Semaine_2_Chapitre 1: principe du lidar Flashcards
Partie 1: video
Partie 1: video
LIDAR
Light detection and raging
ou light veut dire laser
LED = light emited dial
LEDAR
radar veut dire micro-onde (RAdio)
3 composantes principales du laser:
contrairement au soleil on génère que certaines énergie a des longueurs d’ondes précises selon le matériel utilisé ce qui provoque une limitation quant aux longueur d’onde qu’on peut utiliser
- Matériel à effet laser: va contenir les atomes qu’on va amener leur electrons de ses atomes à des niveaux supérieur, on va user de leur photons.
le matériaux qu’on va utiliser peut varier, ex: gaz, crystaux, teinture…ces matérieux vont émettre des longueurs d’onde différentes. - Source de pompage laser: une source d’énergie qu’on va appliquer aux matériaux, souvent un courant électrique, provoque la collisions de photons avec les électrons
- Une cavité optique, consistent de reflecteurs qui vont amplifier (les photons vont se promener d’un a l,autre).
Grenat Laser: BARREAU MINERAL
alternative: verre, chauffe facilement
Neodymiun (Nd) genere longueur d’onde 1064
minéraux le plus utilisé en lidar pour les tubes
BARREAU MINÉRAL
Grenat alumineux enrichi en Yttrium (YAG)
on peut avoir un lidar avec du neodymium dans un contenant tube fabriqué en YAG**
tube contient des miroir aux extrémités pk?
le but d’un laser est de provoquer des collisions entre photons ce qui est le phénomène dÉmission stimulé de photons identique
identiques : la même phase, direction et longueur d’onde et la polarisation identiques
plus ils sont nombreux plus il y a de collisions plus il y a des photons identiques à eux qui sont générés.
schématiquement:
- les électrons sont dans un état stable sur un orbite donné
- passage du courant qui va mettre la majorité des électrons à un niveaux plus haut.
- ÉMISSION SPONTANÉE DE PHOTON (lorsque l’électron relache son énergie et revient de son orbite supérieur à son orbite donné stable).
- les photons vont voyager rapidement et vont entrer en collision avec d’autres électrons et générer ainsi de nouveaux photons identiques.
le temps que ça prend faire ce processus est le pompage du laser pour générer assez d’énergie.
dans le cas d’un laser avec une longue impulsion il y a un Q-switch.
Le laser est un obturateur qui permet d’augmenter l’intensité à l’intérieur du tube avant de le relâcher
LIDAR vs RADAR
- les deux techniques uses du temps de parcours de l’onde pour déterminer la distance et position des objets
- différence: tailles de DIVERGENCE du faisceau de ses impulsions/ondes:
DIVERGENCE du laser: longueur d’onde beaucoup plus petite que Radar. (résolution spatiale beaucoup plus grande)
DIVERGENCE du RADAR: Longueur d’onde plus grande
Laser collimaté:
émise dans une seule direction donnée, mais pas parfaitement, il y a une divergence des photons.
l’empreinte du laser augmente avec la distance.
plus le laser voyage dans l’espace plus les photons se séparent les un des autres.
laser pulsé (Nd: YAG impulsion de 4 à 15 ns)
ses caractéristiques
-Longueur d’onde:
infrarouge proche pour les applications terrestres (1064nm)
Laser vert pour les applications marines (532 nm pour Nd: YAG)
même laser mais la longueur d’onde coupé en deux.
- Divergence (diamètre du rayon laser à mi-intensité):
très faible, de l’ordre de 0.15 à 1 mrad.
Une divergence de 0.15 mrad crée à 1000m de porté une tache d’un diamètre de 15 cm sur la surface.
absorption atmosphérique
dans 1064 il peut y avoir beaucoup d’absorption de la part de l’atmosphère surtout quand il y a du brouillard ou des nuages.
Énergie de l’impulsion laser
Son empreinte ressemble à une vague quand elle se déplace.
quand elle vient vers nous elle ressemble à un cercle avec du bleu à l’extérieur, puis du vert, jaune et rouge au centre.
ce qui s’interprète comme suit:
la plus grande concentration de photon est au centre et moins aux extrémités
Largeur d’une onde
peut etre prise à 1/e (FWHM, Full Width at Half Maximum)
et 1/e_2 = 0.135
si le fabriquant donne la largeur à:
largeur à 1/e_2: équivalent à 1.7* FWHM
largeur à 1/e: équivalent à 1.2* FWHM
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Partie 2 video
Partie 2 video
Principe du lidar scanneur (p.26)
- Un laser émet une IMPULSION
- Un miroir de balayage défléchit l’impulsion.
• L’impulsion est interceptée par une surface, ce qui
provoque un RETOUR. - Une partie de l’énergie retournée est captée par un TÉLESCOPE. (détecter l’énergie reflechie), les photons sont attrapé par ce télescope.
• Un détecteur enregistre le moment où le retour est
reçu.
•4. On calcule ensuite le TEMPS DE PARCOURS entre
l’émission de l’impulsion et la réception du retour.
• Le temps de parcours multiplié par la vitesse de la lumière et divisé par 2 (aller-retour) donne la PORTÉE
Avant la vitesse d’émission était de 150 KHz et maintenant elle est de 500 KHz
avantage, plus la fréquence d’impulsion est haute, plus le nuage de point est grand ce qui peut permettre à l’avion de monter son altitude, cela rend le lidar a 500 KHz plus commercial.
PARCONTRE lorsqu’on monte la fréquence d’émission la vitesse de la recharge du laser est plus grande.
- Compromis entre haute fréquence d’émission et haute énergie émise.
- si fréquence d’émission plus haute alors l’avion peut aller plus vite et plus haut.