جهاز تحديد المدى بالليزر

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 12 صور
الموسوعة الحرة
يستطيع جهاز قياس المسافة بالليزر بعيد المدى قياس المسافة حتى 20 كيلومترًا؛ وهو مثبت على حامل ثلاثي القوائم مزود بقاعدة قابلة للتعديل. كما يوفر النظام الناتج قياسات السمت والارتفاع .

جهاز قياس المسافة بالليزر ، المعروف أيضًا باسم مقياس المسافة بالليزر أو مقياس المسافة بالليزر ، هو جهاز يستخدم شعاع ليزر لتحديد المسافة إلى جسم ما. يعتمد الشكل الأكثر شيوعًا لأجهزة قياس المسافة بالليزر على مبدأ زمن الرحلة، حيث يتم إرسال نبضة ليزرية في حزمة ضيقة باتجاه الجسم، ثم قياس الزمن الذي تستغرقه النبضة للانعكاس عن الهدف والعودة إلى المرسل. نظرًا لسرعة الضوء العالية ، فإن هذه التقنية غير مناسبة للقياسات عالية الدقة التي تقل عن ملليمتر، حيث تُستخدم تقنيات أخرى مثل التثليث غالبًا. تُصنف أجهزة قياس المسافة بالليزر أحيانًا كنوع من أجهزة الليدار المحمولة بدون ماسح ضوئي .

نبض

قد تُشفّر النبضة لتقليل احتمالية تشويش جهاز تحديد المدى . ومن الممكن استخدام تقنيات تأثير دوبلر لتحديد ما إذا كان الجسم يتحرك باتجاه جهاز تحديد المدى أو بعيدًا عنه، وإذا كان كذلك، فما هي سرعته.

دقة

ترتبط دقة الجهاز بزمن الصعود ، [ 1 ] والتباعد، وقوة نبضة الليزر، بالإضافة إلى جودة بصرياته ومعالجة الإشارات الرقمية المدمجة فيه . ويمكن للعوامل البيئية أن تقلل بشكل كبير من المدى والدقة.

  • تعمل الرطوبة والثلوج والغبار أو الجسيمات الأخرى المحمولة جواً على تشتيت الإشارة.
  • تؤدي درجات الحرارة المرتفعة والضغط المرتفع (الارتفاع المنخفض) إلى انخفاض طفيف في سرعة الضوء عبر الهواء .
  • الأهداف الأصغر حجماً والأقل انعكاساً تعيد معلومات أقل.

في الظروف الجيدة، يمكن للمشغلين المهرة الذين يستخدمون أجهزة تحديد المدى بالليزر الدقيقة تحديد مدى الهدف بدقة تصل إلى متر واحد على مسافات تصل إلى ثلاثة كيلومترات.

المدى وخطأ المدى

على الرغم من أن الشعاع ضيق، إلا أنه سينتشر في النهاية على مسافات طويلة بسبب تباعد شعاع الليزر، وكذلك بسبب تأثيرات التلألؤ وانحراف الشعاع، الناجمة عن وجود قطرات الماء في الهواء التي تعمل كعدسات يتراوح حجمها من المجهري إلى ما يقرب من نصف ارتفاع مسار شعاع الليزر فوق الأرض.

قد تتضافر هذه التشوهات الجوية مع تباعد الليزر نفسه ومع الرياح العرضية التي تعمل على دفع فقاعات الحرارة الجوية جانبياً لتجعل من الصعب الحصول على قراءة دقيقة لمسافة جسم ما، على سبيل المثال، تحت بعض الأشجار أو خلف الشجيرات، أو حتى على مسافات طويلة تزيد عن كيلومتر واحد في تضاريس صحراوية مفتوحة وغير محجوبة.

قد ينعكس جزء من ضوء الليزر عن الأوراق أو الأغصان الأقرب من الجسم، مما يؤدي إلى عودة مبكرة وقراءة منخفضة للغاية. أو، على مسافات تزيد عن 360 مترًا، إذا كان الهدف قريبًا من سطح الأرض، فقد يختفي ببساطة في سراب ، نتيجةً لتدرجات الحرارة في الهواء بالقرب من السطح الساخن التي تُسبب انحناء ضوء الليزر. يجب أخذ جميع هذه التأثيرات في الاعتبار.

حساب

تطبيق مبادئ زمن الرحلة على تحديد المدى بالليزر.

المسافة بين النقطتين A و B تُعطى بالعلاقة التالية:

د=جت2{\displaystyle D={\frac {ct}{2}}}

حيث c هي سرعة الضوء و t هو مقدار الوقت اللازم للرحلة ذهابًا وإيابًا بين A و B.

ت=ϕω{\displaystyle t={\frac {\phi }{\أوميغا }}}

حيث φ هو تأخير الطور الناتج عن انتقال الضوء و ω هو التردد الزاوي للموجة الضوئية.

ثم بتعويض القيم في المعادلة،

د=12جت=12جϕω=ج4πو(شمالπ+Δϕ)=λ4(شمال+Δشمال){\displaystyle D={\frac {1}{2}}ct={\frac {1}{2}}{\frac {c\phi }{\omega }}={\frac {c}{4\pi f}}(N\pi +\Delta \phi )={\frac {\lambda }{4}}(N+\Delta N)}

في هذه المعادلة، λ هو الطول الموجي c / f ؛ Δφ هو جزء من تأخير الطور الذي لا يحقق π (أي φ modulo π ) ؛ N هو العدد الصحيح لأنصاف دورات الموجة للرحلة ذهابًا وإيابًا و Δ N هو الجزء الكسري المتبقي.

التقنيات

نظام OLS-27 IRST مزود بمحدد مدى ليزري على متن طائرة سوخوي Su-27

زمن الرحلة - يقيس هذا الزمن الذي تستغرقه نبضة ضوئية للوصول إلى الهدف والعودة. بمعرفة سرعة الضوء، وقياس دقيق للزمن المستغرق، يمكن حساب المسافة. تُطلق نبضات متعددة بالتتابع، ويُستخدم متوسط ​​الاستجابة في أغلب الأحيان. تتطلب هذه التقنية دوائر توقيت دقيقة للغاية تعمل بأجزاء من النانوثانية .

إزاحة الطور متعددة الترددات - يقيس هذا إزاحة الطور لترددات متعددة عند الانعكاس ثم يحل بعض المعادلات الآنية لإعطاء قياس نهائي.

التداخل الضوئي - التقنية الأكثر دقة والأكثر فائدة لقياس التغيرات في المسافة بدلاً من المسافات المطلقة.

توهين الضوء بالامتصاص الجوي - تقيس هذه الطريقة توهين شعاع الليزر الناتج عن امتصاصه بواسطة أحد مركبات الغلاف الجوي ( مثل الماء ، وثاني أكسيد الكربون ، والميثان ، والأكسجين ، إلخ ) لحساب المسافة إلى جسم ما. تتطلب هذه الطريقة مصادر ضوئية غير متماسكة وغير معدلة، وإلكترونيات منخفضة التردد ، مما يقلل من تعقيد الأجهزة. وبفضل ذلك، يمكن استخدام مصادر ضوئية منخفضة التكلفة لتحديد المدى. مع ذلك، يقتصر تطبيق هذه الطريقة على القياسات الجوية أو استكشاف الكواكب. [ 2 ]

التطبيقات

جيش

ضابط أمريكي يحمل جهاز تحديد المدى بالليزر GVS-5

توفر أجهزة تحديد المدى مسافة دقيقة للأهداف الواقعة خارج نطاق إطلاق النار المباشر من قبل القناصة والمدفعية. كما يمكن استخدامها في الاستطلاع العسكري والهندسة. وتستخدم الدبابات عادةً أجهزة تحديد المدى بالليزر لتصحيح مسار إطلاق النار المباشر.

تعمل أجهزة تحديد المدى العسكرية المحمولة على مسافات تتراوح بين 2  و25  كيلومترًا، وتُستخدم مع المناظير ثنائية أو أحادية العدسة . وعندما يكون جهاز تحديد المدى مزودًا ببوصلة مغناطيسية رقمية ومقياس ميل، فإنه قادر على توفير معلومات عن السمت المغناطيسي، والميل، والارتفاع (الطول) للأهداف. كما يمكن لبعض أجهزة تحديد المدى قياس سرعة الهدف بالنسبة للمراقب. وتحتوي بعض أجهزة تحديد المدى على منافذ سلكية أو لاسلكية لنقل بيانات القياس إلى أجهزة أخرى، مثل أجهزة كمبيوتر التحكم في إطلاق النار. وتتيح بعض الطرازات أيضًا إمكانية استخدام وحدات رؤية ليلية إضافية . وتستخدم معظم أجهزة تحديد المدى المحمولة حتى الآن بطاريات عادية أو قابلة لإعادة الشحن.

فريق قناصة هولندي من قوات المساعدة الدولية لإرساء الأمن في أفغانستان (إيساف) يعرض بندقية AWSM .338 Lapua Magnum الخاصة به ومنظار VECTOR IV Leica/Vectronix المزود بمحدد مدى ليزري.

تقيس أجهزة تحديد المدى الأكثر تطوراً مسافات تصل إلى 40  كيلومتراً، وعادةً ما تُركّب إما على حامل ثلاثي القوائم أو مباشرةً على مركبة أو سفينة أو طائرة نفاثة أو مروحية أو منصة مدفعية. في الحالة الأخيرة، تُدمج وحدة تحديد المدى مع معدات التصوير الحراري والرؤية الليلية والمراقبة النهارية الموجودة على متن المركبة. ويمكن دمج أجهزة تحديد المدى العسكرية الأكثر تطوراً مع أجهزة الكمبيوتر.

لجعل أجهزة تحديد المدى بالليزر والأسلحة الموجهة بالليزر أقل فائدة ضد الأهداف العسكرية، ربما طورت مختلف الفصائل العسكرية طلاءً ماصًا لليزر لمركباتها؛ ومع ذلك، فإن بعض الأجسام لا تعكس ضوء الليزر بشكل جيد، واستخدام جهاز تحديد المدى بالليزر عليها أمر صعب.

كان أول جهاز قياس مدى ليزري تجاري هو Barr & Stroud LF1، الذي طُوّر بالتعاون مع شركة Hughes Aircraft ، والذي أصبح متاحًا في عام 1965. تبعه جهاز Barr & Stroud LF2، الذي دمج جهاز قياس المدى في منظار دبابة، واستُخدم هذا الجهاز في دبابة Chieftain عام 1969، لتكون بذلك أول مركبة مُجهزة بهذا النظام. استخدم كلا النظامين ليزر الياقوت . [ 3 ]

النمذجة ثلاثية الأبعاد

يمكن استخدام ماسح الليدار هذا لمسح المباني والتكوينات الصخرية وغيرها، لإنتاج نموذج ثلاثي الأبعاد. يتميز الليدار بقدرته على توجيه شعاع الليزر ضمن نطاق واسع، حيث يدور رأسه أفقيًا، وتدور مرآته رأسيًا. ويُستخدم شعاع الليزر لقياس المسافة إلى أول جسم يقع على مساره.

تُستخدم أجهزة قياس المسافة بالليزر على نطاق واسع في التعرف على الأجسام ثلاثية الأبعاد ، ونمذجة الأجسام ثلاثية الأبعاد، ومجموعة متنوعة من المجالات المتعلقة برؤية الحاسوب . تُشكل هذه التقنية جوهر ما يُعرف بالماسحات الضوئية ثلاثية الأبعاد بتقنية زمن الرحلة . وعلى عكس الأجهزة العسكرية، توفر أجهزة قياس المسافة بالليزر قدرات مسح عالية الدقة، مع إمكانية المسح أحادي الوجه أو المسح بزاوية 360 درجة.

طُوِّرت العديد من الخوارزميات لدمج بيانات المدى المُستقاة من زوايا متعددة لجسم واحد، بهدف إنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد كاملة بأقل قدر ممكن من الخطأ. ومن مزايا أجهزة قياس المدى بالليزر مقارنةً بأساليب رؤية الحاسوب الأخرى، عدم الحاجة إلى ربط خصائص صورتين لتحديد معلومات العمق، كما هو الحال في الطرق المجسمة .

تتميز أجهزة قياس المسافة بالليزر المستخدمة في تطبيقات رؤية الحاسوب بدقة عمق تبلغ 0.1 مم أو أقل. ويمكن تحقيق ذلك باستخدام تقنيات قياس التثليث أو الانكسار، على عكس تقنيات زمن الرحلة المستخدمة في تقنية الليدار .

الغابات

جهاز قياس المسافة بالليزر TruPulse المستخدم في عمليات جرد الغابات (بالاشتراك مع تقنية Field-Map )

تُستخدم أجهزة قياس المسافة بالليزر الخاصة في مجال الغابات . تتميز هذه الأجهزة بمرشحات مضادة للأوراق وتعمل باستخدام عاكسات . ينعكس شعاع الليزر فقط من هذه العاكسات، مما يضمن قياسًا دقيقًا للمسافة. تُستخدم أجهزة قياس المسافة بالليزر المزودة بمرشح مضاد للأوراق، على سبيل المثال، في عمليات جرد الغابات .

الرياضة

تُستخدم أجهزة قياس المسافة بالليزر بكفاءة في مختلف الرياضات التي تتطلب قياسًا دقيقًا للمسافة، مثل الغولف والصيد والرماية . ومن أشهر الشركات المصنعة: كادي توك، وأوبتي لوجيك كوربوريشن، وبوشنيل، وليوبولد، ولايزر تكنولوجي، وتريمبل، ولايكا، ونيوكون أوبتيك، وأو بي إلكترونيكس، ونيكون ، وسواروفسكي أوبتيك، وزايس . تتميز العديد من أجهزة قياس المسافة من بوشنيل بميزات متقدمة، مثل تعويض زاوية المدى (ARC)، وإمكانية قياس مسافات متعددة، وحساب الميل، ووظيفة الاهتزاز عند تثبيت الهدف (JOLT)، ووظيفة البحث عن العلم. يمكن حساب تعويض زاوية المدى يدويًا باستخدام قاعدة الرامي ، ولكن عادةً ما يكون من الأسهل استخدام جهاز قياس المسافة أثناء الصيد. في رياضة الغولف، حيث يُعد الوقت عاملًا حاسمًا، يُفيد جهاز قياس المسافة بالليزر في تحديد المسافة إلى العلم. مع ذلك، لا تُعتبر جميع الميزات قانونية تمامًا في بطولات الغولف. [ 4 ] لا يحتاج العديد من الصيادين في شرق الولايات المتحدة إلى جهاز تحديد المدى، على الرغم من أن العديد من الصيادين الغربيين يحتاجون إليه، وذلك بسبب مسافات إطلاق النار الأطول والمساحات المفتوحة.

عمليات الإنتاج الصناعي

ومن التطبيقات المهمة استخدام تقنية تحديد المدى بالليزر أثناء أتمتة أنظمة إدارة المخزون وعمليات الإنتاج في صناعة الصلب.

أدوات قياس الليزر

جهاز قياس المسافة بالليزر: بوش GLM 50 C

تُستخدم أجهزة قياس المسافة بالليزر في العديد من الصناعات، مثل البناء والترميم والعقارات، كبديل لأشرطة القياس التقليدية . وقد طرحتها شركة لايكا جيوسيستمز لأول مرة عام ١٩٩٣ في فرنسا . لقياس جسم كبير كغرفة باستخدام شريط القياس، يحتاج المرء إلى شخص آخر لتثبيت الشريط عند الجدار البعيد، وخط مستقيم واضح عبر الغرفة لتمديد الشريط. أما باستخدام جهاز قياس الليزر، فيمكن لشخص واحد إنجاز المهمة بمجرد النظر. ورغم أن أشرطة القياس دقيقة تمامًا من الناحية التقنية، إلا أن أجهزة قياس الليزر أكثر دقة. وتتضمن هذه الأجهزة عادةً إمكانية إجراء بعض العمليات الحسابية البسيطة، مثل مساحة أو حجم الغرفة. ويمكن العثور على هذه الأجهزة في متاجر الأدوات المنزلية والأسواق الإلكترونية.

سعر

تتفاوت أسعار أجهزة قياس المسافة بالليزر تبعًا لجودتها واستخداماتها. تتطلب أجهزة قياس المسافة العسكرية دقة عالية جدًا ومدى يصل إلى مسافات بعيدة، وقد تصل تكلفتها إلى مئات آلاف الدولارات. أما بالنسبة للاستخدامات المدنية، كالصيد أو الجولف، فتتوفر هذه الأجهزة بأسعار معقولة أكثر وبسهولة أكبر. [ 5 ] [ 6 ]

أمان

تُصنّف أجهزة قياس المسافة بالليزر إلى أربع فئات رئيسية وعدة فئات فرعية. عادةً ما تكون أجهزة قياس المسافة بالليزر المتوفرة للمستهلكين من الفئة الأولى أو الثانية ، وتُعتبر آمنة نسبيًا للعين. [ 7 ] وبغض النظر عن تصنيف السلامة، يجب تجنب ملامسة العين مباشرةً. تتجاوز معظم أجهزة قياس المسافة بالليزر المستخدمة في المجال العسكري مستويات طاقة الفئة الثانية.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بورمان، جلين. "تصميم نظام لمقياس مدى ليزري نبضي" (ملف PDF) . charlotte.edu . جامعة سنترال فلوريدا، مركز أبحاث الإلكترونيات الضوئية والليزر . تاريخ الاسترجاع: 11 مارس 2023 .
  2. ↑ سيوزوس، بانايوتيس؛ بسيلاكس، يانيس؛ فيليجراكيس، ميخاليس (2022-11-02). "مستشعر ليدار ذو موجة مستمرة يعتمد على خطوط امتصاص بخار الماء عند 1.52 ميكرومتر" . رسائل الاستشعار عن بعد . 13 (11): 1164-1172 . doi : 10.1080/2150704X.2022.2127130 . ISSN 2150-704X . S2CID 252826003 .  
  3. ↑ فينلايسون، د.م.؛ سنكلير، ب. (يناير 1999). التطورات في الليزر وتطبيقاته . تايلور وفرانسيس. ص 257. ISBN  9780750306324تم الاطلاع عليه بتاريخ 21-12-2025 .
  4. ↑ "هل أجهزة قياس المسافة في ملاعب الغولف قانونية في البطولات؟" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 ديسمبر 2020 .
  5. ↑ "تكلفة جهاز تحديد المدى بالليزر" . أوبتكس بلانيت . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أبريل 2017 .
  6. ↑ "مقارنة أسعار LRF" .
  7. ↑ "معايير وتصنيفات الليزر" . www.rli.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 أبريل 2017 .

شعار ويكيميديا ​​كومنزالوسائط المتعلقة بأجهزة قياس المسافة بالليزر على ويكيميديا ​​كومنز

  • مقال موجز عن أجهزة تحديد المدى للصيد وأنواعها.