Chapitre 1: principes physiques du lidar Flashcards
partie 1
principes du lidar
lidar définition
Light Detection And Ranging
ou light veut dire laser
les composantes du laser
- le matériel avec atomes avec des atomes qui peuvent être excité par source d’énergie, les matériaux sont, crystal, gaz…NEODYNIUM pour lidar.
2.source pompage laser: source d’énergie comme courant électrique.
3.cavité optique, 2 réflecteurs qui servent à AMPLIFIER la radiation
le but de miroir/réfflecteur
amplifier les collision d’émission stimulé pour engendrer quoi?
des photons identiques: en phase, direction et longueur d’onde et polarisation,
Lidar par satellite
- Impulsion est plus longue (10-250 nm) avec beaucoup d’énergie.
le laser a un q-switch, un obturateur pour augmenter intensité
Similitude et différence entre Lidar vs radar
- Similitude: les deux utilisent le temps de parcours de l’onde pour trouver distances des objets
2.différence: taille des impulsions, laser, impulsion (cone) fine et permet de distinguer objets vs gros cone (grande divergence, impulsion grande) du radar
lumière naturel vs lumière laser
1.Naturelle:
-lumière émise dans directions aléatoire
- longueur d’onde variable
-amplitude variable
-pas en phase
2.Laser:
- Une seule même direction
- Longueur d’onde constante
- amplitude constante
- en phase
= collimaté
le laser augmente avec distance, car pas parfaitement collimaté
fact
lidar typique de aéroporté
- pulsé (nombre d’impulsion par nanosecondes)
- longueur d’onde de 1064 infra rouge ou 532 vert
- divergence de l’ordre de 1,15 à 1 mrad
0.15mrad forme un diamètre de 15 cm sur une porté de 1000 m
calcul d’empreinte du à une divergence de 0,15mrad
1000m x Tan (0,15) = 151.13521805
on divise par 1000 puisque millirad (mrad)
ou tout simplement tan0,15
lorsqu’on fait le triangle avec TOA ne pas oublier de diviser la divergence en 2 pour n’avoir que le rayon
** C’EST 15 CM PLUS LA TAILLE DE L’IMPULSION QUAND ELLE SORT**
il s’agit d’une augmentation du diamètre à l’impulsion avec déjà une empreinte.
contrainte, atmosphère
condition de brouillard du laser de 1064 à une bonne absorption.
les nuages du brouillard absorbent beaucoup le 1064nm du lidar
largeur d’onde gaussienne
24m54
la taille d’une emprunte
largeur d’une onde Gaussienne
définition de la taille d’une impulsion laser
diamètre ou l’intensité est éfale à 1/e^2 x l’intensité maximale
largeur de 1/e^2 est équivalent à quoi?
1.7*FWHM
ou FWHM = e^-0.693
largeur de 1/e
equivalent à 1.2*FWHM
FWHM
Full width at half maximum
portée
temps de parcours multiplié par vitesse de la lumière DIVISÉ PAR 2
le principe du lidar
- laser émet impulsion
- miroir balayage défléchit laser
- Impulsion touche surface ce qui provoque RETOUR
- Énergie retournée capté par TÉLESCOPE
- détecteur enregistre MOMENT ou le retour est reçu
Le télescope
est un miroir parapolique (pour concentre rayon incident vers foyer).
qui redirige vers un miroir vers le détecteur
ANCIENNE FAÇON DE FAIRE LMITANTE
pour éviter d’avoir des mix signals, c’est à dire que des signaux entrant et sortant (Incident et réfléchis) se perturbent on calculait qu’un avion à 1km d’altitude, l’impulsion prend 6,7 microsecondes avant de retourner, alors on avait un fréquence de 1/6,7 microseconde ce qui égale 150kHz. donc 150 000 impulsions par secondes
Actuellement, nouvelle technique pour permettre 500Khz
Besoin d’un MNT pour connaitre l’altitude terrain et en accord on peut enregistrer
pourqyoi veut-on des fréquence aussi haute?
plus la fréquence est haute, plus on peut monter l’avion
Les avions préfèrent monter en altitude que d’avancer rapidement
En montant plus haut on a une couverture plus large
Problème
compromis entre haute fréquence et haute énergie émise, car les hautes fréquences d’émissions demande une recharge du laser
Résumé d’un vol à fréquence plus haute
résulte en une meilleure densité de points, on peut opérer un avion à plus grande altitude et plus vite tout en diminuant les couts des relevés.
mais risque de qualité des données pour des surfaces difficiles à caractérisés comme le couvert végétal.
divergence
en miliradian
faible divergence
capacité de pénétration à travers végétation et réduction des erreurs possibles sur les pentes
Calcul du diamètre de l’impulsion
Diamètre impulsion= divergence (mrad) * distance (m) + diamètre de sortie (mm)
laser Classe 4
tous les lidar aéroportés
classe 3 = faro
tourne le dos ou 3 à 4 m
les méthodes de mesure d’énergie laser
- Time of flight: mesure de temps pour retour multiplié par vitesse de la lumière, divisé par deux.
- Phase shift: calcul de déphasage
- triangulation: système à longue et courte portées.
l’impulsion se caractérise par une vague, à quel moment doit-on traiter l’enregistrement de la pulsion?
la première grande vague est le pulse incident et la plus petite l’impulsion refléchi.
- au Constant Fraction Discriminator (CFD), méthode de traitement visant à trouver le maximum d’une impulsion ou la pente est de zéro sur les deux vagues, ce qui résulte en une ligne verticale sur la courbe montante
avantage du CFD
avec le principe du time of flight
enregistrement d’un point à un temps T indépendant de l’amplitude du signal***
la dérivée seconde est égale à zéro
à ce point on part et on arrête la minuterie
