשוי להיות כהה מדי או שהנראות התדרדרה עקב אבק או עשן", הוסיף אבוצ'זירה. - היכולות של לידר מאפשרות לך להתרחק ממצב עם אוריינטציה אפסית והבנת הסביבה … עכשיו הוא ממפה את החדר, הוא ממפה את המנהרה. מיד אתה יכול להבין את המצב, גם אם אינך רואה דבר וגם אם אינך יודע היכן אתה נמצא ".
השימוש השני בלידאר הוא האוטונומיה שלו, שעוזרת למפעיל לשלוט ביותר ממערכת אחת בכל רגע נתון. "מפעיל אחד יכול לשלוט ב- AHA אחד, אך ישנם שני רכבי AHA אחרים שפשוט עוקבים אחר רכב שנשלט על ידי בני אדם ועוקבים אחריו", הסביר. באופן דומה, חייל יכול להיכנס למתחם וה- ANA פשוט עוקב אחריו, כלומר, אין צורך לשים בצד נשק כדי להפעיל את המנגנון. "זה הופך את העבודה לפשוטה ואינטואיטיבית." ה- AHA Probot הגדול יותר של רובוטים כולל גם לידר על הסיפון שיעזור לו לנסוע למרחקים ארוכים. "אינך יכול לדרוש ממפעיל ללחוץ על כפתור במשך שלושה ימים ברציפות … אתה משתמש בחיישן לידר כדי לעקוב אחר החיילים, או לעקוב אחר המכונית, או אפילו לעבור אוטומטית מנקודה אחת לאחרת, הלידר יעזור לך במצבים אלה. הימנע ממכשולים ". אבוחזירה מצפה לפריצות דרך גדולות בתחום זה בעתיד.לדוגמה, משתמשים רצו לקבל מצב שבו אדם ואנ"א מתקשרים כמו שני חיילים. "אתם לא שולטים אחד בשני. אתם מסתכלים זה על זה, אתם קוראים זה לזה, ואתם פועלים בדיוק כפי שאתם צריכים. אני מאמין שבמובן מסוים נקבל את רמת התקשורת הזו בין אנשים ומערכות. זה יהיה יעיל יותר. אני מאמין שהלידארים מובילים אותנו בכיוון הזה ".
בוא נלך למחתרת
אבוחזירה גם מקווה שחיישני לידר ישפרו את הפעילות בסביבות תת קרקעיות מסוכנות. חיישני Lidar מספקים מידע נוסף בעת מיפוי מנהרות. בנוסף, הוא הבחין שלפעמים במנהרה קטנה וחשוכה, ייתכן שהמפעיל אפילו לא מבין שה- AHA מוביל בכיוון הלא נכון. “חיישני Lidar עובדים כמו GPS בזמן אמת וגורמים לתהליך להרגיש כמו משחק וידאו. אתה יכול לראות את המערכת שלך במנהרה, אתה יודע לאן אתה הולך בזמן אמת.
ראוי לציין שחיישני לידר הם מקור נתונים נוסף ואין לראות בהם תחליף ישיר לרדאר. באק שם לב שיש הבדל גדול באורך הגל בין שתי הטכנולוגיות, שיש להן יתרונות וחסרונות משלהן. לעתים קרובות הפתרון הטוב ביותר הוא להשתמש בשתי הטכנולוגיות, למשל, מדידת פרמטרי רוח בעזרת ענן אירוסול. אורכי גל קצרים יותר של חיישנים אופטיים מספקים זיהוי כיוון טוב יותר בהשוואה לאורכי גל ארוכים יותר של חיישן RF (מכ"ם). עם זאת, תכונות השידור של האטמוספירה שונות מאוד לשני סוגי החיישנים. "המכ"ם מסוגל לעבור דרך סוגים מסוימים של עננים שקשה לידר להתמודד איתם. אבל בערפל, למשל, לידר יכול לבצע מעט יותר טוב מאשר מכ"ם ".
רוזנגרטן אמר כי שילוב הלידר עם מקורות אור אחרים כגון נתונים פנכרומטיים (כאשר הדמיה באמצעות מגוון רחב של אורכי גל אור) תיתן תמונה מלאה של אזור העניין. דוגמה טובה כאן היא ההגדרה של אתר נחיתת מסוקים. לידר יכול לסרוק אזור ולומר שיש לו שיפוע אפס, ללא קשר לעובדה שהוא בעצם מסתכל על האגם. מידע מסוג זה ניתן להשיג באמצעות מקורות אור אחרים. רוזנגרטן סבור שהתעשייה בסופו של דבר תמזג טכנולוגיות, ותאגד מקורות שונים של נתוני אור חזותיים ואחרים. "היא תמצא דרכים להביא את כל הנתונים למטרייה אחת … קבלת מידע מדויק ומקיף היא יותר מסתם שימוש בנתוני לידר, אלא משימה מורכבת הכוללת את כל הטכנולוגיות הזמינות."
