Загальні принципи роботи лазерного локатора

Загальні принципи роботи повітряного лідара розглянемо на прикладі приладу класу ALTM, який виробляється канадською компанією Optech (рис. 6.1, 6.2).

Рис. 6.1. Система дистанційного лазерного зондування земної поверхні ALTM-3100: з’ємний блок (праворуч), блок керування і архівації даних знімання (зліва) (Optech 2005)

В якості випромінювача використовується напівпровідниковий лазер, як правило, ближнього інфрачервоного діапазону, який працює в імпульсному режимі. Для кожного імпульсу, що випромінюється реєструється час, який витрачається на розповсюдження до об’єкта, що викликає відбивання, і назад до приймача. З врахуванням сталості швидкості і прямолінійності розповсюдження електромагнітних коливань в атмосфері вимярене значення часового інтервалу дозволяє визначити відстань (в термінах лазерної локації «нахилену дальність») від джерела випромінювання до об’єкта. Окрім значення нахиленою дальності , для кожного імпульсу реєструється значення кута відхилення скануючого елемента (дзеркала, призми, оптичного клина). Величина цього кута дозволяє однозначно визначити напрямок розповсюдження зондуючого пучка («лінію візування») в системі координат лідара, яка «жорстко» зв’язана із будівельними осями сканерного блока лідара.

Рис. 6.2. Принцип роботи повітряного лідара

В той же час, положення і орієнтація системи координат лідара в геодезичній (або географічній) системі координат визначається завдяки присутності на борту у складі лідара носія навігаційного комплексу, що забезпечує неперервне визначення трьох просторових координат положення сканерного блока і трьох кутів його орієнтації . Такій набір шести параметрів просторового положення і кутової орієнтації в фотограмметрії називають елементами зовнішнього орієнтування. Принцип роботи бортового навігаційного комплексу оснований на взаємодії приймача супутникової системи GPS і інерційної системи.

В залежності від типу лідара можуть фіксуватися одне і більше (до п’яти) відбивань від наземних об’єктів для кожної лінії візування. Отже якщо на шляху розповсюдження лазерного пучка він зустрічається с так званою “неповною” перешкодою, то частина енергії імпульсу відбивається, а інша розповсюджується далі вздовж лінії візування. Така можливість сприяє отриманню більш інформативних лазерно-локаційних даних, так як для одного імпульсу маємо декілька імпульсів, що повернулися у різні часи. Так, навіть один імпульс може принести багатократні відгуки зразу від декількох значимих компонентів сцени. Наприклад перші відгуки будуть отримані за рахунок відбивання пучка від лисів рослинності, дротів і опор ЛЕП, кромок будівель, а останній відгук, як правило, відповідає поверхні землі або інший суцільній поверхні, яка є абсолютною перешкодою на шляху розповсюдження лазерного імпульсу. Окрім поверхні землі, прикладом такої «абсолютної» перешкоди може бути дах будівлі тощо.

Таким чином, функціональна схема лідара в його нинішній формі не містить ніяких принципово нових компонентів. В цьому сенсі дуже коротко сучасний лідар можна визначити як «скануючий лазерний далекомір з навігаційним забезпеченням». Структурна схема сучасного лідара надана на рисунку 6.3.

Рис. 6.3. Структурна схема лідара

1 – випромінювач (лазерний діод), 2 – оптичний сканер,
3 – фотоприймальний блок, 4 – інерціальний навігаційний комплекс (гіроскоп), 5 – зовнішній навігаційний комплекс (GPS-система), керуючий (контролючий) блок та блок живлення системи, 7 – блок обробки та архівації даних.

Всі основні структурні компоненти, з яких складається лідар, – сканерний блок, GPS, інерціальна система – всебічно вивчені і вже багато років експлуатуються. Тому, говорячи про концепції сучасного лідара, треба констатувати, що принципово нова якість даних, які поставляються таким приладом, з’являється саме завдяки об’єднанню всіх згаданих компонентів у єдине ціле. Таке об’єднання відбулося на початку 90-х років 20-го сторіччя, коли використання GPS і лазерних далекомірів остаточно утвердилося в аерознімальній практиці, інерціальні системи стали активно застосовуватися для безпосереднього визначення елементів зовнішньої орієнтації, а за показниками точності всі складові лідара джерела геопросторових даних досягли взаємоузгодженого рівня (табл. 6.1).

Таблиця 6.1

Показники точності основних структурних компонентів типового повітряного лідара (початок 90-х років 20-го сторіччя)

Параметр, що визначається	Джерело	Точність
Просторові координати носія	GPS	8-10 см
Нахилена дальність	Лазерний далекомір	10-15 см
Орієнтація носія	Інерціальна система	1-2 мрад. (помилка позиціювання 15-30 см при висоті знімання 300 м)

З цього часу лазерна локація є не тільки засобом «дистанційного зондування», але в більшій степені є «фотограмметричним засобом». Останнє передбачає наявність гарантій точності геоприв’язки даних знімання і просторових вимірювань. З появою перших лідарів гарантії точності надавалися лише виробниками і виражалися в тому, що специфіцируєма точність лазерно-локаційних даних складала 15-20 см в абсолютних геодезичних координатах.

Дата добавления: 2015-11-14