Ảnh hưởng công suất đỉnh laser tới khả năng phát hiện UAV của LIDAR trong điều kiện khí quyển biến đổi
DOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.107.2025.95-104Từ khóa:
LIDAR; Phát hiện UAV; Phân tích Link Budget; Suy hao khí quyển.Tóm tắt
Nghiên cứu này trình bày phân tích Link budget toàn diện để tối ưu hóa công suất đỉnh laser trong hệ thống LIDAR (phát hiện và đo xa bằng ánh sáng) phát hiện UAV hoạt động trong điều kiện khí quyển biến đổi. Mô hình phân tích kết hợp định luật truyền qua khí quyển Beer Lambert, tán xạ mục tiêu Lambertian và đặc tính đầu thu quang (APD) để thiết lập mối quan hệ giữa công suất và cự ly trong bốn kịch bản khí quyển (hệ số suy hao từ 0.1 đến 0.6 km-1). Được kiểm chứng qua mô phỏng Monte Carlo, phân tích của chúng tôi chứng minh rằng để duy trì xác suất phát hiện Pd=0.9 cho mục tiêu UAV kích thước 0.3x0.3 m ở cự ly 1000 m cần điều khiển công suất thích ứng từ 3.75 kW đến 10.18 kW. Nghiên cứu đưa ra các thông số định lượng để thiết kế hệ thống LIDAR thông minh với khả năng điều biến công suất thích ứng theo thời tiết. Nhờ vậy, hệ thống tiết kiệm được 40 đến 60% công suất so với hệ thống cố định vốn phải luôn chạy ở công suất cao nhất trong cả điều kiện thời tiết tốt lẫn sương mù.
Tài liệu tham khảo
[1]. Richmond, R. D., & Cain, S. C. “Direct-Detection LADAR Systems”. SPIE Press, (2010).
[2]. Huntington, Andrew. “Sensitivity analysis of APD photoreceivers”. VoxtelOpto, Voxtel Inc., pp. 1–39, (2016).
[3]. Steinvall, O., & Chevalier, T. “Range accuracy and resolution for laser radars”. Proceedings of SPIE, Vol. 5988, p. 598808, (2005).
[4]. Wang, Dong, et al. “Quantum-secured LIDAR with Gaussian modulated coherent states”. Scientific Reports, Vol. 14, No. 1, p. 22058, (2024).
[5]. Kapoulas, Ioannis K., et al. “Small fixed-wing UAV radar cross-section signature investigation and detection and classification of distance estimation using realistic parameters of a commercial anti-drone system”. Drones, Vol. 7, No. 1, p. 39, (2023).
[6]. Lee, S., Lee, D., Choi, P., & Park, D. “Accuracy-power controllable LiDAR sensor system with 3D object recognition for autonomous vehicle”. Sensors, Vol. 20, No. 19, p. 5706, (2020).
[7]. Kim, Byeong Hak, et al. “V-RBNN based small drone detection in augmented datasets for 3D LADAR system”. Sensors, Vol. 18, No. 11, p. 3825, (2018).
[8]. Yu, Ronghua, et al. “The Design and Performance Evaluation of a 1550 nm All-Fiber Dual-Polarization Coherent Doppler Lidar for Atmospheric Aerosol Measurements”. Remote Sensing, Vol. 15, No. 22, p. 5336, (2023).
[9]. Elamassie, Mohammed, & Uysal, Murat. “Unified atmospheric attenuation models for visible and infrared wavelengths”. Journal of the Optical Society of America A, Vol. 41, No. 11, pp. 2099–2111, (2024).
[10]. Quentel, Alain. “A scanning LiDAR for long range detection and tracking of UAVs”. Dissertation, Normandie Université, (2021).
[11]. Kim, Isaac I., Bruce McArthur, & Eric J. Korevaar. “Comparison of laser beam propagation at 785 nm and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications”. Optical Wireless Communications III, Vol. 4214, SPIE, (2001).
[12]. Guo, Junran, et al. “Long-Distance Field Demonstration of Imaging-Free Drone Identification in Intracity Environments”. arXiv preprint, arXiv:2504.20097, (2025).
