Hård- och mjukvarusimulering av fotonräknande 3D-lidar

I svåra miljöer med mycket klotter och dålig kontrast är upptäckt och identifiering av mål svårt i 2D-bilder. Möjligheterna till automatisk upptäckt av mål ökar betydligt om 3D-information mäts, genom att plana ytor kan detekteras och storleken på objekt mätas. Förmågan att separera objekt på olika avstånd kan även ge möjlighet till tydligare presentation för en operatör. 3D-mätning med stereobilder fungerar bra i öppna eller urbana miljöer, men är mycket begränsade avseende att se bakom skyl som vegetation och kamouflagenät. Lasersystem baserade på att mäta tiden det tar för en laserpuls att studsa mot målet och komma tillbaka till detektorn (ToF, "Time-of-Flight) kan däremot detektera en yta under lövverk eller kamouflage om bara en liten del av laserpulsen letar sig igenom en lucka i förtäckningen. Laserbaserade system ger också bättre prestanda i mörker, i skuggade områden och för att se in genom fönsterrutor. För mätavstånd över några hundratal meter bedöms en teknik baserad på fotonräknande Geigermod-fotolavindioder (GmAPD, "Geiger mode Avalanche Photo Diode") vara bäst lämpad. Denna detektortyp ger den högsta avståndsupplösningen, vilket är viktigt för att kunna separera olika ytor inom synfältet för en pixel. En annan viktig fördel är att känsligheten är extremt hög genom att detektorn reagerar på en enda foton. Detta gör att lägre lasereffekt behövs för att nå samma räckvidd, något som är extra viktigt på flygande plattformar där vikt och storlek är starkt begränsade. En fotonräknande matrisdetektor har simulerats genom att använda ett skannande sensorsystem baserad på fotonräkning med GmAPD. Mätningar mot ett karakteriseringsmål visar på exceptionell prestanda avseende avståndsnoggrannhet och avståndsupplösning. Mätningar mot en skogsdunge med utplacerade mål i form av kartonger och en person visar på god penetrationen genom skyl och potentialen för utveckling av metoder för automatisk måldetektion. Mjukvarusimuleringar av fotonräknande 3D-lidarmätningar mot en CAD-modell av karakteriseringsmålet ger resultat som stämmer väl med mätningarna. Mjukvarusimuleringarna ger möjlighet att variera systemparametrar för att bättre kunna kravsätta ett framtida matrisdetektorsystem. Tankar om vidareutveckling för att simulera ett UAVbaserat system redovisas. Simuleringen av ett fotonräknande 3D-lidarsystem visar den mycket höga prestanda som kan uppnås med tekniken. Hårdvarusimuleringen med ett skannande enpixelsystem har samlat in realistiska data för utprovning av signalbehandling. Mjukvarusimuleringen ger data som stämmer väl med mätningarna och kan användas för att studera påverkan av olika systemparametrar.