Лазерная локация: Теория и практика

[НеПрохожий]

Лазерная локация — LIDAR (англ. Light Detection and Ranging, лидар)  технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеивания в прозрачных и полупрозрачных средах.
Оптическая локация
Оптический локатор (схема и принцип действия)

Оптическая локация, совокупность методов обнаружения, измерения координат, а также распознавания формы удалённых объектов с помощью электромагнитных волн оптического диапазона — от ультрафиолетовых до дальних инфракрасных. О. л. позволяет с высокой точностью (до нескольких десятков см) производить картографирование земной поверхности, поверхности Луны, определять расстояние до облаков, самолётов, космических, надводных и подводных (используя зелёный участок спектра) объектов, исследовать распределение инверсионных и аэрозольных слоев в атмосфере. Практически создание оптических локаторов с большой дальностью действия, высокими точностью и разрешающей способностью стало возможным только с появлением таких мощных источников когерентного излучения, как оптические квантовые генераторы — лазеры. В О. л. используются те же принципы определения координат, что и в радиолокации: оптический локатор облучает объект с помощью передатчика и принимает отражённое от него излучение при помощи приёмника. Электрический сигнал на выходе приёмника содержит информацию о параметрах лоцируемого объекта; характеристики этого сигнала в среднем пропорциональны координатам объекта. Методы обнаружения объектов оптическим локатором и определения их угловых координат в основном такие же, как в теплопеленгации (см. Инфракрасное излучение), а методы определения дальности такие же, как в радиолокации. Вследствие квантового характера взаимодействия лазерного излучения с детектором приёмника и когерентности лазерного излучения методы обработки сигнала в О. л. являются статистическими. Если оптический локатор определяет только расстояние до объектов, он называется электрооптическим дальномером.
Особенно многих интересует лазерная локация дальних планет в частности Луны.

[НеПрохожий]

Итак первые отзывы:

Ну, хозяин барин.
Только насчёт распределения яркости по пятну: возьми газовый Не-Ne лазер (он непрерывный), возьми белую бумажку, подствь её под луч и отходи от лазера. Посмотришь изменение картинки с расстоянием от источника. Успехов в науке!

Отрицание существования фотонов и наука не имеют ничего общего

[НеПрохожий]

Вот именно, и такой расчет я  давал.

писал не тот человек, который может и способен делать расчёты, ни образования , ни знаний к сожалению не хватает

[НеПрохожий]

(вырезано цензурой)  

Ну сколько можно?!   В ШКОЛУ, ЗА ПАРТУ!!!  

Речь и так идёт только о среднестатистических величинах!

Вероятность попадания фотона в УО или в телескоп прямо пропорциональна площади телескопа и обратно пропорциональна площади сечения пучка.
\[ p=\frac{S_t}{S} \]
Эта формула справедлива не для каждого конкретного выстрела, а в среднем, в статистике по серии из нескольких сотен или тысяч выстрелов.

Вот как выглядит распределение фотонов в ОДНОМ выстреле.


Очевидно, что в каждом конкретном выстреле мишень может оказаться как в пятнышке с повышенной плотностью фотонов (тогда результат будет выше среднего), так и в промежутке между ними (тогда результат будет ниже среднего). В среднем по серии из нескольких тысяч выстрелов распределение фотончиков по площади будет вполне гауссовским.

Итак гений объявил войну, он утверждает, что  в среднем по серии из нескольких тысяч выстрелов распределение фотонов по площади сечения луча лазера будет гаусовским что интересно он этим хочет сказать? в средине пятна фотонов больше по краям меньше 

[НеПрохожий]

Надеюсь что это  

[НеПрохожий]

Тема создана, чтобы не флудить в Лунке. Нехай НеПрохожий и ival тут упражняются.

Собственно, моя статья, которую НеПрохожий собрался опровергать - часть 1, часть 2.

Ошибается Гений в принципе , нет я такими мелкими одаренными не занимаюсь и под его дудку и дудку насаранов плясать не буду. Обсудим здесь и не статью одаренного а сам принцип расчёта возвратных фотонов, который по сути своей является некорректным и не соответствующим реальности.

[НеПрохожий]

Где начинается ошибочная сторона расчета Кокурина , и значит Насенника? А вот здесь:
"Вообще-то распределение фотончиков по площади пятна существенно неравномерное:


Вот как же хорошо начал! Бесподобно начал.
Но дальше как и Кокурин сбился:
"Однако при суммировании результатов по несколькми лазерным «выстрелам» с целью выделить полезный сигнал на фоне шумов эта неравномерность сгладится. В любом случае очевидно, что вероятность попасть по УО в центре пятна выше, чем по краям."

В том то и проблема что не сгладится пик. Он будет повторятся с разными вариациями, но в центре площади пятна фотонов будет больше, а по краям меньше.
В статье он эту ошибку (упрощение) оставляет а потом в полемике добавляет:
"распределение фотончиков по площади будет вполне гауссовским."
Автор интересно понимает. что такое гауссовское распределение?
Нормальное распределение, также называемое гауссовым распределением, гауссианой или распределением Гаусса — распределение вероятностей, которое задается функцией плотности распределения:

где параметр μ — среднее значение (математическое ожидание) случайной величины и указывает координату максимума кривой плотности распределения, а σ² — дисперсия.

Нормальное распределение играет важнейшую роль во многих областях знаний, особенно в статистической физике. Физическая величина, подверженная влиянию значительного числа независимых факторов, способных вносить с равной погрешностью положительные и отрицательные отклонения, вне зависимости от природы этих случайных факторов, часто подчиняется нормальному распределению, поэтому из всех распределений в природе чаще всего встречается нормальное (отсюда и произошло одно из названий этого распределения вероятностей).

Нормальное распределение зависит от двух параметров — смещения и масштаба, то есть является с математической точки зрения не одним распределением, а целым их семейством. Значения параметров соответствуют значениям среднего (математического ожидания) и разброса (стандартного отклонения)."



График функции плотности стандартного нормального распределения.
Вот как то так.


И везде одно и тоже:
http://www.tsput.ru/res/math/mop/lections/lection_2.htm
Лекция 2. Основные понятия и определения теории вероятностей
2.5 Нормальное (гауссовское) распределение




Для μ=0, σ=1 график принимает вид

ТАК ГДЕ "СГЛАЖИВАНИЕ" ? Нет все предельно ясно пик и уменьшение по краям  площади пятна фотонов.
Вот почему расчет Кокурина не корректный! Нет никакого равномерного распределения фотонов  по площади пятна ни на Луне, ни на Земле нет и быть не могло хоть при миллионе "выстрелов" все равно фотонов в центре пятна больше по краям меньше, что и показал  мгновенный снимок сечения расходящегося луча. В центре фотонов много, по краям мало

[НеПрохожий]

Эксперименты по лазерной локации Луны, ещё без использования уголковых отражателей, велись уже с начала 1960-х годов в США и СССР. В США с 9 по 11 мая 1962 года для этой цели использовались два телескопа системы Кассегрена MIT, первый диаметром 30,5 см направлял луч рубинового лазера на Луну, второй диаметром 122 см принимал отраженный сигнал. Лоцировались кратеры Аль-Баттани, Тихо, Коперник, Лонгомонтан[1]. В СССР в 1963 году лоцировался квадрат внутри лунного кратера Аль-Баттани, и как для посылки луча рубинового лазера, так и для приёма его использовался один телескоп диаметром 260 см Крымской астрофизической обсерватории, у которого после посылки сигнала специальное зеркало изменяло своё положение, направляя отраженный от поверхности Луны сигнал в фотоприёмник[2]. В этой обсерватории были произведены первые измерения расстояния до Луны посредством лазерной локации, когда в 1965 году оно с помощью новой установки, изготовленной в ФИАН было определено с точностью 200 метров[3]. Причём точность тогда была ограничена сильным искажением лазерного луча лунной поверхностью[2].

Так где же результаты это локации?
Без результатов лоцирования лунной поверхности будет сложнее показать некорректность расчета Кокурина

[НеПрохожий]

Может вот здесь есть ответы на многие вопросы?
«Лазерная локация земли и леса» издание второе

Учебное пособие Медведева Е.М., Данилина И.М., Мельникова С.Р. «Лазерная локация земли и леса»

Е.М. Медведев, И.М. Данилин, С.Р. Мельников
«Лазерная локация земли и леса»
Учебное пособие
Издание второе, переработанное и дополненное
В последнее время в России и мире появилось много интересных работ, имеющих отношение к лазерной локации и цифровым аэросъемочным технологиям. Особенно хотелось бы отметить следующие фундаментальные труды: Основы импульсной лазерной локации: Учеб. пособ. для вузов / В.И. Козинцев, М.Л. Белов, В.М. Орлов и др. Под ред. В.Н. Рождествина. М. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 512 с.; Сухих В.И. Аэрокосмические методы в лесном хозяйстве и ландшафтном строительстве: Учебник. Йошкар-Ола: МарГТУ, 2005. 392 с.; Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И., Тутубали-на О.В. Аэрокосмические методы географических исследований. М.: Academia, 2004. 333 c.; Remote Sensing of Forest Environments. Concepts and Case Studies / Ed. by M.A. Wulder and S.E. Franklin. Kluwer Academic Pub., 2003. 519 p., а также ряд интересных публикаций в этой области скандинавских и американских ученых (Holmgren, 2004; Maltamo et al., 2004; Næsset, 2004; Andersen et al., 2005; Lefsky et al., 2005; Hyde et al., 2006).
Лазерная локация на малых расстояниях

[НеПрохожий]

Основы импульсной лазерной локации (2-е издание)
Основы импульсной лазерной локации (2-е издание) Автор В.И. Козинцев, М.Л. Белов, В.М. Орлов Год 2010 Тип издания Учебное пособие Тираж 500 Объем 571 стр. / 46 п.л. Формат 70x100/16 ISBN 978-5-7038-3436-7 Цена 374 руб. Серия "Электроника в техническом университете"
Изложены физические основы импульсной лазерной локации. Приведены сведения об оптических свойствах земной атмосферы, отражающих свойствах земной и морской поверхностей и объектов локации. Описаны эффекты, возникающие при распространении лазерных пучков в атмосфере. Рассмотрены методы расчета лазерных сигналов на трассе с отражением от неровной земной и взволнованной морской поверхностей, от светоотражателей и от объектов сложной формы. Описаны помехи в системах лазерной локации. Изложены теоретические основы приема лазерных сигналов. Приведены примеры лазерных локационных систем различного назначения и описаны их основные элементы.
Второе издание (1-е — 2006 г.) дополнено материалом по современным лазерным локационным системам различного назначения.
Вот что нам нужно, а не выдумки Виталия! О том что рефракция не играет никакой роли и прочеее прочеее прочеее

[НеПрохожий]

Особенно интересно рассеивание в атмосфере

[НеПрохожий]

Итак теория
http://www.laserlocation.ru/chapter3.html
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИИ
Эффективный диаметр лазерного луча на расстоянии H от излучателя может быть оценен формулой:

  Практически в современных лазерных локаторах величина a составляет не более нескольких миллиметров, в то время как реальные дальности H составляют не менее 100 м (рис. 22). С учетом этого обстоятельства можно полагать:





Термин «эффективный» применительно к величинам   означает, что они определяются на таком расстоянии от оси лазерного луча, на котором интенсивность излучения убывает до величины 1/e = 0.368 от максимального значения.

А вот и то что нам особенно интересно- гауссовское распределение освещенности:


Рисунок 23. Система координат для описания распределения плотности потока в поперечном сечении зондирующего луча
 При достаточно больших значениях H распределение Eв произвольной плоскости поперечного сечения луча имеет вид гауссоиды:

 Данное выражение удовлетворяет двум главным условиям:


     Первое условие выражает тот факт, что общее количество энергии, сосредоточенное на площади поперечного сечения, равно полному потоку падающего на это сечение.

         Второе условие определяет значение как эффективный радиус сечения луча, т.к. на границе зоны, определяемой этим значением, величина плотности потока падает в e раз по отношению к максимуму. 

         Величины и связаны соотношением =0.5Н. С учетом этого факта и вышеизложенных соображений может быть найдена искомая функциональная зависимость, определяющая значение E для произвольной точки пространства:



Если проще то  получится вот это



Но здесь плоское изображение, Н и х учтены а надо добавить у.

[НеПрохожий]

Вот так нагляднее для больших Н:

Ну или совсем проще. Освещенность в центре будет больше чем по краям пятна...ну или так: количество фотонов в центре будет больше, чем количество фотонов по краям.
Вот к чему я и говорил о плотности вероятностей и о теории Колмогорова и прочих интересных вещах, которые делают расчет Кокурина совершенно бесполезным

[Ltlekz49]

Итак первые отзывы:Отрицание существования фотонов и наука не имеют ничего общего

Постулирование фотонов изначально - лженаука, их никто не видел, они себя никак не проявляют, даже фотоэффект прекрасно обходится без этого мифа.

[НеПрохожий]

Постулирование фотонов изначально - лженаука, их никто не видел, они себя никак не проявляют, даже фотоэффект прекрасно обходится без этого мифа.

Это конечно глупость про отрицание фотонов...но остановимся на Е -освещенности. Понятно что такое вот это:

?

[Ltlekz49]

Итак теория
http://www.laserlocation.ru/chapter3.html
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНОЙ ЛОКАЦИИ
Термин «эффективный» применительно к величинам   означает, что они определяются на таком расстоянии от оси лазерного луча, на котором интенсивность излучения убывает до величины 1/e = 0.368 от максимального значения.

А вот и то что нам особенно интересно- гауссовское распределение освещенности:

 При достаточно больших значениях H распределение Eв произвольной плоскости поперечного сечения луча имеет вид гауссоиды:
    Первое условие выражает тот факт, что общее количество энергии, сосредоточенное на площади поперечного сечения, равно полному потоку падающего на это сечение.

         Второе условие определяет значение как эффективный радиус сечения луча, т.к. на границе зоны, определяемой этим значением, величина плотности потока падает в e раз по отношению к максимуму. 

Вот  НеПрохожий, приводимые тобой учебники говорят о том же, что и я.
1. На большом расстоянии от лазера распределение выравнивается по гауссу, т.е. пятнистость имеющаяся в ближней зоне исчезает в дальней.
2. Люди оперируют при расчётах потоком энергии излучения, а не "фотонами".

[Ltlekz49]

Это конечно глупость про отрицание фотонов...но остановимся на Е -освещенности. Понятно что такое вот это:

?

А это формуль распределения плотности(яркости) по пятну -Гауссовское, двухмерное.

[НеПрохожий]

Вот  НеПрохожий, приводимые тобой учебники говорят о том же, что и я.
1. На большом расстоянии от лазера распределение выравнивается по гауссу, т.е. пятнистость имеющаяся в ближней зоне исчезает в дальней.
2. Люди оперируют при расчётах потоком энергии излучения, а не "фотонами".

1. А никто это и не оспаривает. При достаточно больших значениях H распределение Eв произвольной плоскости поперечного сечения луча имеет вид гауссоиды:

2. Люди при этом не отрицают существование фотонов

[НеПрохожий]

А это формуль распределения плотности(яркости) по пятну -Гауссовское, двухмерное.

МОЛОДЕЦ!!!
С полки пирожок...с повидлом сладкий заслужил опровергатель фотонов!!!
Аллилуйя!!!

[НеПрохожий]

И вот как освещенность в пятне будет распределяться: Одинаково на всем пятне...или таки не одинаково?
ПРИ ГАУССОИДЕ?