Lidar

Antecedentes históricos del Lidar
E. H. Synge Philos [1] fue la primera persona en proponer un método del tipo óptico para determinar alguna propiedad de un objeto empleando una técnica basada en Lidar. La detección por luz (Lidar) es una técnica donde un haz de luz es usado para hacer mediciones remotas de las propiedades de objetos bajo estudio. Synge propuso un método para determinar ladensidad atmosférica detectando la dispersión de la luz proyectada hacia la atmósfera. Synge sugirió un esquema donde una torre de luz, usada para rastrear o iluminar aviones en vuelo, pudiera usarse como la fuente óptica y un telescopio como receptor. La medición se podía llevar a cabo operando en una configuración determinada como bi-estática, donde el emisor y el receptor se encontraríanseparados unos cuantos kilómetros. Para incrementar el nivel de la señal y así incrementar la altitud máxima a la cual se podían realizar mediciones, Synge también sugirió crear un arreglo de cientos de luces que iluminaran la misma región del cielo a la vez. Los primeros resultados obtenidos usando los principios de este método pertenecen a Duclaux [1], quien realizó grabaciones fotográficas de laluz dispersada de un haz óptico que apuntaba hacia el cielo. Un Lidar monostático, el cual es la típica configuración de los sistemas modernos, tiene el transmisor y el receptor en la misma posición, por consecuencia los ángulos de incidencia y reflexión son los mismos. Los sistemas monostáticos se pueden subdividir dentro de dos categorías; sistemas coaxiales, donde el haz del láser se transmitecoaxialmente junto al campo de vista del receptor, y sistemas biaxiales, donde el transmisor y el receptor se localizan adjuntos el uno con el otro. R. Bareau [1] fue el primero en usar un Lidar de este tipo en 1938 y se empleó para determinar la altura base de las nubes. Como es típico con los sistemas monostático, la fuente de luz eran pulsos. Usando esta configuración se podía determinar laaltitud a la cual ocurrió la dispersión de la señal midiendo el tiempo que le tomó viajar de ida y vuelta. El primer sistema monostático de pulsos fue reportado por Friedland [1] en 1956. La invención del láser en 1960 y de los dispositivos llamados Q-switches en 1962, usados para poder generar los pulsos en el láser, suministraron una nueva y poderosa fuente de luz (emisores) para lossistemas de Lidar. Desde la invención del láser, el desarrollo de Lidar ha ido acompañado desde cerca por los avances de esta tecnología. El primer uso de un láser en la tecnología de Lidar fue reportado en 1962 por Smullins and Fiocco [1]. Se reportó la detección de la luz del láser dispersada por la superficie de la luna usando un láser de rubí con una potencia de 0.5 J y una longitud de onda de694nm.

1.2 Descripción y diagrama a bloques de un sistema de Lidar
Para poder describir el funcionamiento de un sistema de Lidar es necesario conocer su estructura, para ello se presenta el diagrama a bloques del Lidar, ver Figura 1. Un sistema de este tipo está compuesto básicamente de dos etapas, el transmisor y el receptor. La parte transmisora se compone de un láser, ya sea de pulsos o deonda continua (cw), un modulador en el caso de que se emplee modulación externa y por último los lentes encargados de hacer converger la señal.

Figura 1. Diagrama a bloques de un sistema de Lidar-radar convencional.
La parte receptora está compuesta de un lente que captura la luz dispersada por el blanco, filtros, un mezclador óptico, en el caso de la detección coherente yun detector óptico. El fotodiodo de avalancha se emplea en la mayoría de los casos, este dispositivo convierte la señal óptica en variaciones de corriente. El sistema de Lidar emite un haz de luz (generalmente pulsos) que interactúa con el medio de propagación y alguna de esta luz es dispersada de nuevo en dirección hacia el dispositivo que la emitió. El Lidar espera por el eco o reflexión de...