Como concepto, lidar ha existido durante décadas. Sin embargo, el interés en esta tecnología ha crecido drásticamente en los últimos años, a medida que los sensores se vuelven más pequeños, más complejos y el alcance de los productos con tecnología lidar se está expandiendo cada vez más.
La palabra lidar es una transliteración de LIDAR (Light Detection and Ranging). Se trata de una tecnología para la obtención y procesamiento de información sobre objetos distantes mediante sistemas ópticos activos que utilizan los fenómenos de reflexión y dispersión de la luz en medios transparentes y semitransparentes. El lidar como dispositivo es similar a un radar, por lo que su aplicación es la observación y la detección, pero en lugar de ondas de radio, como en un radar, utiliza luz generada en la inmensa mayoría de los casos por un láser. El término lidar se usa a menudo indistintamente con Ladar, que significa detección y alcance láser, aunque Joe Buck, jefe de investigación de Coherent Technologies, parte de la división de sistemas espaciales de Lockheed Martin, dice que los dos conceptos son diferentes desde el punto de vista técnico. “Cuando miras algo que podría considerarse un objeto blando, como partículas o un aerosol en el aire, los expertos tienden a usar lidar cuando hablan de detectar esos objetos. Cuando miras objetos sólidos, sólidos como un automóvil o un árbol, tiendes a inclinarte hacia el término Ladar ". Para obtener un poco más de información sobre lidar desde un punto de vista científico, consulte la sección "Lidar: cómo funciona".
"Lidar ha sido objeto de investigación durante muchas décadas desde su inicio a principios de la década de 1960", continuó Buck. Sin embargo, el interés por él ha crecido notablemente desde principios de este siglo, gracias, en primer lugar, al progreso tecnológico. Usó el renderizado de apertura sintética como ejemplo. Cuanto mayor sea el telescopio, mayor será la resolución del objeto que se puede obtener. Si necesita una resolución extremadamente alta, es posible que necesite un sistema óptico mucho más grande, lo que puede no ser muy práctico desde un punto de vista práctico. Las imágenes de apertura sintética resuelven este problema mediante el uso de una plataforma móvil y el procesamiento de señales para obtener una apertura real que puede ser mucho mayor que la apertura física. Los radares de apertura sintética (SAR) se han utilizado durante muchas décadas. Sin embargo, no fue hasta principios de la década de 2000 que comenzaron las demostraciones prácticas de imágenes ópticas de apertura sintética, a pesar de que los láseres ya se usaban ampliamente en ese momento. “De hecho, tomó más tiempo desarrollar fuentes ópticas que tuvieran suficiente estabilidad en un amplio rango de ajuste … Continúa la mejora de materiales, fuentes de luz y detectores (usados en lidars). Ahora no solo tiene la capacidad de tomar estas medidas, sino que también puede hacerlo en bloques pequeños, lo que hace que los sistemas sean prácticos en términos de tamaño, peso y consumo de energía ".
También resulta más fácil y práctico recopilar datos del lidar (o información recopilada por el lidar). Tradicionalmente, se ha ensamblado a partir de sensores de aeronaves, dice Nick Rosengarten, director del Grupo de Productos de Explotación Geoespacial de BAE Systems. Sin embargo, hoy en día, los sensores se pueden instalar en vehículos terrestres o incluso en mochilas, lo que implica la recopilación de datos humanos. “Esto abre una gran cantidad de posibilidades, los datos ahora se pueden recopilar tanto en interiores como en exteriores”, explicó Rosengarten. Matt Morris, Director de Soluciones Geoespaciales de Textron Systems, dice: “El LIDAR es un conjunto de datos realmente asombroso porque proporciona los detalles más detallados sobre la superficie de la Tierra. Ofrece una imagen mucho más detallada y, por así decirlo, más matizada que la tecnología DTED (Datos digitales de elevación del terreno), que proporciona información sobre la elevación de la superficie terrestre en determinados puntos. Quizás uno de los casos de uso más poderosos que he escuchado de nuestros clientes militares es el escenario de la implementación en un terreno desconocido, porque necesitan saber a dónde van a ir … para escalar un techo o escalar una cerca. Los datos DTED no le permiten ver esto. Ni siquiera verás los edificios.
Morris señaló que incluso algunos datos tradicionales de elevación del terreno de alta resolución no le permitirán ver estas características. Pero el lidar le permite hacer esto debido a su "espacio de posición", un término que describe la distancia entre posiciones que se puede mostrar con precisión en la matriz de datos. En el caso de un lidar, el "paso" se puede reducir a centímetros, "para que pueda saber exactamente la altura del techo de un edificio o la altura de una pared o la altura de un árbol". Esto realmente aumenta el nivel de conciencia situacional tridimensional (3D) ". Además, el costo de los sensores lidar está disminuyendo al igual que su tamaño, lo que los hace más asequibles. “Hace diez años, los sistemas de sensores lidar eran muy grandes y muy costosos. Realmente tenían un alto consumo de energía. Pero a medida que se desarrollaron, las tecnologías mejoraron, las plataformas se hicieron mucho más pequeñas, el consumo de energía disminuyó y la calidad de los datos que generaron aumentó ".
Morris dijo que el uso principal del lidar en el campo militar es la planificación 3D y el entrenamiento de misiones de combate. Por ejemplo, el producto de simulación de vuelo Lidar Analyst de su empresa permite a los usuarios tomar grandes cantidades de datos y "generar rápidamente estos modelos 3D, luego pueden planificar sus misiones con mucha precisión". Lo mismo ocurre con las operaciones terrestres. Morris explicó: "Nuestro producto se utiliza para planificar rutas de entrada y salida al área objetivo y, dado que los datos sin procesar son de alta resolución, es posible realizar un análisis muy preciso de la situación dentro de la línea de visión".
Junto con Lidar Analyst, Textron ha desarrollado RemoteView, un producto de software de análisis de imágenes para las agencias militares y de inteligencia de EE. UU. El software RemoteView puede utilizar una variedad de fuentes de datos, incluidos datos LIDAR. BAE Systems también proporciona software para análisis geoespacial, su producto estrella aquí es SOCET GXP, que proporciona muchas capacidades, incluido el uso de datos LIDAR. Además, Rosengarten explicó que la empresa ha desarrollado la tecnología GXP Xplorer, que es una aplicación de gestión de datos. Estas tecnologías son bastante adecuadas para aplicaciones militares. Rosengarten, por ejemplo, mencionó una herramienta para calcular la zona de aterrizaje de helicópteros que forma parte del software SOCET GXP. "Puede tomar datos LIDAR y proporcionar a los usuarios información sobre áreas en tierra que pueden ser suficientes para que un helicóptero aterrice". Por ejemplo, puede decirles si hay obstáculos verticales en el camino, como árboles: "La gente puede usar esta herramienta para identificar áreas que podrían ser más adecuadas como punto de evacuación durante crisis humanitarias". Rosengarten también destacó el potencial del mosaico, donde se recopilan múltiples conjuntos de datos LIDAR de un área específica y se unen. Esto es posible gracias a “la mayor fidelidad de los metadatos del sensor LIDAR en combinación con software como la aplicación SOCET GXP de BAE Systems, que puede convertir los metadatos en zonas precisas sobre el terreno, calculadas utilizando datos geoespaciales. El proceso se basa en datos LIDAR y no depende de cómo se recopilen los datos ".
Cómo funciona: lidar
Lidar funciona iluminando el objetivo con luz. El lidar puede usar luz en los rangos visible, ultravioleta o infrarrojo cercano. El principio de funcionamiento del lidar es simple. El objeto (superficie) se ilumina con un pulso de luz corto, y se mide el tiempo después del cual la señal regresa a la fuente. Lidar lanza pulsos cortos y rápidos de radiación láser sobre un objeto (superficie) con una frecuencia de hasta 150.000 pulsos por segundo. Un sensor en el dispositivo mide el tiempo entre la transmisión de un pulso de luz y su reflexión, asumiendo una velocidad de luz constante de 299792 km / s. Al medir este intervalo de tiempo, es posible calcular la distancia entre el LIDAR y una parte separada del objeto y, por lo tanto, construir una imagen del objeto basada en su posición relativa al LIDAR.
Cizalladura del viento
Mientras tanto, Buck señaló posibles aplicaciones militares de la tecnología WindTracer de Lockheed Martin. La tecnología comercial WindTracer utiliza lidar para medir la cizalladura del viento en los aeropuertos. El mismo proceso se puede utilizar en el campo militar, por ejemplo, para lanzamientos desde el aire de precisión. “Necesitas dejar caer los suministros desde una altura suficientemente alta, para esto los pones en palés y los dejas caer desde un paracaídas. Ahora veamos dónde aterrizan. Puedes intentar predecir a dónde irán, pero el problema es que a medida que desciendes, la cizalladura del viento cambia de dirección a diferentes altitudes”, explicó. - ¿Y luego cómo predice dónde aterrizará el palet? Si puede medir el viento y optimizar la trayectoria, puede entregar suministros con una precisión muy alta.
Lidar también se utiliza en vehículos terrestres no tripulados. Por ejemplo, el fabricante de vehículos terrestres automáticos (AHA), Roboteam, ha creado una herramienta llamada Top Layer. Es una tecnología de cartografía 3D y navegación autónoma que utiliza lidar. Top Layer usa lidar de dos maneras, dice Shahar Abukhazira, director de Roboteam. El primero permite el mapeo en tiempo real de espacios cerrados. "A veces, el video es insuficiente en condiciones subterráneas, por ejemplo, puede estar demasiado oscuro o la visibilidad se ha deteriorado debido al polvo o al humo", agregó Abukhazira. - Las capacidades de Lidar le permiten alejarse de una situación con cero orientación y comprensión del entorno … ahora mapea la habitación, mapea el túnel. Inmediatamente puedes entender la situación, incluso si no ves nada e incluso si no sabes dónde estás ".
El segundo uso de lidar es su autonomía, que ayuda al operador a controlar más de un sistema en un momento dado. “Un operador puede controlar un AHA, pero hay otros dos AHA que simplemente rastrean y siguen un vehículo controlado por humanos”, explicó. Asimismo, un soldado puede ingresar al recinto y la ANA simplemente lo sigue, es decir, no hay necesidad de dejar a un lado las armas para operar el aparato. "Hace que el trabajo sea simple e intuitivo". El AHA Probot más grande de Roboteam también tiene un lidar a bordo para ayudarlo a viajar largas distancias. “No puede exigir que un operador presione un botón durante tres días seguidos … usa un sensor lidar para simplemente seguir a los soldados, o seguir el automóvil, o incluso moverse automáticamente de un punto a otro, el lidar lo ayudará a estas situaciones. evitar obstáculos ". Abukhazira espera grandes avances en esta área en el futuro. Por ejemplo, los usuarios querían tener una situación en la que un humano y un ANA interactuaran como dos soldados. “No tienen el control el uno del otro. Se miran, se llaman y actúan exactamente como deberían. Creo que, en cierto sentido, obtendremos este nivel de comunicación entre personas y sistemas. Será más eficiente. Creo que los líderes nos están llevando en esa dirección ".
Vamos a la clandestinidad
Abukhazira también espera que los sensores lidar mejoren las operaciones en entornos subterráneos peligrosos. Los sensores Lidar proporcionan información adicional al mapear túneles. Además, notó que a veces en un túnel pequeño y oscuro, es posible que el operador ni siquiera se dé cuenta de que la AHA va en la dirección equivocada. “Los sensores Lidar funcionan como GPS en tiempo real y hacen que el proceso parezca un videojuego. Puede ver su sistema en el túnel, sabe a dónde se dirige en tiempo real.
Vale la pena señalar que los sensores lidar son otra fuente de datos y no deben considerarse un reemplazo directo del radar. Buck notó que existe una gran diferencia en la longitud de onda entre las dos tecnologías, que tienen sus propias ventajas y desventajas. A menudo, la mejor solución es utilizar ambas tecnologías, por ejemplo, midiendo los parámetros del viento con una nube de aerosol. Las longitudes de onda más cortas de los sensores ópticos proporcionan una mejor detección direccional en comparación con las longitudes de onda más largas de un sensor de RF (radar). Sin embargo, las propiedades de transmisión de la atmósfera son muy diferentes para los dos tipos de sensores. “El radar es capaz de atravesar ciertos tipos de nubes que serían difíciles de manejar para un lidar. Pero en la niebla, por ejemplo, el lidar puede funcionar un poco mejor que el radar.
Rosengarten dijo que la combinación del lidar con otras fuentes de luz, como los datos pancromáticos (cuando se toman imágenes con una amplia gama de longitudes de onda de luz) dará una imagen completa del área de interés. Un buen ejemplo aquí es la definición de lugar de aterrizaje de helicópteros. Lidar puede escanear un área y decir que tiene pendiente cero, independientemente del hecho de que en realidad esté mirando el lago. Este tipo de información se puede obtener mediante el uso de otras fuentes de luz. Rosengarten cree que, en última instancia, la industria fusionará tecnologías, reuniendo diferentes fuentes de datos visuales y de luz. "Encontrará formas de reunir todos los datos bajo un mismo paraguas … Obtener información precisa y completa es más que simplemente usar datos LIDAR, sino una tarea compleja que involucra todas las tecnologías disponibles".
