1. مقدمة
في السنوات الأخيرة، ومع ظهور منصات القتال غير المأهولة والطائرات المسيّرة والمعدات المحمولة للجنود، أظهرت أجهزة قياس المسافة بالليزر المحمولة صغيرة الحجم آفاقًا واسعة للتطبيق. وتزداد تقنية قياس المسافة بالليزر باستخدام زجاج الإربيوم بطول موجي 1535 نانومتر نضجًا، إذ تتميز بمزايا عديدة منها سلامة العين، وقدرتها العالية على اختراق الدخان، ومدى قياسها البعيد، ما يجعلها اتجاهًا رئيسيًا لتطوير تقنية قياس المسافة بالليزر.
02 مقدمة المنتج
جهاز قياس المسافة بالليزر LSP-LRS-0310 F-04 هو جهاز متطور يعتمد على ليزر زجاج الإربيوم بطول موجي 1535 نانومتر، والذي طورته شركة Lumispot بشكل مستقل. يستخدم الجهاز تقنية قياس المسافة المبتكرة أحادية النبضة بتقنية زمن الرحلة (TOF)، ويتميز بأداء ممتاز في قياس المسافة لمختلف أنواع الأهداف؛ حيث تصل مسافة قياس المسافة للمباني إلى 5 كيلومترات، وحتى للسيارات سريعة الحركة، يمكنه تحقيق قياس ثابت لمسافة 3.5 كيلومترات. في تطبيقات مثل مراقبة الأفراد، تتجاوز مسافة قياس المسافة للأشخاص 2 كيلومتر، مما يضمن دقة البيانات وتحديثها في الوقت الفعلي. يدعم جهاز قياس المسافة بالليزر LSP-LRS-0310F-04 الاتصال بالحاسوب المضيف عبر منفذ RS422 التسلسلي (مع توفير خدمة تخصيص منفذ TTL التسلسلي)، مما يجعل نقل البيانات أكثر سهولة وكفاءة.
الشكل 1: رسم تخطيطي لمنتج جهاز قياس المسافة بالليزر LSP-LRS-0310 F-04 ومقارنة أحجام عملة اليوان الواحد
03 ميزات المنتج
* تصميم متكامل لتوسيع العارضة: تكامل فعال وقدرة محسّنة على التكيف مع البيئة
يضمن تصميم توسيع الشعاع المتكامل تنسيقًا دقيقًا وتعاونًا فعالًا بين المكونات. يوفر مصدر ضخ الليزر الثنائي مدخلات طاقة مستقرة وفعالة لوسط الليزر، بينما يتحكم مُجمِّع المحور السريع ومرآة التركيز بدقة في شكل الشعاع، وتُضخِّم وحدة التضخيم طاقة الليزر، ويعمل مُوسِّع الشعاع على توسيع قطر الشعاع بفعالية، وتقليل زاوية تباعده، وتحسين توجيهه ومسافة انتقاله. تراقب وحدة أخذ العينات البصرية أداء الليزر في الوقت الفعلي لضمان خرج مستقر وموثوق. في الوقت نفسه، يُعد التصميم المُحكم صديقًا للبيئة، ويُطيل عمر الليزر، ويُقلل تكاليف الصيانة.
الشكل 2: صورة حقيقية لليزر زجاج الإربيوم
* وضع قياس المسافة بتبديل القطاعات: قياس دقيق لتحسين دقة قياس المسافة
تعتمد طريقة قياس المدى بالتبديل المجزأ على القياس الدقيق كركيزة أساسية. فمن خلال تحسين تصميم المسار البصري وخوارزميات معالجة الإشارات المتقدمة، بالإضافة إلى طاقة الليزر العالية وخصائص النبضات الطويلة، تستطيع هذه الطريقة اختراق التداخلات الجوية بنجاح وضمان استقرار ودقة نتائج القياس. تستخدم هذه التقنية استراتيجية قياس المدى بتردد تكرار عالٍ لإصدار نبضات ليزر متعددة بشكل مستمر، وتجميع ومعالجة إشارات الصدى، مما يساهم في كبح الضوضاء والتداخل بشكل فعال، وتحسين نسبة الإشارة إلى الضوضاء بشكل ملحوظ، وتحقيق قياس دقيق لمسافة الهدف. حتى في البيئات المعقدة أو في مواجهة التغيرات الطفيفة، تضمن طرق قياس المدى بالتبديل المجزأ دقة واستقرار نتائج القياس، مما يجعلها وسيلة تقنية مهمة لتحسين دقة قياس المدى.
*يعوض نظام العتبة المزدوجة دقة تحديد المدى: معايرة مزدوجة، تتجاوز دقة الحد المسموح به
يكمن جوهر نظام العتبة المزدوجة في آلية المعايرة المزدوجة. يقوم النظام أولاً بضبط عتبتين مختلفتين للإشارة لالتقاط نقطتين زمنيتين حاسمتين لإشارة صدى الهدف. تختلف هاتان النقطتان الزمنيتان اختلافاً طفيفاً نتيجةً لاختلاف العتبتين، ولكن هذا الاختلاف هو المفتاح لتعويض الأخطاء. من خلال قياس الوقت وحسابه بدقة عالية، يستطيع النظام حساب الفرق الزمني بين هاتين النقطتين بدقة، ومعايرة نتائج تحديد المدى الأصلية بدقة متناهية، مما يُحسّن دقة تحديد المدى بشكل ملحوظ.
الشكل 3: رسم تخطيطي لخوارزمية العتبة المزدوجة لتعويض دقة النطاق
* تصميم منخفض استهلاك الطاقة: كفاءة عالية، توفير الطاقة، أداء مُحسَّن
من خلال التحسين المُعمّق لوحدات الدوائر، مثل لوحة التحكم الرئيسية ولوحة التشغيل، اعتمدنا رقائق متطورة منخفضة الطاقة واستراتيجيات فعّالة لإدارة الطاقة، لضمان التحكم الدقيق في استهلاك الطاقة للنظام في وضع الاستعداد، بحيث لا يتجاوز 0.24 واط، وهو انخفاض ملحوظ مقارنةً بالتصاميم التقليدية. عند تردد 1 هرتز، يبقى استهلاك الطاقة الإجمالي ضمن 0.76 واط، مما يُظهر كفاءة طاقة ممتازة. في حالة التشغيل القصوى، ورغم زيادة استهلاك الطاقة، إلا أنه يبقى تحت السيطرة الفعّالة ضمن 3 واط، مما يضمن التشغيل المستقر للجهاز في ظل متطلبات الأداء العالية، مع مراعاة أهداف توفير الطاقة.
* قدرة فائقة على العمل: تبديد ممتاز للحرارة، مما يضمن تشغيلًا مستقرًا وفعالًا
للتغلب على تحديات درجات الحرارة المرتفعة، يعتمد جهاز قياس المسافة بالليزر LSP-LRS-0310F-04 نظامًا متطورًا لتبديد الحرارة. فمن خلال تحسين مسار التوصيل الحراري الداخلي، وزيادة مساحة تبديد الحرارة، واستخدام مواد عالية الكفاءة في تبديد الحرارة، يستطيع الجهاز تبديد الحرارة المتولدة داخليًا بسرعة، مما يضمن الحفاظ على درجة حرارة تشغيل مناسبة للمكونات الأساسية حتى في ظل التشغيل لفترات طويلة تحت أحمال عالية. ولا تقتصر فوائد هذه القدرة الممتازة على تبديد الحرارة على إطالة عمر الجهاز فحسب، بل تضمن أيضًا استقرار ودقة قياس المسافة.
* سهولة الحمل والمتانة: تصميم مصغر، وأداء ممتاز مضمون
يتميز جهاز قياس المسافة بالليزر LSP-LRS-0310F-04 بصغر حجمه المذهل (33 غرامًا فقط) وخفة وزنه، مع الحفاظ على جودة أداء ممتازة، ومقاومة عالية للصدمات، ومستوى عالٍ من الأمان للعين، مما يُظهر توازنًا مثاليًا بين سهولة الحمل والمتانة. يعكس تصميم هذا المنتج فهمًا عميقًا لاحتياجات المستخدمين وتكاملًا عاليًا للابتكار التكنولوجي، ليصبح محط أنظار السوق.
04 سيناريو التطبيق
يُستخدم في العديد من المجالات الخاصة مثل التصويب وتحديد المدى، وتحديد المواقع الكهروضوئي، والطائرات بدون طيار، والمركبات غير المأهولة، والروبوتات، وأنظمة النقل الذكية، والتصنيع الذكي، والخدمات اللوجستية الذكية، والإنتاج الآمن، والأمن الذكي.
05 المؤشرات الفنية الرئيسية
المعايير الأساسية هي كما يلي:
| غرض | قيمة |
| الطول الموجي | 1535±5 نانومتر |
| زاوية تباعد الليزر | ≤0.6 ملي راديان |
| فتحة الاستقبال | Φ16mm |
| أقصى مدى | ≥3.5 كم (الهدف من المركبات) |
| ≥ 2.0 كم (هدف بشري) | |
| ≥5 كم (هدف البناء) | |
| الحد الأدنى لنطاق القياس | ≤15 م |
| دقة قياس المسافة | ≤ ±1 متر |
| تردد القياس | 1~10 هرتز |
| دقة المسافة | ≤ 30 مترًا |
| الدقة الزاوية | 1.3 ملي راديان |
| دقة | ≥98% |
| معدل الإنذارات الكاذبة | ≤ 1% |
| الكشف عن أهداف متعددة | الهدف الافتراضي هو الهدف الأول، والحد الأقصى للأهداف المدعومة هو 3 |
| واجهة البيانات | منفذ تسلسلي RS422 (قابل للتخصيص TTL) |
| جهد التغذية | تيار مستمر 5 ~ 28 فولت |
| متوسط استهلاك الطاقة | ≤ 0.76 واط (تشغيل بتردد 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 | ≤ 2 ميلي واط (عندما يتم سحب دبوس POWER_EN إلى مستوى منخفض) |
| منطق النطاق | مع وظيفة قياس المسافة الأولى والأخيرة |
| أبعاد | ≤ 48 مم × 21 مم × 31 مم |
| وزن | 33 غ ± 1 غ |
| درجة حرارة التشغيل | -40 درجة مئوية إلى +70 درجة مئوية |
| درجة حرارة التخزين | -55 درجة مئوية إلى +75 درجة مئوية |
| صدمة | >75 غ@6 مللي ثانية |
| اهتزاز | اختبار الاهتزاز العام للسلامة السفلية (GJB150.16A-2009 الشكل C.17) |
أبعاد مظهر المنتج:
الشكل 4: أبعاد منتج جهاز تحديد المدى بالليزر LSP-LRS-0310 F-04
06 إرشادات
* يبلغ طول موجة الليزر المنبعثة من وحدة تحديد المدى هذه 1535 نانومتر، وهو طول موجة آمن للعين البشرية. على الرغم من أن هذا الطول الموجي آمن للعين البشرية، إلا أنه يُنصح بعدم النظر مباشرة إلى الليزر؛
* عند ضبط توازي المحاور البصرية الثلاثة، تأكد من حجب عدسة الاستقبال، وإلا سيتعرض الكاشف للتلف الدائم بسبب الصدى المفرط؛
* وحدة تحديد المدى هذه ليست محكمة الإغلاق. تأكد من أن الرطوبة النسبية للبيئة أقل من 80%، وحافظ على نظافة البيئة لتجنب تلف الليزر.
* يرتبط مدى وحدة تحديد المدى بالرؤية الجوية وطبيعة الهدف. يقل المدى في ظروف الضباب والمطر والعواصف الرملية. تتميز الأهداف مثل الأوراق الخضراء والجدران البيضاء والحجر الجيري المكشوف بانعكاس جيد، مما يزيد المدى. بالإضافة إلى ذلك، يقل المدى كلما زادت زاوية ميل الهدف بالنسبة لشعاع الليزر.
* يُحظر منعاً باتاً إطلاق الليزر على أهداف عاكسة قوية مثل الزجاج والجدران البيضاء في نطاق 5 أمتار، وذلك لتجنب أن يكون الصدى قوياً جداً ويتسبب في تلف كاشف APD؛
* يُمنع منعاً باتاً توصيل أو فصل الكابل أثناء تشغيل الطاقة؛
تأكد من توصيل قطبية الطاقة بشكل صحيح، وإلا فسيتسبب ذلك في تلف دائم للجهاز..
تاريخ النشر: 9 سبتمبر 2024