Q：LiDARとは何ですか？

Question

Q：LiDARとは何ですか？

Accepted Answer

A：

LiDAR（光検出測距）は、レーザー、全地球測位システム（GPS）、慣性計測装置（IMU）の技術を組み合わせてデータを収集し、高精度なデジタル標高モデル（DEM）を生成するシステムです。これら3つの技術を組み合わせることで、LiDARはレーザービームが物体に当たった場所を正確に特定し、センチメートルレベルの測距精度を実現します。LiDARの最大の利点は、その精度と操作効率です。

LiDARは、対象物までの距離や速度などの情報を正確かつ精密に取得したり、対象物の画像化を実現したりすることができます。LiDARの動作原理は、レーザービームを走査ユニットに照射することでビーム角を変化させ、対象物と相互作用して反射・散乱エコーを発生させます。受信機が作動すると、元の経路から反射された光子が受信機に到達します。受信機は光検出器を介して信号を受信し、対象物までの距離や速度などの情報を取得したり、信号処理によって3次元画像化を実現したりします。

LiDARは、レーザー照射システム、レーザー受信システム、情報処理システム、スキャンシステムの4つの基本システムで構成されています。これら4つのシステムが連携することで、短時間で大量の位置情報を取得し、その情報を用いて3次元モデリングを実現します。

1. レーザー照射システム：レーザー光源はレーザーエミッターを周期的に駆動し、レーザーパルスを照射します。レーザー変調器はビームコントローラを介してレーザービームの照射方向と照射本数を制御し、照射されたレーザーは照射光学系を介して対象物に照射されます。

2. レーザー受信システム：光検出器は受信光学系を通して対象物から反射されたレーザーを受信し、受信信号を生成します。

3. 情報処理システム：受信信号は増幅・処理され、デジタル信号に変換されます。情報処理モジュールは、対象物の表面形状、物理的特性、その他の特性を計算し、対象モデルを構築します。

4. スキャンシステム：安定した速度で回転し、平面をスキャンしてリアルタイムの位置情報を生成します。

LiDAR の分類はさまざまな要素に基づいて行われます。

1. 機能および用途の分類: 追跡 LiDAR (距離と角度の測定用)、動きターゲット表示 LiDAR (ターゲットのドップラー情報の取得用)、流速測定 LiDAR (ドップラー情報の測定用)、ウィンドシア検出 LiDAR、ターゲット識別 LiDAR、イメージング LiDAR (ターゲットのさまざまな部分の反射強度と距離信号の測定用)、および振動センシング LiDAR。

2. 動作システム分類: ドップラー LiDAR、合成開口画像 LiDAR、差分吸収 LiDAR、フェーズドアレイ LiDAR、ポータブル LiDAR、地上 LiDAR、車載 LiDAR、航空機搭載 LiDAR、船舶搭載 LiDAR、宇宙搭載 LiDAR、ミサイル搭載 LiDAR。

3. 動作媒体の分類：ソリッドステート LiDAR、ガス LiDAR、半導体 LiDAR、ダイオード励起ソリッドステート LiDAR など。

4. 検出技術の分類：直接検出型、コヒーレント検出型。

5. プラットフォーム分類: ポータブル LiDAR、地上ベース LiDAR、車載 LiDAR、航空機搭載 LiDAR、船舶搭載 LiDAR、宇宙搭載 LiDAR、ミサイル搭載 LiDAR など。

LIDAR はいくつかの要素に応じて分類できます。

1. 機能と目的: 追跡レーダー(距離と角度の測定)、移動目標指示レーダー(目標のドップラー情報の取得)、流速測定レーダー(ドップラー情報の測定)、風せん断検出レーダー、目標認識レーダー、画像化レーダー(目標のさまざまな部分の反射強度と距離の測定)、振動感知レーダーなどが含まれます。

2. オペレーティングシステム: これには、ドップラー LIDAR、合成開口イメージング LIDAR、差分吸収 LIDAR、フェーズドアレイ LIDAR、ポータブル LIDAR、地上ベース LIDAR、車載 LIDAR、航空機搭載 LIDAR、船舶搭載 LIDAR、衛星ベース LIDAR が含まれます。

3. 動作媒体: これには、ソリッドステートライダー、ガスライダー、半導体ライダー、ダイオードポンプソリッドステートライダーなどが含まれます。

4. 検出技術：直接検出型とコヒーレント検出型が含まれます。

5. プラットフォーム: これには、ポータブル LIDAR、地上ベース LIDAR、車載 LIDAR、航空機搭載 LIDAR、艦載 LIDAR、地上ベース LIDAR、ミサイル搭載 LIDAR が含まれます。

レーザーレーダーの利点は次のとおりです。

1. 高解像度: レーザーレーダーは、高い角度、距離、速度の解像度を実現できるため、ドップラー画像化技術を使用して非常に鮮明な画像を生成できます。

2. 高精度: レーザービームは直線的に伝播し、指向性が良好で、ビームが狭く、分散が低いため、高精度が得られます。

3. 能動的な干渉に対する強い耐性：自然界に広く存在する電磁波の影響を受けやすいマイクロ波やミリ波レーダーとは異なり、レーザーレーダーは自然界に干渉源が少ないため、能動的な干渉に対する耐性が非常に強いです。

4. 距離、角度、速度の分解能が非常に高い：検出精度は数センチメートル単位であり、前方の障害物を見逃したり誤認したりすることなく、障害物の特定の輪郭と距離を正確に識別できます。

5. 豊富な情報取得：レーザーレーダーは、目標物までの距離、角度、反射強度、速度などの情報を直接取得し、目標物の多次元画像を生成することができます。高周波レーザーは1秒間に約150万点の位置点情報を取得でき、これらの点群から得られる距離情報を用いて、周囲環境の3次元的な特徴を正確に復元します。

6. 全天候型動作：ミリ波レーダーと異なり、レーザーレーダーは人体も検知でき、その検知範囲はカメラよりも長い。

7. 長い検知範囲：レーザーレーダーの波長は数千ナノメートルの範囲にあり、指向性が高く、方向転換や距離の増加による拡散がありません。ピクセルや光による制限を受けません。

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