זיהוי קוהרנטי באטמוספירה LiDAR (זיהוי אור וטווחים) היא טכנולוגיית חישה מרחוק מתקדמת הידועה ברמת הדיוק יוצאת הדופן של מדידת המהירות והרגישות הגבוהה שלה. בליבה של מערכת זו טמון מרכיב קריטי: מקור האור הפועם. זה לא רק לייזר רגיל, אלא מקור לייזר מיוחד מאוד שחייב לעמוד בדרישות ביצועים מחמירות ביותר כדי לאפשר את ה"קוהרנטי" הייחודי.
מנגנון זיהוי".
עקרון ליבה: מפליטת דופק לזיהוי קוהרנטי
העיקרון הבסיסי של LiDAR קוהרנטי שונה באופן משמעותי מ-LiDAR לזיהוי ישיר-מסורתי. זיהוי-ישיר LiDAR מודד את עוצמת וזמן-הטיסה- של אור מפוזר לאחור כדי לקבוע את מאפייני המרחק והמטרה. לעומת זאת, זיהוי קוהרנטי LiDAR פועל כמו מכ"ם אופטי רגיש במיוחד. קצה המשדר שלו פולט דופק לייזר (המכונה "אור האות"). כאשר הדופק הזה מפוזר בחזרה על ידי אירוסולים אטמוספריים (כגון אבק, טיפות מים וכו'), הקצה הקולט אינו מודד פשוט את עוצמת האור החוזר החלש הזה. במקום זאת, הוא מערבב את האור החוזר עם קרן לייזר ייחוס טהורה (המכונה "אור המתנד המקומי") שנוצרת באופן פנימי על ידי המערכת.
תהליך ערבוב זה הוא תמצית ה"קוהרנטיות". אם שתי אלומות האור הן קוהרנטיות ביותר (כלומר תדרי הגל והשלבים שלהן יציבים ומתואמים), הן יפריעו זו לזו וייצרו אות תדר פעימה. התדר של אות פעימה זה שווה בדיוק להפרש התדרים בין אור האות לאור המתנד המקומי. לפי אפקט הדופלר, כאשר למטרה (אירוסול) יש מהירות רדיאלית ביחס ל-LiDAR, התדירות של אור האות המוחזר תזוז. על ידי זיהוי מדויק של התדר של אות פעימה זה, המהירות של
ניתן לחשב את המטרה בדיוק רב. במקביל, זמן-הטיסה- של הדופק מספק מידע על מרחק.
דרישות ביצועים עיקריות עבור מקור האור הפועם
בהתחשב בעקרון העבודה הזה, מקור האור המפעים לזיהוי קוהרנטי אטמוספרי של LiDAR חייב להיות בעל המאפיינים הקריטיים הבאים:
רוחב קו צר ויציבות בתדר גבוה: זוהי הדרישה הבסיסית ביותר. זיהוי קוהרנטי מחייב את הלייזר לשמור על שלב יציב לאורך תקופה מסוימת. רוחב קו צר (בדרך כלל פחות מ-1 מגה-הרץ, אפילו עד לרמת קילו-הרץ) מבטיח מונוכרומטיות מעולה וקוהרנטיות זמנית, המאפשר הפרעה יעילה לאור המתנד המקומי כדי ליצור אות פעימה ברורה. ריצוד התדר חייב להיות מינימלי; אחרת, אות הקצב יטושטש, ויפגע מאוד ברמת דיוק המדידה.
עוצמת פלט גבוהה: כדי להשיג זיהוי-לטווח ארוך (עשרות עד מאות קילומטרים), מקור האור המפעים חייב לספק עוצמת שיא דופק גבוהה. זה מפצה על הנחתה חמורה של קרן הלייזר כשהיא מתפשטת למרחקים ארוכים דרך האטמוספרה ובחזרה.
אורך גל מתאים: בחירת אורך הגל היא מכרעת ולעיתים קרובות נבחר מ"חלונות שידור" אטמוספריים (למשל, 1.5 מיקרומטר, 2 מיקרומטר וכו') שבהם האור נספג פחות בגזים כמו אדי מים ופחמן דו חמצני. יתר על כן, אורך הגל חייב להבטיח פיזור לאחור מספק מאירוסולים אטמוספריים. אורכי גל בטוחים לעין (כגון 1.5 מיקרומטר) מועדפים בדרך כלל לבטיחות תפעולית.
מַסְקָנָה
מקור האור הפועם הוא "המנוע" של LiDAR לזיהוי קוהרנטי אטמוספרי. הביצועים שלו קובעים ישירות את טווח הזיהוי של המערכת, דיוק המדידה והאמינות. עם התקדמות מתמשכת בטכנולוגיית הלייזר, מקורות אור פועם עתידיים יתפתחו לעבר רוחבי קו צרים עוד יותר, הספק גבוה יותר, גדלים קומפקטיים יותר ויעילות רבה יותר-עלויות, ובכך יניעו LiDAR זיהוי קוהרנטי אטמוספרי לעבר יישומים רחבים יותר במדידת שדות רוח דיוק גבוהה-, מדידת שדות רוח ברמת דיוק גבוהה, ניטור מטוסים וניטור ערות סביבתיות, ניטור מערבולות במטוסים.