مسافت‌یاب لیزری

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
(تغییرمسیر از فاصله‌سنج لیزری)
پرش به: ناوبری، جستجو
یک فاصله سنج برد بالا که قادر به اندازه گیری فاصله ۲۰ کیلومتر است و روی یک سه پایه با پایه سه گوش سوار شده‌است. این دستگاه حرکات قوسی و بالا و پایین را نیز پشتیبانی می‌کند.

فاصله سنج لیزری وسیله‌ای است که از پرتو لیزر برای تعیین فاصله اجسام استفاده می‌کند. عمومی‌ترین نوع فاصله سنج لیزری براساس زمان پرواز نمونه به وسیله فرستادن یک پالس لیزر در یک باریکه پرتو به سمت جسم و اندازه گیری زمان صرف شده پرتو برای اینکه از هدف منعکس شده و به فرستنده باز گردد عمل می‌کند. به خاطر سرعت بالای نور این تکنیک برای اندازه گیری‌های با دقت کمتر از میلیمتر مناسب نیست به طوری که اغلب سه گوشه سازی و روش‌های دیگر به کار می‌روند.

مسافت سنجی به‌وسیله لیزر بیشتر با روشهای زیر انجام می‌شود: ۱-تعیین زمان رفت و برگشت یک تپ (پالس) قوی لیزری از مبدا تا هدف. ۲-روش تداخل‌سنجی (یعنی یک باریکه لیزر به هدف برخورد کرده و خودش جمع شود و از روی فریزهای تداخلی اندازه گیری انجام می‌شود)

این روشها در صورتیکه هدف ما خاصیت بازتاب نداشته باشد، بدون فایده خواهد بود.

پالس[ویرایش]

پالس ممکن است طوری کدگذاری شود که احتمال دچار پارازیت شدن فاصله یاب کاهش یابد. این امر با استفاده از تکنیک‌های اثر داپلر برای تشخیص اینکه ممکن است شی به سمت فاصله یاب یا جهت‌های دیگر حرکت کند و اینکه چه سرعتی دارد ممکن می‌شود.

دقت ابزار به وسیله زمان سقوط یا صعود پالس لیزر و سرعت دریافت کننده تعیین می‌شود. نوعی که از پالس‌های لیزری خیلی سریع استفاده می‌کند و یک آشکارساز خیلی سریع دارد می‌تواند فاصله شی را تا حد چند میلیمتر تعیین کند.

حوزه تغییر[ویرایش]

با وجود اینکه پرتو باریک شده، ولی می‌تواند در طی فواصل طولانی در نتیجه واگرایی پرتو لیزر گسترش یافته و پخش شود.

این پدیده به علت مجاورت با حباب‌های هوا -که مانند لنزی عمل می‌کنند که تغییراتی در حدود اندازه‌های میکروسکوپی تا تقریباً نصف ارتفاع مسیر پرتو لیزر بالای زمین دارند- ایجاد می‌شود.

این اغتشاشات اتمسفری با پراکندگی خود لیزر و با حلقه‌های متقاطع بهم می‌پیوندد که سبب می‌شود حباب‌های گرم به طورجانبی بهم فشرده شوند، که ممکن است به صورتی که سبب مشکل در صحت خواندن فاصله یک شی شوند با هم ترکیب گردند، مثلاً زیر برخی درختان یا پشت بوته‌ها و شاخ و برگ‌ها یا حتی در فواصل طولانی بیشتر از ۱۰ کیلومتر در فضای باز و نواحی خالی تاریک.

بعضی نورهای لیزری ممکن است که از شاخ و برگهای نزدیک تر به شیء بازگشت داده شوند که باعث بازگشت دادن زود و خواندن کم دقت می‌شود. در عوض در فواصل بیشتر از ۳۶۵ متر، هدف اگر در مجاورت زمین باشد ممکن است به راحتی در یک سراب ناپدید شود، که این سراب به دلیل تغییرات دما در هوا در مجاورت بیابان داغ که باعث خمیدگی نور لیزر می‌شود بوجود می‌آید.

تمامی اثرات باید در محاسبات گنجانده شوند

محاسبات[ویرایش]

فاصله بین نقطه A وB با رابطه زیر داده شده

D=ct/2

که c سرعت نور در اتمسفر و t مقدار زمان برای طی طریق بین A و B است.

t= φ/ω

که تاخیری است که به وسیله جابجایی نور ایجاد می‌شود ω فرکانس زاویه‌ای تلفیق نوری است. سپس با جایگذاری مقادیر در معادله اول داریم

D=ct/2،D=۱/۲ ct=۱/۲ c·φ/ω=c/(4πf) (Nπ+Δφ)=c/4f (N+ΔN)=U(N+

در این رابطه U به عنوان واحد طول، Δφ به عنوان تاخیر قسمتی که کامل نشده، ΔN به عنوان مقدار دسیمال ΔN=φ/ω هستند.

تمییز دادن[ویرایش]

بعضی ابزار قادرند که بین چند انعکاس را تشخیص دهند، مانند بالا. این ابزار از آشکارسازهای مشخص کننده شکل موج استفاده می‌کنند به طوری که می‌توانند مقدار نور بازگشتی در یک زمان مشخص را تعیین کنند، که معمولاً خیلی کوتاه‌است. شکل موج یک پالس لیزر که به یک درخت و سپس به زمین برخورد می‌کند دو پیک خواهد داشت. اولین پیک فاصله تا درخت خواهد بود و دومی فاصله تا زمین.

توانایی ابزارهای سوار شده بر هواپیما برای تشخیص درون سایه‌های غلیظ و سطوح نیمه انعکاسی دیگر مانند اقیانوس کاربردهای زیادی را برای ابزارهای حمل و نقل هوایی تامین می‌کند، مانند:

ساختن "زمین عریان"، نقشه‌های مکان نگاری شده با حذف درختان

ساختن نقشه‌های دارای تراکم گیاهی

عمق سنجی (اندازه گیری مکان نگاری زیر اقیانوس)

خطر آتش جنگل‌ها

تهدید شسته شدن موانع جزایر

فناوری‌ها[ویرایش]

زمان پرواز: زمان صرف شده برای یک پالس نور برای طی کردن فاصله رفت و برگشت تا هدف. با دانستن سرعت نور و اندازه گیری دقیق زمان طی شده، فاصله محاسبه می‌شود. تعداد زیادی پالس پشت سر هم پرتاب می‌شود که معمولاً پاسخ متوسط مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش به مدار خیلی دقیق دارای زمان بندی زیر نانو ثانیه نیاز دارد.

انتقال فاز چند فرکانسی:این روش، انتقال فاز فرکانس‌های چندگانه بازگشتی را اندازه گیری می‌کند وسپس چند معادله همزمان را جهت اندازه گیری نهایی حل می‌کند.

تداخل:دقیق‌ترین و مفیدترین تکنیک برای اندازه گیری تغییرات فاصله نسبت به فواصل مطلق.

پرونده:یک فاصله سنج برد بالا که قادر به اندازه گیری فاصله ۲۰ کیلومتر است و روی یک سه پایه با پایه سه گوش سوار شده‌است. این دستگاه حرکات قوسی و بالا و پایین را نیز پشتیبانی می‌کند.

کاربردها[ویرایش]

نظامی[ویرایش]

یک سرباز آمریکایی با یک فاصله سنج لیزری GVS-5

یک تیر انداز ماهر هلندی در حال استفاده از دوربینهای دو چشمی فاصله سنج لیزری و تفنگ مگنام فاصله سنج‌ها یک فاصله دقیق را برای اهدافی که دورتر از فاصلهٔ شلیک مستقیم هستند برای تیراندازها و توپخانه‌ها فراهم می‌کنند. آنها همچنین می‌توانند برای تلفیق و مهندسی نظامی هم استفاده شوند.

فاصله سنج‌های نظامی دستی در محدوده‌های ۲ تا ۲۵ کیلومتری عمل می‌کنند و با دوربینهای دو چشمی و تک چشمی ترکیب می‌شوند. وقتی فصله سنج با یک قطب نمای مغناطیسی دیجیتال (DMC) و انحراف سنج ترکیب شود می‌تواند گرای مغناطیسی، شیب، و ارتفاع (طول) اهداف را فرا هم کند. بعضی از فاصله سنج‌ها همچنین می‌توانند سرعت اهداف را نسبت به مشاهده کننده تعیین کنند. بعضی دیگر از فاصله سنج‌ها کابل یا ارتباط بیسمی دارند که انها را قادر می‌سازد که داده هایشان را به سایر تجهیزات مثل رایانهٔ کنترل آتش بفرستند. بعضی مدلها همچنین امکان اضافه کردن مدلهای دید در شب را ارائه می‌کنند. اکثر فاصله سنج‌ها از باتریهای استاندارد یا قابل شارژ استفاده می‌کنند.

مدلهای قویتر فاصله سنج‌ها فاصله را تا ۲۵ کیلومتر اندازه می‌گیرند و به طور معمول روی سه پایه یا مستقیماً روی یک خودرو یا شاسی توپ جنگی نصب می‌شوند. در موارد امروزی تر مدلهای فاصله سنج با تجهیزات دمایی مداری و دید در شب و روز ترکیب می‌شوند. اکثر فاصله سنج‌های پیشرفته نظامی می‌توانند با رایانه‌ها ترکیب شوند.

برای کم اثر کردن فاصله سنج‌های لیزری و اسلحه‌های ردیاب لیزری در برابر اهداف نظامی، نیروهای نظامی متفاوت رنگ‌های جذب کننده لیزر را برای وسایل نقلیه خود گسترش داده‌اند. بعضی از اجسام نور لیزر را خیلی خوب بازتاب نمی‌کنند و استفاده از فاصله سنج لیزری روی آنها دشوار است.

مدلسازی سه بعدی[ویرایش]

این پویشگرscanner) سنسور لیدار)می‌تواند برای پویش ساختمانها، بناهای سنگی و... به منظور تولید یک مدل سه بعدی استفاده شود. LIDARمی‌تواند پرتو لیزری خود را در محدوده‌های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می‌چرخد، یک آینه عمودی حرکت می‌کند. پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می‌شود.

این پویشگرscanner) LIDAR)می‌تواند برای پویش ساختمانها، بناهای سنگی و... به منظور تولید یک مدل سه بعدی استفاده شود. LIDARمی‌تواند پرتو لیزری خود را در محدوده‌های وسیع هدایت کند:سر آن افقی می‌چرخد، یک آینه عمودی حرکت می‌کند. پرتو لیزری برای اندازه گیری فاصله تا اولین جسم روی مسیرش استفاده می‌شود.
فاصله سنج‌های لیزری به شدت در شناسایی و مدلسازی اجسام سه بعدی و انواع زیادی از رشته‌های مرتبط با تصاویر مجازی رایانه‌ای استفاده می‌شوند. این فناوری قلب پویشگرهای(scanner) سه بعدی زمان پرواز(time-of-flight) را تشکیل می‌دهند. در مقایسه با ابزارهای نظامی توصیف شده در بالا فاصله سنج‌های لیزری توانایی‌های پویشی (scanning) با دقت بالا را با حالتهای یک وجهی یا پویش ۳۶۰ درجه‌ای ارائه می‌کنند.

تعدادی از راهکارها (algorithms) برای تطبیق محدودهٔ داده‌هایی که از زوایای متفاوت از یک جسم دریافت شده‌اند به منظور تولید مدلهای سه بعدی کامل با حداقل خطای ممکن گسترش یافته‌اند. یکی از مزیتهایی که فاصله سنج‌های لیزری نسبت به سایر روشهای تصویر مجازی رایانه‌ای دارند این است که رایانه نیازی به مرتبط کردن خصوصیات دو تصویر برای تعیین اطلاعات عمق (مثل روشهای برجسته بینی)ندارد.

فاصله سنج‌های لیزری که در کاربردهای تصاویر رایانه‌ای استفاده می‌شوند معمولاً وضوح عمق با دقت یک دهم میلیمتر یا کمتر را دارند. با استفاده از فنهای(techniques) سه گوشه سازی یا اندازه گیری شکست می توان به این هدف رسید.

ورزشها[ویرایش]

فاصله سنج‌های لیزری می‌توانند به طور موثر در ورزشهای متفاوتی که به اندازه گیری دقیق فاصله احتیاج دارند استفاده شوند مثل گلف، شکار و تیراندازی.

فرایندهای تولید صنعتی[ویرایش]

یکی از کاربردهای مهم، استفاده از فناوری فاصله سنج لیزری در طول اتوماسیون سامانه‌های مدیریت انبار و فرایندهای تولید در صنعت فولاد است.

ابزار اندازه گیری لیزری[ویرایش]

فاصله سنج‌های لیزری همچنین می‌توانند در چندین صنعت مثل ساختمان، نوسازی و املاک به جای متر استفاده شوند. در حالیکه برای اندازه گیری یک فضای بزرگ مثل یک اتاق در یک مسیر مستقیم بدون مانع با متر نیاز به دو نفر است، با یک وسیلهٔ اندازه گیری لیزری می توان این کار را با یک نفر آن هم تنها با نیاز به یک مسیر دید انجام داد. ابزار اندازه گیری لیزری نوعاً توانایی تولید بعضی محاسبات را دارند مثل مساحت یا حجم یک اتاق.

ایمنی[ویرایش]

فاصله سنج‌های لیزری برای مشتریان، دستگاههای لیزری کلاس یک هستند و بنابراین برای چشم ایمن شناخته می‌شوند. بعضی از فاصله سنج‌های لیزری برای استفاده‌های نظامی از سطح انرژی کلاس یک تجاوز می‌کنند.

آخرین دستاوردها[ویرایش]

در سال ۲۰۱۳ شرکت آمریکایی ترکینگ پوینت از نوعی تفنگ شکاری رونمایی کرد. میدان دید و هدف‌گیری این سلاح رایانه‌ای است و مجهز به نرم‌افزارهای هدف‌گیری و سیستم مسافت‌یاب لیزری است. [۱][۲]

جستارهای وابسته[ویرایش]

منابع[ویرایش]

  1. "Futuristic rifle turns novice into sharpshooter". NBC. 10 January 2013. Retrieved 5 February 2013. 
  2. "$17,000 Linux-powered rifle brings "auto-aim" to the real world". Ars Technica. 9 January 2013. Retrieved 5 February 2013.