مبدأ جهاز تحديد المدى بالليزر النبضي
يعتمد مبدأ جهاز تحديد المدى بالليزر النبضي على الاستفادة من خصائص شعاع الليزر لقياس المسافة بين الهدف وجهاز تحديد المدى. وتتكون أجهزة تحديد المدى بالليزر النبضي عادةً من ليزر ووحدة إرسال وجهاز استقبال وساعة وعداد ووحدة معالجة بيانات.
يمكن تقسيم مبدأ عمل جهاز تحديد المدى بالليزر النبضي إلى عمليتين: الإرسال والاستقبال.
في عملية النقل، يتم التحكم في شعاع الليزر الناتج عن الليزر بواسطة وحدة تحكم متكررة ثم يتم إطلاقه. تتمتع نبضة الليزر بقوة لحظية عالية وعرض نبضة قصير، وعادة ما تكون شعاع ليزر تحت الأحمر. يمر شعاع الليزر المنبعث عبر عدسة أو جهاز توجيه لجعله متوازيًا قدر الإمكان، ثم يتم توجيهه نحو هدف القياس.
أثناء الاستقبال، بعد توجيه شعاع الليزر نحو الهدف، يتناثر جزء من ضوء الليزر أو ينعكس مرة أخرى إلى جهاز تحديد المدى بواسطة الهدف. يمر هذا الجزء من ضوء الليزر المتناثر عبر وحدة الاستقبال ويلتقطه جهاز الاستقبال. يحول جهاز الاستقبال إشارة الليزر المستلمة إلى إشارة كهربائية، والتي تتم معالجتها بعد ذلك من خلال التضخيم والتصفية قبل إرسالها إلى العداد. يحسب العداد المسافة بين هدف القياس وجهاز تحديد المدى بناءً على عدد وفترة زمنية نبضات الضوء المستلمة.
تحتوي إشارات النبضات المستلمة على إشارات من الجسم المستهدف بالإضافة إلى أخطاء ناجمة عن اختلافات الطول الموجي لليزر أو عوامل أخرى. لتقليل هذه الأخطاء، تستخدم أجهزة تحديد المدى بالليزر النبضي عادةً تقنيات مثل الترشيح التناظري والرقمي لمعالجة الإشارة المستلمة. تساعد تقنيات الترشيح هذه في تصفية الضوضاء والتداخل، وبالتالي تحسين دقة جهاز تحديد المدى.
يقوم نظام الساعة في جهاز تحديد المدى بالليزر النبضي بقياس الفاصل الزمني بين نبضات الضوء بدقة. ومن خلال قياس وقت طيران النبضات وسرعة الضوء المنتقل عبر الهواء، يمكن حساب المسافة بين الهدف وجهاز تحديد المدى. وبسبب السرعة القصوى لضوء الليزر، يمكن لأجهزة تحديد المدى بالليزر النبضي إجراء القياسات في نانوثانية.
تتمثل المزايا الرئيسية لأجهزة قياس المسافات بالليزر النبضي في دقتها العالية في القياس، ونطاقها الكبير، وسرعتها العالية في القياس، وطبيعتها غير المدمرة للهدف. لذلك، يتم استخدامها على نطاق واسع في مجالات مثل القياس الهندسي، وقياس البناء، وقياس الفضاء الجوي، والاستكشاف الجيولوجي، والملاحة الروبوتية، والقيادة الذاتية.
