Dans l'opération autonome des aéronefs robotiques (tels que les drones sans pilote, les hélicoptères sans pilote, etc.), la technologie d'évitement des obstacles est le lien central pour garantir leur fonctionnement sûr et efficace. Que ce soit pour la cartographie de terrains complexes, la livraison à basse altitude en milieu urbain, la reconnaissance militaire ou l'inspection industrielle, il est nécessaire de disposer de capacités de perception environnementale précises et fiables pour identifier les obstacles en temps réel et effectuer des réponses d'évitement. Parmi les différentes technologies de détection, le lidar est devenu le choix principal en raison de sa haute précision de mesure et de sa rapidité de réponse. Le laser de 1535 nm, en tant que l'une des sources lumineuses centrales dans le lidar, devient progressivement la solution préférée pour la technologie d'évitement des obstacles dans les aéronefs robotiques grâce à ses propriétés physiques uniques et à sa compatibilité technique.
I. Excellente capacité de transmission atmosphérique, s'adaptant aux défis environnementaux complexes
Les scénarios d'opération des aéronefs robotiques impliquent souvent des incertitudes - brouillard, pluie, poussière, fumée, etc., qui peuvent sérieusement affecter l'efficacité de transmission des signaux lumineux et conduire à la "cécité" du système d'évitement des obstacles. Le laser de 1535 nm, avec sa longueur d'onde dans la bande proche infrarouge dans la fenêtre de faible atténuation atmosphérique, présente des avantages significatifs dans des environnements difficiles.
Comparé au laser commun de 905 nm, le laser de 1535 nm a moins de diffusion et d'absorption des particules atmosphériques. Les données expérimentales montrent que dans un environnement avec 60 % d'humidité, le laser de 905 nm décroît d'environ 3 dB après 1 kilomètre de transmission, tandis que le laser de 1535 nm a une atténuation significativement plus faible ; dans des conditions de tempête de sable, sa capacité de pénétration peut même augmenter de 2 à 3 fois. Cela signifie que même dans la fumée de champ de bataille, le brouillard urbain ou les environnements de sable sauvage, les aéronefs équipés de radar laser de 1535 nm peuvent maintenir des performances de détection stables et fournir des données fiables pour les décisions d'évitement des obstacles.
De plus, la qualité du faisceau du laser de 1535 nm est excellente (facteur M² proche de 1,2), avec une concentration d'énergie élevée, et il est moins susceptible de diverger lors de transmissions à longue distance, garantissant ainsi la précision de détection dans des environnements complexes. Cette forte adaptabilité environnementale lui permet de couvrir divers scénarios d'opération, des basses altitudes urbaines aux déserts sauvages.
II. Équilibre entre la sécurité de l'œil humain et la haute puissance de sortie, en tenant compte de la sécurité et des performances
Lorsque les aéronefs robotiques opèrent à basse altitude, ils croisent inévitablement des zones d'activité humaine, donc la "sécurité de l'œil humain" du système d'évitement des obstacles devient un indicateur clé. Le laser de 1535 nm se distingue particulièrement dans ce domaine : selon la norme internationale IEC 60825-1, son niveau de sécurité atteint la classe 1, ce qui signifie qu'il peut garantir la sécurité humaine (en particulier des yeux) sans mesures de protection supplémentaires.
Cette caractéristique découle du mécanisme d'absorption d'énergie du laser de 1535 nm - la lumière de sa longueur d'onde est principalement absorbée par la cornée et le cristallin de l'œil humain, atteignant rarement la rétine (la rétine est le cœur de la perception visuelle et est la plus susceptible aux dommages causés par les lasers). En revanche, le seuil de sécurité du laser de 1064 nm n'est que de 1/400000 de celui de 1535 nm, et le risque potentiel pour l'œil humain à puissance égale est significativement plus élevé.
Plus important encore, le seuil de sécurité élevé du laser de 1535 nm lui permet de fonctionner à une puissance plus élevée. Par exemple, le module laser de 1535 nm développé indépendamment par ERDI TECH LTD peut émettre des impulsions à haute fréquence de répétition allant jusqu'à 5 kHz. L'énergie par impulsion est stable et contrôlable. L'avantage direct apporté par la haute puissance est l'extension de la distance de détection et le renforcement des signaux d'écho, ce qui est crucial pour que les aéronefs évitent les obstacles sur de longues distances dans des zones ouvertes (comme les montagnes et les océans).
III. Collaboration avec des technologies de détection avancées pour améliorer la précision de l'évitement des obstacles
La performance du radar laser dépend non seulement de la source lumineuse, mais aussi du degré d'adéquation du détecteur. La synergie entre le laser de 1535 nm et les détecteurs InGaAs (arséniure de gallium indium) forme précisément un avantage technologique "1+1>2".
Le détecteur InGaAs a une efficacité quantique extrêmement élevée dans la bande proche infrarouge (en particulier 1500-1600 nm), qui est bien supérieure à celle des détecteurs à base de silicium (qui subissent une forte baisse d'efficacité au-dessus de 900 nm). Par exemple, le radar laser à balayage linéaire de 1550 nm développé par l'Académie chinoise des sciences, lorsqu'il utilise des détecteurs à photon unique InGaAs, atteint une efficacité de détection de plus de 3 %, combinée à une technologie de quenching actif, peut atteindre des distances de détection à distance de plus de 3 km, et la résolution en profondeur atteint le niveau centimétrique.
Ces dernières années, l'application de détecteurs à fil supraconducteur (SNSPD) a encore libéré le potentiel du laser de 1535 nm. Ces détecteurs ont un jitter temporel de seulement 12,6 ps (picosecondes) dans la bande de 1535 nm, et la résolution en profondeur équivalente peut atteindre 2 mm. Ils peuvent identifier précisément de petits obstacles (tels que des fils et des branches) - ces obstacles sont des "tueurs invisibles" courants dans les vols d'aéronefs sans pilote à basse altitude, et les systèmes d'évitement des obstacles traditionnels ont souvent du mal à les détecter.
V. Valeur globale dans les applications pratiques, adaptée aux exigences des aéronefs
Les exigences pour les systèmes d'évitement des obstacles pour les véhicules aériens sans pilote sont "légers, petits, stables et écoénergétiques" - poids léger, petite taille, performances stables et faible consommation d'énergie. Les avantages du radar laser de 1535 nm en matière d'intégration système lui permettent de répondre parfaitement à ces exigences.
Du point de vue de la conception matérielle, le système de chemin optique du laser de 1535 nm peut adopter la technologie de couplage par fibre, réduisant ainsi considérablement le volume. Par exemple, le laser miniaturisé de 1535 nm d'ERDI TECH pèse seulement 2,5 grammes et a une taille plus petite que celle d'une pièce de monnaie. Cependant, il peut résister à l'impact des normes de test MIL-STD-810G (1500 G, 0,5 ms). En termes de consommation d'énergie, l'efficacité de pente du radar laser de 1535 nm avec technologie de pompage (telle que l'amplificateur à fibre co-dopé en erbium-ytterbium pompé à 1535 nm) peut atteindre 58,4 %, bien supérieure aux méthodes de pompage conventionnelles, prolongeant efficacement le temps de vol de l'aéronef.
En termes de capacité anti-interférence, le laser de 1535 nm a une sensibilité extrêmement faible à la lumière ambiante. L'énergie dans la bande de 1535 nm dans la lumière naturelle (comme la lumière du soleil) représente moins de 0,1 %, donc même en plein soleil, le radar laser peut maintenir un rapport signal/bruit élevé. L'expérience menée par l'Université Heriot-Watt au Royaume-Uni montre que le radar à fil supraconducteur basé sur le laser de 1535 nm peut encore atteindre une imagerie tridimensionnelle au niveau millimétrique à une distance de 1 km sous des conditions de lumière du jour, et la capacité de suppression du bruit de fond est plus de 10 fois supérieure à celle du système de 905 nm.
Conclusion
Le laser de 1535 nm est devenu le choix idéal pour la technologie d'évitement des obstacles dans les aéronefs robotiques en raison de ses avantages globaux en matière d'adaptabilité environnementale, de sécurité oculaire, de précision de détection et d'intégration système. Il résout non seulement le problème de l'atténuation du signal dans des conditions météorologiques complexes, mais équilibre également la contradiction entre une haute puissance de sortie et la sécurité. De plus, grâce à la collaboration avec des détecteurs avancés, il atteint les exigences doubles de "détection à longue distance + identification précise".
À mesure que les aéronefs robotiques continuent de se développer vers l'intelligence, la miniaturisation et les applications multi-scénarios, la technologie laser de 1535 nm améliorera encore les performances du système d'évitement des obstacles, fournissant des garanties de sécurité plus fiables pour l'économie à basse altitude, la reconnaissance militaire, l'inspection industrielle et d'autres domaines, et devenant un soutien important pour la technologie de vol autonome future.