01 المقدمة
في السنوات الأخيرة، ومع ظهور منصات القتال غير المأهولة والطائرات المسيرة والمعدات المحمولة للجنود الأفراد، أظهرت أجهزة تحديد المدى بالليزر بعيدة المدى، المصغّرة والمحمولة باليد، آفاقًا واسعة للتطبيق. وتشهد تقنية تحديد المدى بالليزر الزجاجي الإربيومي بطول موجة 1535 نانومتر تطورًا متزايدًا. وتتميز هذه التقنية بمزايا سلامة العين، والقدرة العالية على اختراق الدخان، وطول المدى، وهي تُعدّ محورًا رئيسيًا لتطوير تقنية تحديد المدى بالليزر.
02 مقدمة المنتج
جهاز قياس المسافات بالليزر LSP-LRS-0310 F-04 هو جهاز قياس مسافات ليزري مُطوّر استنادًا إلى ليزر زجاجي Er بطول موجة 1535 نانومتر، والذي طورته شركة Lumispot بشكل مستقل. يعتمد الجهاز على طريقة قياس المدى المبتكرة بنبضة واحدة (TOF)، ويتميز بأداء قياس ممتاز لمختلف أنواع الأهداف، حيث يمكن أن يصل مدى المباني بسهولة إلى 5 كيلومترات، وحتى للسيارات سريعة الحركة، يمكنه تحقيق مدى ثابت يبلغ 3.5 كيلومتر. في سيناريوهات التطبيق مثل مراقبة الأفراد، تزيد مسافة قياس الأشخاص عن كيلومترين، مما يضمن دقة البيانات وتوقيتها الفعلي. يدعم جهاز قياس المسافات بالليزر LSP-LRS-0310F-04 الاتصال بالكمبيوتر المضيف عبر منفذ RS422 التسلسلي (كما تتوفر خدمة تخصيص منفذ TTL التسلسلي)، مما يجعل نقل البيانات أكثر ملاءمة وكفاءة.
الشكل 1 مخطط منتج جهاز تحديد المدى بالليزر LSP-LRS-0310 F-04 ومقارنة حجم العملة المعدنية بقيمة يوان واحد
03 مميزات المنتج
* تصميم متكامل لتوسيع الشعاع: تكامل فعال وقدرة معززة على التكيف مع البيئة
يضمن تصميم توسيع الشعاع المتكامل تنسيقًا دقيقًا وتعاونًا فعالًا بين المكونات. يوفر مصدر مضخة LD طاقةً ثابتةً وفعالةً لوسط الليزر، ويتحكم مُوَازِي المحور السريع ومرآة التركيز بدقة في شكل الشعاع، وتُضخّم وحدة الكسب طاقة الليزر بشكل أكبر، بينما يُوسّع مُوسّع الشعاع قطر الشعاع بفعالية، ويُقلّل زاوية انحرافه، ويُحسّن اتجاهيته ومسافة انتقاله. تُراقب وحدة أخذ العينات الضوئية أداء الليزر آنيًا لضمان إنتاج مستقر وموثوق. في الوقت نفسه، يتميز التصميم المُحكم بأنه صديق للبيئة، ويُطيل عمر خدمة الليزر، ويُقلّل تكاليف الصيانة.
الشكل 2 صورة حقيقية لليزر زجاج الإربيوم
* وضع قياس مسافة تبديل القطاع: قياس دقيق لتحسين دقة قياس المسافة
تعتمد طريقة تحديد المدى بالتبديل المجزأ على دقة القياس. ومن خلال تحسين تصميم المسار الضوئي وخوارزميات معالجة الإشارات المتقدمة، بالإضافة إلى خرج الطاقة العالي وخصائص النبضات الطويلة لليزر، يمكنها اختراق التداخل الجوي بنجاح، وضمان استقرار ودقة نتائج القياس. تستخدم هذه التقنية استراتيجية تحديد مدى بترددات عالية التكرار، لإصدار نبضات ليزر متعددة باستمرار، وتجميع إشارات الصدى ومعالجتها، مما يُخفف الضوضاء والتداخل بفعالية، ويُحسّن نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل كبير، ويُحقق قياسًا دقيقًا لمسافة الهدف. حتى في البيئات المعقدة أو في مواجهة التغييرات الطفيفة، تضمن طرق تحديد المدى بالتبديل المجزأ دقة واستقرار نتائج القياس، مما يجعلها وسيلة تقنية مهمة لتحسين دقة تحديد المدى.
*يعوض مخطط العتبة المزدوجة دقة النطاق: معايرة مزدوجة، دقة تتجاوز الحد
يكمن جوهر نظام العتبة المزدوجة في آلية المعايرة المزدوجة. يُحدد النظام أولًا عتبتين مختلفتين للإشارة لالتقاط نقطتين زمنيتين حرجتين لإشارة صدى الهدف. تختلف هاتان النقطتان الزمنيتان اختلافًا طفيفًا بسبب اختلاف العتبات، ولكن هذا الاختلاف هو مفتاح تعويض الأخطاء. من خلال قياس وحساب الوقت بدقة عالية، يستطيع النظام حساب فرق التوقيت بين هاتين النقطتين بدقة، ومعايرة نتائج تحديد المدى الأصلية وفقًا لذلك، مما يُحسّن دقة تحديد المدى بشكل كبير.
الشكل 3 مخطط تخطيطي لدقة نطاق تعويض خوارزمية العتبة المزدوجة
* تصميم استهلاك منخفض للطاقة: كفاءة عالية، توفير الطاقة، أداء محسن
من خلال التحسين المتعمق لوحدات الدوائر، مثل لوحة التحكم الرئيسية ولوحة التشغيل، اعتمدنا شرائح متطورة منخفضة الطاقة واستراتيجيات فعّالة لإدارة الطاقة لضمان التحكم الصارم في استهلاك طاقة النظام في وضع الاستعداد، بحيث لا يتجاوز 0.24 واط، وهو انخفاض ملحوظ مقارنةً بالتصاميم التقليدية. عند تردد 1 هرتز، يبقى إجمالي استهلاك الطاقة ضمن 0.76 واط، مما يُظهر كفاءة طاقة ممتازة. في حالة ذروة التشغيل، على الرغم من زيادة استهلاك الطاقة، إلا أنه يبقى مُتحكمًا فيه بفعالية ضمن 3 واط، مما يضمن التشغيل المستقر للمعدات في ظل متطلبات الأداء العالي مع مراعاة أهداف توفير الطاقة.
* قدرة عمل قصوى: تبديد ممتاز للحرارة، مما يضمن تشغيلًا مستقرًا وفعالًا
لمواجهة تحديات درجات الحرارة المرتفعة، يعتمد جهاز تحديد المدى بالليزر LSP-LRS-0310F-04 نظامًا متطورًا لتبديد الحرارة. من خلال تحسين مسار التوصيل الحراري الداخلي، وزيادة مساحة تبديد الحرارة، واستخدام مواد تبديد حرارة عالية الكفاءة، يُبدّد المنتج الحرارة الداخلية المتولدة بسرعة، مما يضمن الحفاظ على درجة حرارة تشغيل مناسبة للمكونات الأساسية عند التشغيل طويل الأمد تحت أحمال عالية. هذه القدرة الممتازة على تبديد الحرارة لا تُطيل عمر المنتج فحسب، بل تضمن أيضًا استقرار أداء قياس المدى واتساقه.
* سهولة الحمل والمتانة: تصميم مصغر، أداء ممتاز مضمون
يتميز جهاز تحديد المدى بالليزر LSP-LRS-0310F-04 بحجمه الصغير المذهل (33 جرامًا فقط) ووزنه الخفيف، مع مراعاة الجودة الممتازة للأداء المستقر، ومقاومة الصدمات العالية، وسلامة العين من الدرجة الأولى، مما يُظهر توازنًا مثاليًا بين سهولة الحمل والمتانة. يعكس تصميم هذا المنتج فهمًا عميقًا لاحتياجات المستخدم، ودمجًا عاليًا للابتكارات التكنولوجية، ليصبح محط أنظار في السوق.
04 سيناريو التطبيق
يتم استخدامه في العديد من المجالات الخاصة مثل التصويب والمدى، وتحديد المواقع الكهروضوئية، والطائرات بدون طيار، والمركبات غير المأهولة، والروبوتات، وأنظمة النقل الذكية، والتصنيع الذكي، والخدمات اللوجستية الذكية، والإنتاج الآمن، والأمن الذكي.
05 المؤشرات الفنية الرئيسية
المعلمات الأساسية هي كما يلي:
| غرض | قيمة |
| الطول الموجي | 1535±5 نانومتر |
| زاوية تباعد الليزر | ≤0.6 مراد |
| فتحة الاستقبال | Φ16 مم |
| أقصى مدى | ≥3.5 كم (هدف المركبة) |
| ≥ 2.0 كم (هدف بشري) | |
| ≥5 كم (هدف البناء) | |
| نطاق القياس الأدنى | ≤15 مترًا |
| دقة قياس المسافة | ≤ ± 1 متر |
| تردد القياس | 1~10 هرتز |
| دقة المسافة | ≤ 30 مترًا |
| الدقة الزاوية | 1.3 مراد |
| دقة | ≥98% |
| معدل الإنذارات الكاذبة | ≤ 1% |
| كشف الأهداف المتعددة | الهدف الافتراضي هو الهدف الأول، والحد الأقصى للهدف المدعوم هو 3 |
| واجهة البيانات | منفذ تسلسلي RS422 (TTL قابل للتخصيص) |
| جهد الإمداد | تيار مستمر 5 ~ 28 فولت |
| متوسط استهلاك الطاقة | ≤ 0.76 واط (تشغيل 1 هرتز) |
| ذروة استهلاك الطاقة | ≤3 واط |
| استهلاك الطاقة في وضع الاستعداد | ≤0.24 واط (استهلاك الطاقة عند عدم قياس المسافة) |
| استهلاك الطاقة أثناء النوم | ≤ 2mW (عندما يتم سحب دبوس POWER_EN إلى الأسفل) |
| منطق النطاق | مع وظيفة قياس المسافة الأولى والأخيرة |
| أبعاد | ≤48 مم × 21 مم × 31 مم |
| وزن | 33 جرام ± 1 جرام |
| درجة حرارة التشغيل | -40 درجة مئوية ~ + 70 درجة مئوية |
| درجة حرارة التخزين | -55 درجة مئوية ~ + 75 درجة مئوية |
| صدمة | >75 جم عند 6 مللي ثانية |
| اهتزاز | اختبار الاهتزاز العام للسلامة المنخفضة (GJB150.16A-2009 الشكل C.17) |
أبعاد مظهر المنتج:
الشكل 4 أبعاد منتج جهاز تحديد المدى بالليزر LSP-LRS-0310 F-04
06 المبادئ التوجيهية
* يبلغ طول موجة الليزر المنبعثة من وحدة قياس المدى هذه 1535 نانومتر، وهو آمن للعين البشرية. على الرغم من أن هذا الطول الموجي آمن للعين البشرية، يُنصح بعدم النظر مباشرةً إلى الليزر.
* عند ضبط التوازي بين المحاور البصرية الثلاثة، تأكد من حجب عدسة الاستقبال، وإلا فسوف يتلف الكاشف بشكل دائم بسبب الصدى المفرط؛
* وحدة قياس المدى هذه غير محكمة الغلق. تأكد من أن الرطوبة النسبية للبيئة أقل من 80%، وحافظ على نظافة البيئة لتجنب إتلاف الليزر.
* يرتبط مدى وحدة تحديد المدى برؤية الغلاف الجوي وطبيعة الهدف. سينخفض المدى في ظروف الضباب والمطر والعواصف الرملية. تتميز أهداف مثل الأوراق الخضراء والجدران البيضاء والحجر الجيري المكشوف بانعكاسية جيدة، مما يزيد من المدى. بالإضافة إلى ذلك، سينخفض المدى عند زيادة زاوية ميل الهدف بالنسبة لشعاع الليزر.
* يُمنع منعًا باتًا إطلاق الليزر على الأهداف العاكسة القوية مثل الزجاج والجدران البيضاء ضمن مسافة 5 أمتار، وذلك لتجنب أن يكون الصدى قويًا جدًا ويسبب ضررًا لكاشف APD؛
* يُمنع منعًا باتًا توصيل أو فصل الكابل عند تشغيل الطاقة؛
* تأكد من توصيل قطبية الطاقة بشكل صحيح، وإلا فسوف يتسبب ذلك في تلف دائم للجهاز.
وقت النشر: 9 سبتمبر 2024