Кіріспе

Лазерлік қашықтық өлшегіш – лазерлік телеметр деп те аталатын, нысанаға дейінгі қашықтықты анықтау үшін лазер сәулесін пайдаланатын қашықтық өлшегіш. Лазерлік қашықтық өлшегіштердің ең көп таралған түрі уақыт бойынша қашықтықты өлшеу принципін қолданады: лазерлік импульс тар сәуле түрінде нысанаға жіберіледі және импульстің нысанадан шағылып жіберушіге қайтуына кеткен уақыт өлшенеді. Жарық жылдамдығының жоғары болуына байланысты, бұл әдіс субмиллиметрлік өлшемдердің жоғары дәлдігін талап ететін жағдайларда тиімді емес, онда триангуляция және басқа әдістер жиі қолданылады. Бұл сканерсіз лидардың бір түрі.

Импульс

Импульс қашықтық өлшегіштің кедергіге ұшырау ықтималдығын азайту үшін кодталуы мүмкін. Допплер эффектісін қолдану арқылы нысан қашықтық өлшегішке жақындап келе ме әлде алыстап бара ма екенін, және егер жақындап немесе алыстап бара жатса, қаншалықты жылдамдықпен қозғалып жатқанын анықтауға болады.

Дәлдік

Құралдың дәлдігі оның лазерлік импульсінің көтерілу уақытымен, дивергенциясымен және қуатымен, сондай-ақ оптикасының сапасымен және борттағы цифрлық сигналды өңдеумен байланысты. Қоршаған орта факторлары қашықтық пен дәлдікті айтарлықтай төмендетуі мүмкін: Ылғал, қар, шаң немесе ауадағы басқа да бөлшектер сигналды шашыратады. Жоғары температура және жоғары қысым (төменгі биіктікте) ауа арқылы жарық жылдамдығын сәл кемітеді. Кішкентай және нашар шағылыстыратын нысаналар аз мәліметтер береді. Қолайлы жағдайларда, тәжірибелі операторлар жоғары дәлдікті лазерлік қашықтық өлшегіштерді пайдаланып үш километрдей қашықтықтағы нысананы бір метрге дейін анықтай алады.

Қашықтық және қашықтық қатесі

Жарық шоғы тар болғанына қарамастан, лазерлік сәуленің таралуына, сондай-ақ ауадағы су тамшыларының шағылысуы мен сәуленің ауытқуына байланысты ол ұзақ қашықтықта таралады. Бұл тамшылар микроскопиялық көлемнен бастап, лазерлік сәуле жолының жер бетінен шамамен жартысына дейінгі өлшемде болуы мүмкін. Осы атмосфералық бұрмаланулар лазердің өзінің таралуымен және көлденең желдермен бірігіп, нысанның қашықтығын дәл анықтауды қиындатады, мысалы, ағаштардың астында, бұталардың артында немесе тіпті 1 км-ден астам қашықтықтағы ашық шөлде. Лазер сәулесі нысанға қарағанда жақын жапырақтар мен бұтақтардан шағылып, ертерек сигнал беруі және қашықтықтың дұрыс емес нәтижесін көрсетуі мүмкін. Басқа жағдайда, егер нысана жерге жақын болса, 360 метрден астам қашықтықта ауа температурасының градиенттерінен туындаған миражға ұшырауы мүмкін, бұл қыздырылған жер бетіне жақын ауада лазер сәулесін бұрып жібереді. Осы барлық факторларды ескеру қажет.

Технологиялар

Ұшу уақыты – бұл жарық импульсінің нысанаға жетуіне және кері қайтуына кеткен уақытты өлшеу. Жарық жылдамдығы белгілі болғандықтан және уақыт дәл өлшенгеннен кейін қашықтықты есептеуге болады. Көптеген импульстар тізбектей жіберіледі және көбінесе орташа жауап қолданылады. Бұл техникаға өте дәл, наносекундтық уақыт тізбегі қажет. Көп жиілікті фазалық ығысу – бұл әдіс бірнеше жиіліктің шағылысқандағы фазалық ығысуын өлшейді, содан кейін бірнеше теңдеуді бірдей шешіп, соңғы өлшемді анықтайды. Интерферометрия – абсолютті қашықтықтарды емес, қашықтықтағы өзгерістерді өлшеу үшін ең дәл және тиімді әдіс. Атмосфералық сіңіру арқылы жарық әлсіреуі – бұл әдіс атмосфералық құраушылардан (H2O, CO2, CH4, O2 және т.б.) жарықтың сіңірілуінен туындаған лазер сәулесінің әлсіреуін өлшейді, осыған сүйеніп нысананың қашықтығы есептеледі. Жарық атмосфералық сіңіру әлсіреуі әдісі модульдемелмеген, когерентсіз жарық көздерін және құрылғылардың күрделілігін азайтатын төмен жиілікті электрониканы талап етеді. Осының арқасында қашықтықты анықтау үшін төмен құнмен жарық көздерін қолдануға болады. Дегенмен, бұл әдістің қолданылуы атмосфералық өлшемдермен және планеталарды зерттеумен шектеледі.

Әскери

Қашықтық өлшегіштер снайперлер мен артиллерияға нысаналардың, оқ ату қашықтығынан тыс жерде орналасқан қашықтығын дәл анықтауға мүмкіндік береді. Оларды әскери барлау және инженерлік мақсаттарда да қолдануға болады. Әдетте, танктер тікелей оқ ату шешімін түзету үшін LRF қолданады. Қолда ұсталатын әскери қашықтық өлшегіштер 2 км-ден 25 км-ге дейінгі қашықтықта жұмыс істейді және бинокльдермен немесе монокулярлармен үйлестіріледі. Егер қашықтық өлшегіш цифрлық магниттік компаспен (DMC) және инклинометрмен жабдықталған болса, ол магниттік азимутты, бұрылысты және нысананың биіктігін (ұзындығын) анықтай алады. Кейбір қашықтық өлшегіштер нысананың бақылаушыға қатысты жылдамдығын да өлшеуге қабілетті. Ал кейбір үлгілерде өлшеу деректерін басқа құрылғыларға, мысалы, оқ атуды басқару компьютеріне беру үшін кабельдік немесе сымсыз интерфейстер қарастырылған. Кейбір модельдерде түнгі көру модульдерін қосуға да болады. Көптеген қолда ұсталатын қашықтық өлшегіштер стандартты немесе қайта зарядталатын батареяларды пайдаланады. Күштірек үлгілер 40 км-ге дейінгі қашықтықты өлшей алады және әдетте үш аяқты штативке немесе тікелей көлікке, кемеге, ұшаққа, тікұшаққа немесе қару платформасына орнатылады. Соңғы жағдайда, қашықтық өлшегіш модулі тепловизорлық, түнгі көру және күндізгі бақылау жабдықтарымен біріктіріледі. Ең жетілген әскери қашықтық өлшегіштерді компьютерлермен интеграциялауға болады. Лазерлік қашықтық өлшегіштер мен лазерлік басқарылатын қарулардың әскери нысаналарға қарсы тиімділігін төмендету үшін, әртүрлі әскери бөлімдер өздерінің көліктері үшін лазер сәулесін жұтатын бояуды әзірлеген болуы мүмкін. Дегенмен, кейбір нысаналар лазер сәулесін жақсы көрсетпейді, сондықтан лазерлік қашықтық өлшегішті олармен пайдалану қиын. Алғашқы коммерциялық лазерлік қашықтық өлшегіш – 1965 жылы пайда болған Barr & Stroud LF1, ол Hughes Aircraft компаниясымен бірлесіп әзірленді. Одан кейін Barr & Stroud LF2 шықты, ол қашықтық өлшегішті танк нысанасына біріктірді және 1969 жылы Chieftain танкінде қолданылды – мұндай жүйемен жабдықталған алғашқы көлік. Екі жүйе де рубин лазерлерін пайдаланды.

3D модельдеу

Лазерлік арақашықтық өлшегіштер 3D нысандарды тану, 3D нысандарды модельдеу және компьютерлік көруге қатысты кең ауқымды салаларда кеңінен қолданылады. Бұл технология, «ұшу уақыты» деп аталатын 3D сканерлердің негізін құрайды. Әскери құралдармен салыстырғанда, лазерлік арақашықтық өлшегіштер жоғары дәлдікпен сканерлеу мүмкіндігін ұсынады, бір жақты немесе 360 градустық сканерлеу режимдерін қолдайды. Бір нысанның әртүрлі бұрыштарынан алынған арақашықтық деректерін біріктіру үшін бірнеше алгоритмдер әзірленді, бұл толық 3D модельдерді ең аз қателікпен жасауға мүмкіндік береді. Лазерлік арақашықтық өлшегіштердің басқа компьютерлік көру әдістеріне қарағандағы артықшылығы – тереңдік туралы ақпаратты анықтау үшін, стереоскопиялық әдістер сияқты, екі суреттен ерекшеліктерді сәйкестендіру қажеттілігі жоқ. Компьютерлік көру саласында қолданылатын лазерлік арақашықтық өлшегіштердің тереңдік ажыратымдылығы көбінесе 0,1 мм немесе одан да аз болады. Бұл, LIDAR-да қолданылатын «ұшу уақыты» әдістерінен өзгеше, үшбұрыш немесе сыну өлшеу техникаларын қолдану арқылы қол жеткізіледі.

Орман шаруашылығы

Орман шаруашылығында арнайы лазерлік қашықтық өлшегіштер пайдаланылады. Бұл құрылғыларда жапырақтарды сүзуге арналған сүзгілер орнатылған және олар рефлекторлармен жұмыс істейді. Лазер сәулесі тек осы рефлектордан ғана кері шағылысады, сондықтан қашықтықтың нақты өлшенуі кепілдік беріледі. Мысалы, жапырақтарды сүзуге арналған сүзгісі бар лазерлік қашықтық өлшегіштер орманды есепке алуда қолданылады.

Спорт

Лазерлік қашықтық өлшегіштерді гольф, аңшылық және садақ ату сияқты дәл қашықтықты өлшеуді талап ететін түрлі спорт түрлерінде тиімді пайдалануға болады. Caddytalk, Opti logic Corporation, Bushnell, Leupold, LaserTechnology, Trimble, Leica, Newcon Optik, Op. Electronics, Nikon, Swarovski Optik және Zeiss сияқты бірнеше танымал өндірушілер бар. Bushnell компаниясының көптеген қашықтық өлшегіштері ARC (бұрыштық қашықтық бойынша түзету), көп қашықтықтық мүмкіндік, еңіс, JOLT (мақсат белгіленгенде дірілдеу) және Pin Seeking сияқты қосымша мүмкіндіктермен жабдықталған. ARC-ні қолмен есептеуге болады, бірақ аң аулау кезінде қашықтық өлшегішпен есептегенде әлдеқайда ыңғайлы. Гольф сияқты уақыт аса маңызды болатын жағдайларда лазерлік қашықтық өлшегіш флагқа дейінгі қашықтықты анықтауға көмектеседі. Дегенмен, гольф турнирлерінде барлық мүмкіндіктер 100% заңды болып келе бермейді. АҚШ-тың шығысындағы көптеген аңшыларға қашықтық өлшегіш қажет емес, ал батыс аңшыларына ұзақ ату қашықтығы мен кең ашық кеңістіктерге байланысты ол қажет болуы мүмкін.

Өнеркәсіптік өндіріс процестері

Болат өнеркәсібіндегі қорды басқару жүйелерін және өндірістік процестерді автоматтандыру кезінде лазерлік қашықтық өлшегіш технологиясын қолдану маңызды бағыт болып табылады.

Лазерлік өлшеу құралдары

Лазерлік арақашықтық өлшегіштер құрылыс, жаңарту және жылжымайтын мүлік сияқты бірнеше салаларда таспа өлшегіштердің орнына қолданылады және алғаш рет 1993 жылы Францияда Leica Geosystems компаниясы ұсынды. Таспа өлшегішпен үлкен бөлмені өлшеу үшін, екінші адамның таспаны қарама-қарсы қабырғада ұстап тұруы және таспаны созу үшін бөлме арқылы түзу сызық керек болады. Лазерлік өлшеу құралымен бұл жұмысты бір адам көру қабілетімен орындай алады. Таспа өлшегіштер теориялық тұрғыдан толыққанды дәл болғанымен, лазерлік өлшеу құралдары одан да жоғары дәлдікке ие. Лазерлік өлшеу құралдары әдетте бөлменің ауданы немесе көлемі сияқты қарапайым есептеулер жасау мүмкіндігін қамтиды. Осындай құрылғыларды аппараттық дүкендерде және онлайн сауда алаңдарында табуға болады.

Бағасы

Лазерлік қашықтық өлшегіштердің бағасы өнімнің сапасы мен қолданылу саласына қарай өзгеруі мүмкін. Әскери деңгейдегі қашықтық өлшегіштердің мүмкіндігінше дәл болуы және ұзақ қашықтыққа жетуі қажет. Мұндай құрылғылардың құны жүздеген мың долларды құрайды. Азаматтық қолданысқа, мысалы, аң аулау немесе гольф сияқты салаларда қолданылатын құрылғылар арзанға түседі және оларды алу оңай.

Қауіпсіздік

Лазерлік қашықтық өлшегіштер төрт сыныпқа және бірнеше кіші сыныптарға бөлінеді. Тұтынушыларға қолжетімді лазерлік қашықтық өлшегіштер көбінесе 1 немесе 2 сыныпты лазерлік құрылғылар болып табылады және олар көзге салыстырмалы түрде қауіпсіз деп есептеледі. Қауіпсіздік классына қарамастан, көзге тікелей қараудан әрқашан сақтану керек. Әскери қолданысқа арналған лазерлік қашықтық өлшегіштердің көпшілігі 2-сыныпты лазердің энергия деңгейінен жоғарылайды.