Page 11 - bilgem-teknoloji-dergisi-11

Lazer Teknolojileri BILGEM
TEKNOLOJI

LİDAR teknolojisi, dalga boyunun
LİDAR Teknolojileri sağlamak için LİDAR ve RADAR sistemleri birlikte yüksek çözünürlükte ve doğrulukta
kullanılmaktadır.
kısa olması sayesinde daha
Çalışma Prensibi
LİDAR sistemleri, çalışma prensiplerine göre ikiye
Hayatın İçinde ayrılır. Geleneksel yöntem (Pulsed Time of Flight), görüntüleme yaparak radarın gözünden
kaçabilen küçük objeleri şekilleriyle
hedefe bir lazer atımı yollar ve hedeften yansıyan
birlikte tespit edebilir.
veya saçılan ışığın ne kadar zamanda geri döndü-
ğünü elektronik olarak kaydeder. Ölçülen bu uçuş
zamanı (Δt) ışık hızı ile çarpılarak toplam uçuş yolu
(2D) ve hedefin mesafesi (D) hesaplanır. doğru orantılıdır. Çünkü uçuş süresinde referans ışığın
Dr. Rasül Torun – Araştırmacı, Dr. Erkan Demirci – Başuzman Araştırmacı, Dr. İsa Kiyat – Başuzman Araştırmacı, frekansı doğrusal olarak γ Hz/s hızıyla değiştirilmiştir:
Dr. Mehdi Yavuz Yüce – Başuzman Araştırmacı, Dr. Mustafa Eryürek – Uzman Araştırmacı / BİLGEM UEKAE c
D= Δt
2
Öte yandan AMCW (Amplitude Modulated Conti- Eğer hedef hareketli ise geri dönen ışık Doppler
nuous Wave: Genlik Modülasyonlu Sürekli Dalga) etkisi sebebiyle ekstra frekans kayması yaşar. Bu
kullanılan LİDAR sistemi, bir sürekli dalga lazerinin durum mesafe ölçümünde hataya sebep olacak bir
parlaklığını modüle edip (ω_mod) hedeften geri dö- etmen gibi gözükse de sürekli dalga kullanılması,
nen ışığın uçuş süresince kazandığı fazı (Δt) ölçer. mesafenin farklı frekanslarda ölçülmesini ve sonuç-
Bu ölçüm için elektronik veya optik faz dedektörleri ların işlenerek hem mesafe hem de hız bilgisinin
kullanılabilir. Optik alanında evreuyumlu algılama elde edilmesini sağlar.
(coherent detection) hedeften geri dönen ışığı refe-
rans ışık (local oscillator) ile karıştırarak ortaya çı- Doppler Etkisi ve Doppler LİDAR
kan girişimden faz farkını hesaplar. Ölçülen bu faz Doppler etkisi, dalga kaynağı herhangi bir cisimden
farkından uçuş zamanı (Δt) ve hedefin uzaklığı (D) yayılan dalgaların frekans ve dalga boyunun bir
hesaplanır. gözlemci tarafından gözlenen cismin görece konu-
muna ve hareketine göre farklı algılanması olayıdır.
Bu duruma örnek olarak yoldan geçen ambulansın
sirenini yaklaşırken tiz (yüksek frekans), uzaklaşır-
ken pes (düşük frekans) olarak duymamız verile-
Diğer bir sürekli dalga metodu olan FMCW (Frequ- bilir (Şekil 2). Bu frekans kayması (Δf_D) kaynağın
ency Modulated Continuous Wave: Frekans Modü-
LİDAR (Işık Algılama ve Menzil Saptama) lazer ışığı kullanarak lasyonlu Sürekli Dalga) kullanılan LİDAR sistemi frekansına (f_0) ve gözlemci – gözlenen arasındaki
bir hedefin mesafesini ve hızını ölçmeyi sağlayan bir teknolojidir. ise bir lazerin frekansını zamanla doğrusal olarak göreceli hıza (Δv) bağlıdır. RADAR ve LİDAR sis-
değiştirir. Hedeften geri dönen ışık ile referans ışık temlerinde genelde kaynak ve algılayıcı aynı yerde
evreuyumlu dedektör ile algılandığında ara frekans bulunduğundan dalga Doppler etkisini hem he-
İDAR (Light Detection and Ranging-Işık Al- tirmektedir. Lazer ışınları hem uzaysal hem de (Δf) oluşur ve bu ara frekans uçuş zamanı (Δt) ile defe giderken hem de geri dönerken tecrübe eder.
gılama ve Menzil Saptama) çalışma prensibi zamansal uyuma (coherence) sahiptir. Uzaysal
LRADAR (Radio Detection and Ranging) tek- uyumları sayesinde çok düşük demet dağılma
nolojisi ile benzerdir. Ancak, kaynak olarak rad- açısına sahip olan lazerler, hedefin yüksek çözü-
yo dalgaları yerine elektromanyetik tayfın daha nürlükte taranabilmesini mümkün kılar. Zaman-
yüksek frekans (daha kısa dalga boyu) bölgesin- sal uyum ise ışığın gidişi ve dönüşü süresince
de bulunan kızılötesi veya görünür ışığı kullanır. kaynaktaki ışığın aynı özellikte kalmasını sağla-
Dalga boyunun kısa olması, LİDAR teknolojisinin ması sebebiyle evreuyumlu (coherent detection)
daha yüksek çözünürlükte ve doğrulukta görün- algılama yapılmasına olanak sağlar. Bu sayede
tüleme yapmasını sağlar. Bu sayede radarların hem daha düşük geri yansımalar algılanabi-
gözden kaçırabildiği küçük objeleri şekilleriyle lir hem de hedefin hızı ölçülebilir. Ancak, lazer
birlikte tespit edebilir. Şekil 1’de trafikte oluşan ışınlarının su buharı tarafından soğurulması ve
bir senaryonun LİDAR teknolojisi ve yüksek çö- saçılmaya uğrayabilmesi, LİDAR teknolojisinin
zünürlüklü RADAR teknolojisi ile görüntüleme yağmur, sis, pus ve kar gibi kötü hava koşulların-
sonuçları görülmektedir. da çalışmasını sınırlar. Bu sebeple otonom sü-
rüşten hava trafik yönetimine, uzay araştırmala-
Öte yandan, radyo dalgasından ışığa geçiş bazı rından askeri uygulamalara kadar birçok alanda LİDAR Yüksek Çözünürlüklü RADAR
avantajları ve dezavantajları beraberinde ge- kullanılabilir verinin sürekliliğini ve güvenilirliğini
Şekil 1. Trafikte oluşan bir senaryonun LİDAR ve yüksek çözünürlüklü RADAR ile görüntüleme sonuçları [1]

8 9