Lidar
Existe uma técnica conhecida como Lidar, que também é referida como LIDAR, LiDAR, ou LADAR. Lidar é um acrónimo que significa "light detection and ranging" ou "laser imaging, detection, and ranging". É uma técnica que é usada para determinar intervalos, direcionando um feixe de laser para um objeto ou superfície e medindo a quantidade de tempo que leva para a luz refletida retornar ao recetor. É possível que o lidar funcione numa única direção, como a vertical, ou pode digitalizar em várias direções, caso em que é referido como digitalização lidar ou digitalização a laser 3D, que é uma mistura única de digitalização a laser e digitalização tridimensional. As aplicações para Lidar podem ser encontradas em terra, no ar e em dispositivos móveis.
Há uma variedade de usos para o Lidar, incluindo topografia, geodesia, geomática, arqueologia, geografia, geologia, geomorfologia, sismologia, silvicultura, física atmosférica, navegação a laser, mapeamento aéreo de faixa a laser (ALSM) e altimetria a laser. O Lidar é frequentemente usado para criar mapas de alta resolução. Através da manipulação de comprimentos de onda de luz, é utilizado para gerar representações tridimensionais computadorizadas de regiões na superfície da Terra, bem como do fundo do oceano nas zonas entre-marés e perto das zonas costeiras. Além disso, tem sido utilizado com mais frequência no controle e navegação de veículos autônomos, bem como para o helicóptero Ingenuity durante seus voos recordes pela topografia de Marte ao mesmo tempo.
O Quantum LiDAR é uma tecnologia relativamente nova que surgiu como resultado do desenvolvimento da tecnologia quântica. Opera com um nível mais elevado de eficiência e sensibilidade do que os sistemas LiDAR tradicionais.
Em 1961, pouco depois de o laser ter sido originalmente desenvolvido, a Hughes Aircraft Company tornou-se a primeira empresa a produzir um sistema semelhante ao lidar. Isto foi realizado sob a orientação de Malcolm Stitch. Este sistema empregava visão focada em laser em conjunto com a capacidade de determinar distâncias medindo a quantidade de tempo que leva para um sinal retornar utilizando os sensores necessários e circuitos de coleta de dados. O seu principal objetivo era facilitar o rastreio por satélite. Quando foi introduzido pela primeira vez, foi referido como "Colidar", que é um acrônimo que significa "deteção e alcance coerente da luz". Esse nome foi derivado da frase "radar", que é um acrônimo para "deteção e alcance de rádio". Todos os telêmetros a laser, altímetros a laser e unidades lidar são derivados dos primeiros dispositivos colidar.
O "Colidar Mark II" foi o primeiro uso terrestre prático de um sistema colidar. Era um grande telêmetro a laser que se assemelhava a um rifle e foi fabricado em 1963. Tinha um alcance de 11 quilómetros e uma precisão de 4,5 metros, e destinava-se a ser usado para mira militar. "Eventualmente, o laser pode fornecer um detetor extremamente sensível de comprimentos de onda específicos de objetos distantes. Enquanto isso, ele está sendo usado para estudar a Lua por 'lidar' (radar de luz)..." que foi a primeira vez que o termo "lidar" foi usado como uma palavra independente em 1963. Isso sugere que o termo se originou como uma junção das palavras "luz" e "radar".
Quando se refere à descoberta de alcance de espectro visível, o termo "radar fotônico" é frequentemente usado de forma intercambiável com o termo "lidar".
O Lidar foi inicialmente utilizado na área da meteorologia, nomeadamente pelo Centro Nacional de Investigação Atmosférica, onde foi utilizado para observar e quantificar a cobertura de nuvens e os níveis de poluição. Quando os astronautas usaram um altímetro laser para mapear a superfície da Lua durante a missão Apollo 15 em 1971, o público em geral ficou ciente da precisão e utilidade dos sistemas lidar. Esta informação foi divulgada ao público em geral.
Apesar de a língua inglesa já não considerar "radar" como um acrónimo (ou seja, já não está em maiúsculas), a palavra "lidar" foi capitalizada como "LIDAR" ou "LiDAR" em várias publicações a partir da década de 1980. Quando se trata de capitalização, não há consenso. Há uma série de publicações que usam os termos "Lidar", "LiDAR", "LiDAR" ou "Lidar" para se referir ao lidar. Às vezes, dentro do mesmo documento, o Serviço Geológico dos Estados Unidos (USGS) usa "LIDAR" e "lidar". O New York Times, por outro lado, usa "lidar" para artigos escritos por funcionários na maioria das vezes, enquanto feeds de notícias como a Reuters podem usar o Lidar.
O Lidar é capaz de capturar imagens de coisas empregando luz ultravioleta, visível ou infravermelha próxima. Uma grande variedade de substâncias, como itens não metálicos, rochas, chuva, compostos químicos, aerossóis, nuvens e até moléculas únicas, estão entre os materiais que ele é capaz de atingir. É possível mapear características físicas com resoluções muito altas usando um feixe de laser estreito; Por exemplo, uma aeronave pode mapear topografia com uma resolução de pelo menos 30 centímetros (12 polegadas).
Foi ele quem primeiro concebeu a ideia fundamental do lidar. H. Synge, no ano de 1930, foi quem concebeu a ideia de usar poderosos holofotes para investigar a atmosfera. Desde então, o lidar tem sofrido uma quantidade significativa de aplicação nos campos da meteorologia e da ciência atmosférica. Levantamento topográfico e mapeamento são operações realizadas por equipamentos Lidar que estão ligados a aeronaves e satélites. Um exemplo recente disso são os Estados Unidos. O sistema de recolha de dados Lidar de Investigação Aerotransportada Avançada do Serviço Geológico Experimental. A Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) descobriu que o lidar é uma tecnologia essencial que permitirá que futuros veículos de pouso lunar robóticos e tripulados pousem com segurança e autonomia.
O infravermelho tem um comprimento de onda de cerca de 10 micrômetros, enquanto o ultravioleta tem um comprimento de onda de aproximadamente 250 nanômetros. Os comprimentos de onda variam dependendo do alvo. Na maioria dos casos, a luz é refletida pelo processo de retrodispersão, em oposição ao puro reflexo que se pode observar em um espelho. Para várias aplicações lidar, muitas formas de dispersão são utilizadas. Os tipos mais frequentes de dispersão incluem dispersão de Rayleigh, dispersão de Mie, dispersão Raman e fluorescência. A fim de permitir o mapeamento remoto do conteúdo atmosférico, é necessário determinar mudanças dependentes do comprimento de onda na intensidade do sinal retornado. Isto pode ser conseguido utilizando combinações adequadas de comprimentos de onda.
O termo "radar fotônico" é ocasionalmente usado para se referir à descoberta de alcance de espectro visível, semelhante ao lidar. No entanto, o termo "radar fotônico" refere-se mais especificamente à descoberta da faixa de radiofrequência que faz uso de componentes fotônicos.
Com a ajuda da seguinte fórmula, um lidar pode calcular a distância entre um objeto ou uma superfície:
Nesta equação, c representa a velocidade da luz, d representa a distância entre o detetor e o objeto ou superfície que está sendo detetado, e t representa a quantidade de tempo que a luz laser leva para viajar até o objeto ou superfície que está sendo detetado e, em seguida, viajar novamente de volta para o detetor.
A deteção de energia "incoerente" ou direta é o tipo de esquema de deteção lidar que monitora principalmente as mudanças de amplitude da luz refletida. A deteção coerente, por outro lado, é o tipo de esquema de deteção lidar que é mais eficaz para monitorar os desvios Doppler, que são mudanças na fase da luz refletida. A técnica de deteção ótica de heteródinos é tipicamente utilizada por sistemas coerentes. Este método é mais sensível do que a deteção direta, e permite que eles funcionem em um nível de potência muito mais baixo; mas, requer o uso de transceptores mais complicados.
Em ambos os casos, são utilizados modelos de pulso, que podem ser de micropulso ou de alta energia. Para funcionar, os sistemas de micropulso fazem uso de períodos esporádicos de energia. Eles surgiram como consequência do progresso feito na tecnologia laser em conjunto com a capacidade cada vez maior dos computadores. No laser, eles consomem uma quantidade significativamente menor de energia, muitas vezes da ordem de um microjoule, e são frequentemente "seguros para os olhos", o que significa que podem ser utilizados sem a necessidade de quaisquer precauções de segurança. No campo da pesquisa atmosférica, sistemas de alta potência são frequentemente utilizados com a finalidade de medir vários parâmetros atmosféricos. Esses parâmetros incluem a altura, camadas e densidades das nuvens, as propriedades das partículas de nuvens (como coeficiente de extinção, coeficiente de retrodispersão e despolarização), temperatura, pressão, vento, umidade e concentrações de gases residuais (como ozônio, metano e óxido nitroso, entre outros).
Os sistemas lidar são compostos por um número considerável de componentes importantes.
A faixa de comprimento de onda mais frequente para lasers usados em aplicações não científicas é de 600 a 1.000 nm. Com o objetivo de garantir que o laser é seguro para as pessoas olharem enquanto estão no chão, a potência máxima do laser é restrita ou um sistema de desligamento automático é implementado. Este sistema desliga o laser a determinadas alturas.
Como alternativa frequente, lasers com comprimento de onda de 1.550 nm são seguros para os olhos, mesmo quando...
