Новая технология оптического сканирования позволит составлять карты морского дна при помощи небольших беспилотников

IT новости на Учитель программирования Ру
Когда кому-либо требуется произвести картографическую съемку морского дна, для этого обычно используется устройство, называемое батиметрическим оптическим локатором (bathymetric LiDAR, Light Detection And Ranging). Это достаточно громоздкое устройство, которое весит 250-300 килограмм и которое устанавливается только на больших самолетах, имеющих экипаж из нескольких человек. Эти самолеты неоднократно проходят над областью съемки и такое мероприятие обходится заказчикам в достаточно круглые суммы. Однако, в недалеком будущем эта ситуация может измениться благодаря работе исследователей из Технологического университета Джорджии (Georgia Tech), возглавляемых доктором Грэйди Туеллом (Dr. Grady Tuell). Эта группа разработала новую технологию лазерной оптической локации, обладающую высокой эффективностью и достаточно компактными габаритами, что позволит ее установку на беспилотные летательные аппараты.

Обычный батиметрический оптический локатор посылает импульсы лазерного света сквозь толщу воды к морскому дну. Свет лазера отражается от дна и попадает в высокочувствительный приемник устройства. Измеряя время, которое потребовалось свету на прохождение пути до дна и назад, определяется глубина в данной точке, а при помощи комбинирования множества таких точечных измерений составляется трехмерная карта рельефа морского дна. Кроме времени, затраченного на собственно точечную съемку, такой подход требует достаточно больших вычислительных ресурсов, которые используются позже при составлении окончательной карты и компенсируют разницу в коэффициентах преломления, мутности и температуры морской воды.

В новой системе оптической локации все уточняющие измерения производятся намного быстрее, нежели при использовании традиционного метода. Для этого в системе используется вычислительная технология, основанная на теории общего распределения неопределенностей (total propagated uncertainty, TPU), в состав которой входят методы статистики, математической обработки и линейной алгебры. Эта вычислительная технология реализована аппаратно при помощи программируемых матриц логических элементов (микросхемы, внутренняя электронная схема которых программируется пользователем для решения какой-либо определенной задачи). В дополнение к этому в системе используется достаточно мощный центральный процессор и аппаратные средства для обработки графических данных.

В результате использования большого количества специализированных аппаратных средств, скорость работы системы составляет около 37 миллионов точек в секунду. Для сравнения, традиционные батиметрические оптические локаторы могут работать с максимальной скоростью всего 1000 точек в секунду.

Высокое быстродействие системы позволяет ей произвести анализ каждого отраженного от дна импульса лазерного света прежде, чем будет излучен следующий импульс. При этом, в обработке данных каждого отраженного импульса учитываются данные, полученные во время предыдущих измерений. Все данные передаются в пункт управления в режиме реального времени, что позволяет операторам производить моментальную корректировку хода процесса съемки.

Высокая скорость работы системы позволит использовать ее возможности не только для картографирования морского дна. При помощи такого оптического локатора можно будет производить поиск вражеских субмарин или подводных сооружений, тайно возводимых водолазами неприятеля. Кроме использования лазерного локатора в море, он также может использоваться весьма эффективно и на суше благодаря тому, что характеристики лазерного света позволяют системе видеть сквозь листья и находить то, что находится на поверхности земли, скрываясь под травяным покровом.

В настоящее время существующий опытный образец лазерного оптического локатора проходит испытания в одном из бассейнов, на дне которого воссоздан сложный “рельеф” из утопленных там бочек и других предметов. А исследователи при помощи одной из CAD-систем разработали конструкцию следующей портативной установки, размеры и вес которой в два раза меньше размеров и веса обычных батиметрических оптических локаторов и которая уже может быть установлена на беспилотнике большого класса типа MQ-4C Triton или RQ-4 Global Hawk. Однако, в ближайшем будущем исследователи планируют создать еще более компактную конструкцию из устройства, которую сможет нести более экономичный беспилотник меньшего класса, такой, как беспилотник морского базирования X-47B UCAV.

Источник


Поделиться ссылочкой: