Com a concepte, lidar existeix des de fa dècades. No obstant això, l’interès per aquesta tecnologia ha crescut bruscament en els darrers anys, a mesura que els sensors es fan més petits, més complexos i l’abast dels productes amb tecnologia lidar s’està expandint cada vegada més.
La paraula lidar és una transliteració de LIDAR (Light Detection and Ranging). Es tracta d’una tecnologia per obtenir i processar informació sobre objectes llunyans mitjançant sistemes òptics actius que utilitzen els fenòmens de reflexió i dispersió de la llum en suports transparents i semitransparents. Lidar com a dispositiu és similar a un radar, per tant, la seva aplicació és l'observació i detecció, però en lloc d'ones de ràdio, com en un radar, utilitza la llum generada en la immensa majoria dels casos per un làser. El terme lidar s'utilitza sovint indistintament amb Ladar, que significa la detecció i l'abastament del làser, tot i que Joe Buck, cap de recerca de Coherent Technologies, que forma part de la divisió de sistemes espacials de Lockheed Martin, diu que els dos conceptes són diferents des del punt de vista tècnic. "Quan mireu alguna cosa que es podria considerar un objecte tou, com ara partícules o aerosols a l'aire, els experts solen utilitzar lidar quan parlen de la detecció d'aquests objectes. Quan mireu objectes sòlids i sòlids com un cotxe o un arbre, tendeu a inclinar-vos cap al terme Ladar ". Per obtenir una mica més d'informació sobre lidar des d'un punt de vista científic, consulteu la secció "Lidar: Com funciona".
"Lidar ha estat objecte d'investigació durant moltes dècades des dels seus inicis a principis dels anys seixanta", va continuar Buck. Tanmateix, l’interès per això ha crescut notablement des de principis d’aquest segle, gràcies, en primer lloc, al progrés tecnològic. Va utilitzar la representació d'obertura sintètica com a exemple. Com més gran sigui el telescopi, més alta es pot obtenir la resolució de l'objecte. Si necessiteu una resolució extremadament alta, potser caldrà un sistema òptic molt més gran, que potser no sigui molt pràctic des del punt de vista pràctic. Les imatges d’obertura sintètica resolen aquest problema mitjançant l’ús d’una plataforma mòbil i el processament del senyal per obtenir una obertura real que pot ser molt més gran que l’obertura física. Els radars d’obertura sintètica (SAR) s’utilitzen des de fa moltes dècades. Tanmateix, no va ser fins a principis de la dècada de 2000 que van començar les demostracions pràctiques de la imatge òptica d'obertura sintètica, malgrat que els làsers ja eren àmpliament utilitzats en aquell moment. “De fet, va trigar més temps a desenvolupar fonts òptiques que tinguessin una estabilitat suficient en una àmplia gamma d’ajustaments … La millora de materials, fonts de llum i detectors (que s’utilitzen en lidars) continua. Ara no només teniu la possibilitat de prendre aquestes mesures, sinó que podeu fer-los en petits blocs, cosa que fa que els sistemes siguin pràctics en termes de mida, pes i consum d'energia ".
També es fa més fàcil i pràctic recopilar dades del lidar (o informació recollida pel lidar). Tradicionalment, s’ha muntat a partir de sensors d’avions, diu Nick Rosengarten, cap del grup de productes d’explotació geoespacial de BAE Systems. No obstant això, avui en dia, els sensors es poden instal·lar en vehicles terrestres o fins i tot en motxilles, cosa que implica la recollida de dades humanes. "Això obre una gran quantitat de possibilitats, ara es poden recopilar dades tant a l'interior com a l'exterior", va explicar Rosengarten. Matt Morris, cap de solucions geoespacials de Textron Systems, diu: “El lidar és un conjunt de dades realment sorprenent perquè proporciona el detall més detallat a la superfície de la Terra. Ofereix una imatge molt més detallada i, per dir-ho d’alguna manera, més tenyida que la tecnologia DTED (Digital Terrain Elevation Data), que proporciona informació sobre l’elevació de la superfície terrestre en determinats punts. Potser un dels casos d’ús més potents que he sentit als nostres clients militars és l’escenari de desplegament en terrenys desconeguts, perquè han de saber cap a on aniran … per pujar al terrat o escalar una tanca. Les dades DTED no permeten veure això. Ni tan sols veureu els edificis ".
Morris va assenyalar que fins i tot algunes dades tradicionals d’elevació del terreny en alta resolució no us permetran veure aquestes funcions. Però el lidar permet fer-ho a causa del seu "espaiat de posició", un terme que descriu la distància entre posicions que es pot mostrar amb precisió a la matriu de dades. En el cas d'un lidar, la "inclinació" es pot reduir a centímetres, "de manera que pugueu conèixer exactament l'alçada del sostre d'un edifici o l'alçada d'una paret o l'altura d'un arbre. Això realment augmenta el nivell de consciència de la situació en tres dimensions (3D) ". A més, el cost dels sensors lidar disminueix, igual que la seva mida, cosa que els fa més assequibles. “Fa deu anys, els sistemes de sensor lidar eren molt grans i costaven molt. Realment tenien un alt consum d'energia. Però a mesura que es van desenvolupar, les tecnologies van millorar, les plataformes es van reduir molt, el consum d’energia va disminuir i la qualitat de les dades que van generar va augmentar ".
Morris va dir que l'ús principal del lidar en el camp militar és en la planificació 3D i l'entrenament de missions de combat. Per exemple, el producte de simulació de vol Lidar Analyst de la seva empresa permet als usuaris agafar grans quantitats de dades i "generar ràpidament aquests models 3D, perquè puguin planificar les seves missions amb molta precisió". El mateix passa amb les operacions terrestres. Morris va explicar: "El nostre producte s'utilitza per planificar rutes d'entrada i sortida a l'àrea objectiu i, atès que les dades brutes són d'alta resolució, és possible realitzar una anàlisi molt precisa de la situació dins de la línia de visió".
Juntament amb Lidar Analyst, Textron ha desenvolupat RemoteView, un producte de programari d’anàlisi d’imatges per a les agències militars i d’intel·ligència dels EUA. El programari RemoteView pot utilitzar diverses fonts de dades, incloses les dades de lidar. BAE Systems també proporciona programari per a l'anàlisi geoespacial, el seu producte estrella aquí és SOCET GXP, que proporciona moltes funcions, inclòs l'ús de dades lidar. A més, Rosengarten va explicar que la companyia ha desenvolupat la tecnologia GXP Xplorer, que és una aplicació de gestió de dades. Aquestes tecnologies són molt adequades per a aplicacions militars. Rosengarten, per exemple, va esmentar una eina per calcular la zona d’aterratge de l’helicòpter que forma part del programari SOCET GXP. "Pot prendre dades de lidar i proporcionar als usuaris informació sobre les zones del terreny que poden ser suficients per aterrar un helicòpter". Per exemple, els pot dir si hi ha obstacles verticals en el camí, com ara els arbres: "La gent pot utilitzar aquesta eina per identificar les zones que podrien ser més adequades com a punt d'evacuació durant les crisis humanitàries". Rosengarten també va destacar el potencial de l'enrajolat, on es recopilen múltiples conjunts de dades lidars d'una àrea específica i es combinen. Això és possible gràcies a la "major fidelitat de les metadades del sensor lidar en combinació amb programari com l'aplicació SOCET GXP de BAE Systems, que pot convertir les metadades en zones precises sobre el terreny, calculades mitjançant dades geoespacials. El procés es basa en dades lidar i no depèn de com es recopilin les dades ".
Com funciona: lidar
Lidar funciona il·luminant l'objectiu amb llum. El lidar pot utilitzar la llum en els rangs visible, ultraviolat o infrarojos propers. El principi de funcionament del lidar és senzill. L’objecte (superfície) s’il·lumina amb un curt impuls de llum, es mesura el temps després del qual el senyal torna a la font. Lidar llança ràpids impulsos curts de radiació làser sobre un objecte (superfície) amb una freqüència de fins a 150.000 impulsos per segon. Un sensor del dispositiu mesura el temps entre la transmissió d’un pols de llum i el seu reflex, suposant una velocitat de llum constant de 299792 km / s. Mesurant aquest interval de temps, és possible calcular la distància entre el lidar i una part separada de l’objecte i, per tant, construir una imatge de l’objecte en funció de la seva posició respecte al lidar.
Cisalla del vent
Mentrestant, Buck va assenyalar possibles aplicacions militars de la tecnologia WindTracer de Lockheed Martin. La tecnologia comercial WindTracer utilitza lidar per mesurar la cisalla del vent als aeroports. El mateix procés es pot utilitzar en el camp militar, per exemple, per als llançaments de precisió. “Cal deixar els subministraments a una altitud prou elevada, per això els poseu sobre palets i els deixeu anar des d’un paracaigudes. Ara anem a veure on desembarquen? Podeu intentar predir cap a on aniran, però el problema és que, a mesura que baixeu, el cisallament del vent canvia de direcció a diferents altituds ", va explicar. - I llavors, com prediu on aterrarà el palet? Si podeu mesurar el vent i optimitzar la trajectòria, podeu subministrar subministraments amb una precisió molt alta ".
El lidar també s’utilitza en vehicles terrestres no tripulats. Per exemple, el fabricant de vehicles terrestres automàtics (AHA), Roboteam, ha creat una eina anomenada Top Layer. És una tecnologia de mapatge 3D i navegació autònoma que utilitza lidar. Top Layer utilitza el lidar de dues maneres, diu Shahar Abukhazira, cap de Roboteam. El primer permet cartografiar en temps real espais tancats. "De vegades, el vídeo és insuficient en condicions subterrànies, per exemple, pot ser massa fosc o la visibilitat s'ha deteriorat a causa de la pols o el fum", va afegir Abukhazira. - Les capacitats de Lidar us permeten allunyar-vos d’una situació amb zero orientació i comprensió de l’entorn … ara mapea la sala, traça el túnel. De seguida podràs entendre la situació, encara que no vegis res i encara que no sàpigues on ets."
El segon ús de lidar és la seva autonomia, ajudant l’operador a controlar més d’un sistema en cada moment. "Un operador pot controlar un AHA, però hi ha altres dos AHA que simplement segueixen i segueixen un vehicle controlat per humans", va explicar. De la mateixa manera, un soldat pot entrar al recinte i l’ANA simplement el segueix, és a dir, no cal deixar de banda les armes per fer funcionar l’aparell. "Fa que la feina sigui senzilla i intuïtiva". El Probot AHA més gran de Roboteam també té un lidar a bord per ajudar-lo a recórrer distàncies llargues. "No es pot exigir a un operador que premi un botó durant tres dies seguits … utilitzeu un sensor lidar per seguir simplement els soldats, o seguir el cotxe, o fins i tot passar automàticament d'un punt a un altre, el lidar us ajudarà a aquestes situacions. evitar obstacles ". Abukhazira espera grans avenços en aquesta àrea en el futur. Per exemple, els usuaris volien tenir una situació en què un humà i una ANA interactuessin com dos soldats. “No teniu control els uns dels altres. Us mireu, us truqueu i actueu exactament com cal. Crec que en cert sentit aconseguirem aquest nivell de comunicació entre persones i sistemes. Serà més eficient. Crec que els lidars ens porten en aquesta direcció ".
Anem a la clandestinitat
Abukhazira també espera que els sensors lidar millorin les operacions en entorns subterranis perillosos. Els sensors Lidar proporcionen informació addicional quan es mapen túnels. A més, es va adonar que, de vegades, en un túnel petit i fosc, l'operador ni tan sols pot adonar-se que l'AHA condueix en la direcció equivocada. “Els sensors Lidar funcionen com el GPS en temps real i fan que el procés se senti com un videojoc. Podeu veure el vostre sistema al túnel i saber cap a on aneu en temps real.
Val a dir que els sensors lidar són una altra font de dades i no s’han de considerar un substitut directe del radar. Buck va notar que hi ha una gran diferència de longitud d'ona entre les dues tecnologies, que tenen els seus propis avantatges i desavantatges. Sovint la millor solució és utilitzar les dues tecnologies, per exemple, mesurar paràmetres del vent amb un núvol d’aerosol. Les longituds d'ona més curtes dels sensors òptics proporcionen una millor detecció direccional en comparació amb les longituds d'ona més grans d'un sensor de RF (radar). No obstant això, les propietats de transmissió de l'atmosfera són molt diferents per als dos tipus de sensors. “El radar és capaç de passar a través de certs tipus de núvols als quals seria difícil fer front a un lidar. Però a la boira, per exemple, el lidar pot tenir un rendiment lleugerament millor que el radar.
Rosengarten va dir que la combinació del lidar amb altres fonts de llum, com ara dades pancromàtiques (quan s’utilitzen imatges amb una àmplia gamma de longituds d’ona de llum) donarà una imatge completa de la zona d’interès. Un bon exemple aquí és la definició d’un lloc d’aterratge per helicòpter. Lidar pot escanejar una àrea i dir que té pendent zero, independentment del fet que realment estigui mirant el llac. Aquest tipus d'informació es pot obtenir mitjançant l'ús d'altres fonts de llum. Rosengarten creu que la indústria acabarà fusionant tecnologies, reunint diferents fonts de dades visuals i altres de llum. "Trobarà maneres de portar totes les dades sota un mateix paraigua … Obtenir informació precisa i completa és més que fer servir dades lidar, sinó una tasca complexa que implica totes les tecnologies disponibles".
