ES2628678T3 - Medición remota de profundidades someras en medios semitransparentes - Google Patents

Abstract

Sistema lidar (104, 300, 400), que comprende: un transmisor (310, 410) configurado para emitir un pulso de luz polarizada (108) hacia un blanco (112, 136, 320, 420, 513), que comprende un láser (412), y un polarizador (415) en comunicación óptica con el láser (412), un receptor (330, 430) configurado para captar luz dispersada desde el blanco, comprendiendo la luz dispersada un pulso recibido que comprende una primera componente y una segunda componente, presentando la primera componente y la segunda componente una diferencia relativa de polarización entre ellas; un primer detector (435); un segundo detector (436), estando el primer detector (435) y el segundo detector (436) cada uno de ellos configurados para recibir por lo menos una respectiva componente del pulso recibido de la luz dispersada desde el receptor; y una electrónica de temporización (340, 440) acoplada a cada uno de entre el primer detector (435) y el segundo detector (436), en el que una salida de la electrónica de temporización (340, 440) comprende un cálculo de una distancia relativa basándose en una cantidad de tiempo transcurrido entre las respectivas componentes del pulso recibido de la luz dispersada, alcanzándose así una resolución de anchura de subpulso.

Description

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DESCRIPCION

Medicion remota de profundidades someras en medios semitransparentes.

Campo tecnico

La presente invencion se refiere en general a metodos y sistemas para la medicion remota de profundidades someras en medios semitransparentes, y, particularmente, a metodos y sistemas para la medicion de la distancia relativa entre superficies con diferentes propiedades de polarizacion.

Antecedentes

La batimetrfa con deteccion y determinacion de distancias por luz (lidar) es una tecnica con capacidad de medir la profundidad de una masa de agua relativamente somera (por ejemplo, inferior a 2 metros). Un haz de laser pulsado se transmite desde el instrumento de lidar a la masa de agua. La luz generada por el haz de laser se situa tfpicamente en la parte azul-verde del espectro, debido a la elevada transmision de la luz a traves del agua en esa longitud de onda. Partes del pulso de laser se dispersan desde la interfase aire/agua, desde el volumen de agua, y desde el suelo de la masa de agua, de vuelta hacia el instrumento, y son captadas por este ultimo. Los tiempos de vuelo de las senales detectadas se convierten en mediciones de distancia y, tras considerar la geometrfa de observacion, los trayectos de propagacion y errores asociados, permiten la determinacion de la profundidad del agua sondeada.

La medicion de la profundidad en regimen de aguas someras constituye un desaffo debido a limitaciones de las tecnicas batimetricas tradicionales con lidar en cuanto al ancho de banda del sistema. El lfmite de aguas someras de las tecnologfas de lidar actuales se produce cuando existen ambiguedades entre dispersiones de la superficie, dispersiones desde el volumen a lo largo de la columna de agua, y dispersiones del suelo, debido a limitaciones de ancho de banda del sistema asociadas a anchuras de los pulsos del laser y/o de los detectores. Como consecuencia, los sistemas actuales de lidar para batimetrfa se limitan a mediciones de profundidad no mayores de decenas de centfmetros.

La memoria de la patente europea n.° EP 2 277 776 A2 divulga un sensor de pequenas gotas de agua aereas con multiples campos de vision, que incluye una parte de iluminacion y una parte de deteccion. La parte de iluminacion incluye un primer emisor de haces opticos configurado para emitir un haz de luz. La parte de deteccion incluye un caleidoscopio configurado para canalizar una primera parte de la luz retrodispersada, hacia una superficie reflectante interior de un conversor de cfrculo-a-lfnea, un subsistema de multiples campos de vision que tiene por lo menos un primer detector configurado para recibir luz reflejada por el conversor de cfrculo- a-lfnea, y un subsistema de un solo campo de vision configurado para recibir una segunda parte de la luz retrodispersada, no habiendo sido reflejada la segunda parte por el conversor de cfrculo-a-lfnea. El subsistema de un solo campo de vision puede incluir un detector de polarizacion circular de canal dual, para diferenciar entre pequenas gotas de agua lfquida y cristales de hielo basandose en informacion que se encuentra en el campo de vision individual.

La memoria de la patente de Estados Unidos n.° US 2009/ 073442 A2 divulga una serie de formas de realizacion dirigidas a polarfmetros pulsados para efectuar mediciones diagnosticas remotas, no perturbativas, de campos inductores de un medio que presenta actividad optica inducida. En uno de los aspectos, se divulga un polarfmetro de pulsos que incluye una fuente de luz que emite un pulso de luz polarizada, con un alcance espacial suficientemente estrecho a una longitud de onda preestablecida, y un sistema optico captador de luz que incluye un conjunto optico captador de luz con un eje optico dirigido hacia el medio y posicionado para captar y colimar un angulo solido predeterminado de una emision proveniente del medio, obteniendo un haz de emision colimado, al mismo tiempo que preservando el estado de polarizacion de la invencion. El polarfmetro de pulsos incluye un acoplador direccional que consigue que la direccion de propagacion del pulso de luz polarizada coincida con el eje optico, y un sistema de deteccion de polarizacion para medir la intensidad y determinar el estado de polarizacion del haz de emision colimado continuamente en el tiempo, a medida que el pulso de luz polarizado recorre el medio.

La memoria de la patente de Estados Unidos n.° US 7.580.127 B1 divulga un sistema lidar de polarizacion para identificar de manera remota caracterfsticas de partfculas de aerosol atmosfericas, mediante la transmision de un haz polarizado de luz y el analisis de caracterfsticas de polarizacion de la retrodispersion recibida. El transmisor se caracteriza por una energfa pulsional elevada para identificar de manera remota partfculas de aerosol sustancialmente con un pulso. El transmisor utiliza un polarizador de placa con pelfcula fina y un conversor de longitud de onda Raman, para obtener energfa polarizada linealmente en un solo plano, e inofensiva para los ojos. El haz de transmision y el campo de vision del receptor son coaxiales. El receptor utiliza un telescopio, una lente colimadora y un divisor de haz. El divisor de haz divide la retrodispersion recibida en un haz polarizado en un solo plano, cuyo plano de polarizacion es paralelo al plano de transmision, y un haz polarizado en un solo plano cuyo plano de polarizacion es perpendicular al plano de transmision.

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En la memoria de la patente de Estados Unidos n.° US 7.580.127 B1, cada haz dividido se dirige a traves de lentes de enfoque independientes sobre detectores independientes. Las senales de los detectores se amplifican y procesan para determinar de manera remota caracterfsticas de partfculas de aerosol atmosfericas.

La memoria de la patente de Reino Unido n.° GB 2 256 766 A divulga un filtro optico que elimina la mayor parte del ruido optico, por ejemplo, ruido solar, en sistemas submarinos de LIDAR, tratamiento de imagenes, batimetrfa o comunicaciones. Un haz de laser emitido o retrodispersado, reflejado, se divide en dos haces de polarizaciones diferentes, filtrados por filtros FADOF identicos, y se recombinan antes de su deteccion. Sustancialmente la totalidad del resto de longitudes de onda que no se corresponden con la longitud de onda transmitida es rechazada por los FADOF (filtros opticos de dispersion anomala Faraday), ya que la fuente de laser se sintoniza con la frecuencia de paso de los FADOF. Cada FADOF comprende un vapor de cesio en un campo magnetico variable que se calienta para alisar la estructura hiperfina por medio del efecto Doppler, precedido y sucedido por un polarizador.

La memoria de la patente europea n.° EP 1 391 382 A1 divulga un sistema para aviso de deteccion de hielo, montable a bordo de una aeronave, y destinado a la monitorizacion, en vuelo, del espacio aereo situado delante de la aeronave, que comprende: una primera pluralidad de elementos opticos configurados para dirigir un haz de laser pulsado, a una primera longitud de onda, desde una fuente de laser hacia el espacio aereo situado delante de la aeronave; una segunda pluralidad de elementos opticos configurados para separar la retrodispersion recibida de luz proveniente del haz de laser, en una pluralidad de longitudes de onda predeterminadas; una pluralidad de detectores de luz para detectar la luz de la pluralidad separada de longitudes de onda, respectivamente, y generar una pluralidad correspondiente respectivamente de senales electricas representativas de la luz detectada de ese modo; y un procesador para procesar la pluralidad de senales electricas con el fin de determinar si es probable que las condiciones del espacio aereo delante de la aeronave provoquen una acumulacion de hielo en la superficie de la aeronave, y para generar un aviso indicativo de ello. En una forma de realizacion divulgada, el sistema de aviso incluye un escaner optico operativo para realizar un barrido del haz de laser pulsado en el espacio aereo situado delante de la aeronave, con un patron de barrido predeterminado, siendo tambien operativo el escaner para recibir la retrodispersion de luz del haz de laser pulsado, y dirigirla hacia la segunda pluralidad de elementos opticos que esta configurada para separar la retrodispersion recibida de luz en la pluralidad de longitudes de onda predeterminadas.

La memoria de la patente de Estados Unidos n.° US 2010/025589 A1 divulga metodos y sistemas para procesar una senal analogica que es generada por un detector de fotones de alta energfa, como respuesta a una interaccion de fotones de alta energfa. Se genera un borde digital que representa el tiempo de la interaccion a lo largo de un primer trayecto, y la energfa de la interaccion se codifica en forma de un retardo desde el borde digital a lo largo de un segundo trayecto. El borde digital generado y el retardo codifican el tiempo y la energfa de la senal analogica usando modulacion por anchura de pulsos.

No obstante, en la tecnica sigue existiendo una necesidad de mejorar la precision y otros aspectos de sistemas de batimetrfa con lidar.

Sumario

Por consiguiente, la invencion va dirigida a metodos y sistemas para la medicion remota de profundidades someras en medios semitransparentes, que eluden sustancialmente uno o mas de los problemas debidos a limitaciones y desventajas de la tecnica anterior.

Una de las ventajas de la invencion es la provision de una resolucion en alcance mejorada y una medicion precisa en la medicion de profundidades de aguas someras y el mapeo topografico de fondos acuaticos. Ademas, la invencion encuentra capacidades y aplicaciones en la medicion de espesores de medios semitransparentes y la caracterizacion topografica de superficies.

Otra ventaja es permitir el muestreo de distancia sin ningun contacto ffsico con los medios.

Todavfa otra de las ventajas es la provision de una solucion de bajo coste, precisa, con autocalibracion, y escalable, con una medicion diferencial que no requiere conocimiento alguno de la posicion de la plataforma del sistema lidar.

Caracterfsticas y ventajas adicionales de la invencion se expondran en la descripcion que sigue, y, las mismas se pondran de manifiesto parcialmente a partir de la descripcion, o se pueden asimilar al llevar a la practica la invencion. Los objetivos y otras ventajas de la invencion se materializaran y obtendran por medio de la estructura indicada particularmente en la descripcion expuesta y sus reivindicaciones, asf como los dibujos adjuntos.

Para lograr estas y otras ventajas y de acuerdo con la finalidad de la presente invencion, segun se materializa y describe en terminos amplios, un sistema lidar incluye un transmisor configurado para emitir a luz polarizada hacia un blanco, un receptor configurado para captar luz dispersada desde el blanco, un primer detector, un

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segundo detector, estando configurados el primer detector y el segundo detector para recibir por lo menos una parte respectiva de la luz dispersada del receptor, y una electronica de temporizacion acoplado a cada uno de entre el primer y el segundo detectores.

En otro aspecto de la presente invencion, un sistema lidar incluye un transmisor de luz configurado para transmitir una senal de luz, un receptor de luz configurado para recibir una senal de luz dispersada, incluyendo la senal de luz dispersada una primera componente y una segunda componente, y un detector configurado para resolver la primera y la segunda componentes de la senal de luz dispersada.

Todavfa en otro aspecto de la presente invencion, un sistema lidar incluye una fuente de luz polarizada y un receptor de luz, estando configurado el receptor de luz para recibir luz dispersada. El receptor de luz incluye un divisor de haz de polarizacion, dividiendo el divisor de haz de polarizacion la luz dispersada, en una componente de polarizacion en plano transversal y una componente de polarizacion coplanaria. El sistema lidar incluye ademas un primer detector, estando configurado el primer detector para recibir la componente polarizada en plano transversal, y un segundo detector, estando configurado el segundo detector para recibir la componente polarizada coplanaria.

Todavfa adicionalmente en otro aspecto de la presente invencion, se divulga un metodo de medicion de una distancia relativa entre una primera superficie y una segunda superficie con diferentes caracterfsticas de polarizacion, incluyendo el metodo las etapas de generar luz polarizada, dispersar por lo menos parte de la luz polarizada desde la primera superficie y por lo menos parte de la luz polarizada desde la segunda superficie, recibir la luz dispersada, dividir la luz dispersada en una primera y una segunda componentes, presentado la primera y la segunda componentes una diferencia relativa en polarizacion, detectar la primera y la segunda componentes, determinar una cantidad de tiempo transcurrido entre la primera y la segunda componentes, y calcular una distancia relativa entre la primera superficie y la segunda superficie sobre la base de la cantidad de tiempo transcurrido.

En otro aspecto de la presente invencion, un sistema lidar incluye una fuente de luz de laser, de manera que una salida de la fuente de luz de laser es luz de laser. El sistema lidar incluye ademas un divisor de haz de polarizacion, estando alineada la luz de laser con el eje de transmision del divisor de haz de polarizacion, y una salida del divisor de haz de polarizacion es luz polarizada linealmente. El sistema lidar incluye ademas una placa de cuarto de onda, siendo recibida en la placa de cuarto de onda la luz polarizada linealmente transmitida por el divisor de haz de polarizacion. En un primer modo de funcionamiento, el eje rapido o lento de la placa de cuarto de onda esta orientada a 45 grados con respecto a la salida de luz polarizada linealmente del divisor de haz de polarizacion, emitiendo la placa de cuarto de onda luz polarizada circularmente. En un segundo modo de funcionamiento, la placa de cuarto de onda esta orientada de tal manera que los ejes rapido y lento de la placa de cuarto de onda estan alineados con la salida de luz polarizada lineal del divisor de haz de polarizacion, emitiendo la placa de cuarto de onda luz polarizada linealmente. El sistema lidar incluye ademas un detector, recibiendose en el detector luz reflejada por el divisor de haz de polarizacion.

Todavfa en otro aspecto de la presente invencion, un sistema lidar incluye una fuente de luz y una placa de onda variable. En un primer modo de funcionamiento, la placa de onda variable esta configurada para emitir luz polarizada en una primera direccion, y en un segundo modo de funcionamiento, la placa de onda variable esta configurada para emitir luz polarizada en una segunda direccion relativamente diferente a la primera direccion. El sistema lidar incluye ademas un detector, estando configurado el detector para recibir luz dispersada de la luz polarizada de salida.

Todavfa adicionalmente en otro aspecto de la presente invencion, un metodo de medicion de una distancia relativa entre superficies incluye medir una distancia relativa con respecto a una superficie preservadora de la polarizacion, lo cual incluye generar luz polarizada linealmente en un primer tiempo, estando polarizada verticalmente la luz generada, polarizar circularmente la luz polarizada verticalmente en una primera direccion, y dispersar por lo menos parte de la luz polarizada circularmente en una primera direccion, desde la superficie preservadora de la polarizacion. La luz dispersada se polariza circularmente en una segunda direccion despues de ser dispersada por la superficie preservadora de la polarizacion. La medicion de la distancia relativa entre superficies incluye ademas polarizar linealmente la luz dispersada, y hacer pasar la luz polarizada linealmente a un detector. La luz se recibe en el detector en un segundo tiempo. La medicion de la distancia relativa entre superficies incluye ademas determinar una cantidad de tiempo transcurrido entre el primer tiempo y el segundo tiempo para obtener una primera diferencia de tiempo, y medir una distancia relativa con respecto a una superficie modificadora de la polarizacion. La medicion de una distancia relativa con respecto a la superficie modificadora de la polarizacion incluye generar luz polarizada linealmente en un tercer tiempo, estando polarizada verticalmente la luz generada, hacer pasar por lo menos una primera parte de la luz polarizada verticalmente a traves de la superficie preservadora de la polarizacion hacia la superficie modificadora de la polarizacion, siendo dispersada una segunda parte de la luz polarizada verticalmente por la superficie preservadora de la polarizacion en forma de luz polarizada verticalmente, dispersar la luz polarizada linealmente que se ha hecho pasar a traves de la superficie preservadora de la polarizacion, desde la superficie modificadora de la polarizacion, modificandose la luz polarizada linealmente, despues de ser dispersada por la superficie

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modificadora de la polarizacion, hacer pasar una componente polarizada horizontalmente de la luz dispersada, con polarizacion modificada, hacia un detector, siendo recibida la luz en el detector en un cuarto tiempo, no haciendose pasar hacia el detector luz dispersada por la superficie preservadora de la polarizacion, determinar una cantidad de tiempo transcurrida entre el tercer tiempo y el cuarto tiempo para obtener una segunda diferencia de tiempo, usar la primera y la segunda diferencias de tiempo, y calcular una distancia relativa entre la superficie preservadora de la polarizacion y la superficie modificadora de la polarizacion.

En otro aspecto de la presente invencion, un metodo de medicion de distancia relativa entre una primera superficie y una segunda superficie con caracterfsticas de polarizacion diferentes, incluye generar luz, dispersar la luz respectivamente desde la primera superficie y la segunda superficie, recibir cada una de la luz dispersada desde la primera superficie y la segunda superficie, detectar la luz dispersada, y determinar una cantidad de tiempo transcurrida entre la luz dispersada desde la primera superficie y la luz dispersada desde la segunda superficie.

Breve descripcion de los dibujos

Los dibujos adjuntos, que se incluyen para proporcionar una comprension adicional de la invencion y se incorporan a esta memoria constituyendo parte de la misma, ilustran formas de realizacion de la invencion y, junto con la descripcion, sirven para explicar los fundamentos de la invencion.

En los dibujos:

la figura 1 ilustra un sistema lidar de acuerdo con formas de realizacion de la presente invencion, en un entorno de funcionamiento ejemplificativo;

la figura 2A y la figura 2B ilustran la deteccion de un pulso de luz dispersada, a lo largo del tiempo, para un sistema con resolucion de anchura de pulsos;

la figura 2C y la figura 2D ilustran la deteccion de un pulso de luz dispersada, a lo largo del tiempo, para un sistema con una resolucion de anchura de subpulso, de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion;

la figura 3 ilustra un sistema lidar de acuerdo con una forma de realizacion de la presente invencion;

la figura 4 representa componentes de un sistema lidar segun una forma de realizacion de la presente invencion;

la figura 5 representa componentes de un sistema lidar segun una forma de realizacion de la presente invencion;

la figura 6A ilustra la intensidad recibida, normalizada, de luz para blancos con grados variables de despolarizacion;

la figura 6B ilustra datos de voltaje normalizados de detectores, adquiridos durante la recepcion de senales retrodispersadas, usando un sistema analogico para la superficie del agua (lfnea de puntos) y del suelo (lfnea continua);

la figura 6C ilustra datos de temporizacion normalizados, adquiridos durante la recepcion de senales retrodispersadas de la superficie y del suelo, usando un sistema digital para una profundidad del agua de 3 centfmetros (lfnea continua) y una profundidad del agua de 1 centfmetro (lfnea discontinua); y

la figura 7 ilustra la medicion de la profundidad de medios semitransparentes con una resolucion de anchura de subpulso.

Descripcion detallada

La invencion se refiere a un sistema lidar. Un sistema lidar esta configurado para medir la distancia u otras propiedades de una superficie de un blanco, iluminando la superficie del blanco con luz. En una forma de realizacion, el sistema lidar de la presente invencion esta configurado para medir profundidades someras de medios semitransparentes. Los medios incluyen una primera superficie y una segunda superficie y la masa de los medios entre la primera y la segunda superficies. En una orientacion vertical, la primera y la segunda superficies de los medios pueden ser, respectivamente, las superficies superior e inferior. Luz transmitida es dispersada parcialmente desde las superficies superior de los medios semitransparentes y refractada parcialmente hacia dicha superficie superior. La superficie inferior puede incluir unos medios relativamente opacos o modificadores de la polarizacion o unos segundos medios semitransparentes. La superficie superior y la masa de medios semitransparentes incluyen, aunque sin caracter limitativo, medios tales como agua o vidrio.

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La superficie inferior que es relativamente opaca o modificadora de la polarizacion incluye, aunque sin caracter limitativo, medios tales como hielo, arena, roca, paredes, piel, hipodermis, celulas, otras regiones anatomicas, y/o combinaciones de los mismos.

En una forma de realizacion, el sistema lidar incluye un transmisor configurado para emitir luz polarizada hacia un blanco, un receptor configurado para captar luz dispersada desde el blanco, y un primer y un segundo detectores. El primer y el segundo detectores estan configurados para recibir por lo menos una parte respectiva de la luz dispersada desde el receptor. El primer y el segundo detectores pueden estar configurados para detectar las partes respectivas de la luz dispersada y sustancialmente al mismo tiempo o con alguna deriva. El sistema incluye tambien una electronica de temporizacion acoplada a cada uno de entre el primer y segundo detectores.

El transmisor usado en la invencion puede incluir transmisores que generan y transmiten una luz con una polarizacion conocida. El transmisor puede incluir un laser y un polarizador en comunicacion optica con el laser. El transmisor puede incluir, ademas, una placa de media onda en comunicacion optica con el laser. El laser puede incluir por lo menos uno de entre un laser polarizado, un laser pulsado, o un laser de onda continua (CW). En un ejemplo especffico, un transmisor incluye un laser Teem Photonics de 35 mW, con una anchura de pulso de 450 ps, y con un conjunto optico que genera y transmite luz polarizada linealmente con un grado de polarizacion superior al 99,9.

El receptor puede incluir uno o mas receptores que pueden recibir luz dispersada. El receptor puede incluir un telescopio. El receptor puede incluir, opcionalmente, uno o mas componentes para filtrar procesos (es decir, un filtro espectral) y puede incluir, ademas, un divisor de polarizacion. En un ejemplo especffico, un receptor incluye un telescopio Maksutov-Cassegrain Orion con una apertura de 90 mm y una distancia focal efectiva de 1.250 mm.

El primer y el segundo detectores incluyen detectores que pueden detectar y contar fotones en una senal de luz. Los detectores pueden incluir tubos fotomultiplicadores que dan salida a una senal de recuento de fotones. Otros detectores que pueden funcionar en el modo de recuento de fotones o analogico incluyen fotodiodos de avalancha, dispositivos acoplados por carga, u otros detectores de fotones. En un ejemplo especffico, los detectores incluyen tubos fotomultiplicadores H7422PA-40 Hamamatsu con una anchura del pulso de 2,5 ns.

La electronica de temporizacion incluye una electronica que puede calcular una distancia relativa basandose en una cantidad de tiempo transcurrida entre senales de luz. La electronica de temporizacion puede incluir un discriminador de fraccion constante (CFD) para discriminar un apice en una senal de recuento de fotones, un conversor de tiempo-a-digital (TDC), y un procesador. En un ejemplo especffico, la electronica de temporizacion incluye un CFD SensL con una anchura de pulso de salida 8 ns, y un TDC HRMTime SensL con un ancho de compartimento (bin width) de 27 ps y un tiempo muerto de 190 ns.

En otra forma de realizacion, un sistema lidar incluye un transmisor de luz configurado para transmitir una senal de luz, un receptor de luz configurado para recibir una senal de luz dispersada, incluyendo la senal de luz dispersada una primera y una segunda componentes, y un detector configurado para resolver la primera y la segunda componentes de la luz de senal dispersada.

Una senal de luz incluye informacion portadora de radiacion electromagnetica. La informacion incluye atributos diferenciadores de la senal de luz, tales como la amplitud, la frecuencia, la fase, la polarizacion, otros atributos, y/o combinaciones de los mismos. La senal de luz se puede codificar por medios naturales (es decir, luz que contiene una signatura de polarizacion del blanco, dispersada a partir de una luz incidente polarizada linealmente) o artificiales (es decir, codificacion incorporada por una electronica cuando se genera una luz). Ademas, la polarizacion puede ser cualquier tipo de polarizacion (por ejemplo, linealmente, vertical, horizontal y/o circular). Una senal de luz puede ser cualquier tipo de senal (por ejemplo, laser pulsado o de onda continua (CW), una lampara, una luz de LED, y/u otras fuentes de luz o combinaciones de los mismos). Las senales de luz pulsada pueden tener delimitaciones en la senal nula entre los pulsos; las senales de luz de CW pueden tener delimitaciones en los lugares en los que la onda cambia de modulacion, de fase y/o de otros atributos. Una senal de luz puede incluir senales componentes con atributos variables, que ocupan por lo menos una parte sustancialmente de un tiempo y/o espacio identico y/o indiferenciable con respecto a la senal de luz.

La senal de luz dispersada incluye la luz especular y difusa, dispersada desde el medio seleccionado como blanco. Una senal de luz dispersada incluye una senal de luz dirigida que cambia de direccion como consecuencia de que la senal de luz dirigida incide en una superficie. La superficie podrfa incluir superficies preservadoras de la polarizacion o modificadoras de la polarizacion. La senal de luz dispersada puede tener una intensidad, frecuencia, fase, polarizacion, otros atributos y/o combinaciones de los mismos, que sean diferentes, debido a las caracterfsticas de la senal de luz dirigida que interacciona con la superficie. Ademas, cuando la senal de luz dirigida incide en una superficie modificadora de la polarizacion, la senal de luz dispersada se puede dispersar significativamente en varias polarizaciones y/o direcciones. Una senal de luz reflejada incluye la luz especular dispersada desde un medio que actua como blanco. Senal de luz reflejada puede referirse ademas a

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la accion de componentes opticos dentro de un transmisor y un receptor de un instrumento que dirige una senal de luz desde un elemento a otro.

Una senal componente de una senal de luz incluye por lo menos algun atributo diferenciador uniforme, tal como amplitud, frecuencia, fase, polarizacion, otros atributos y/o una combinacion de los mismos. En un ejemplo especffico, la polarizacion coplanaria y la polarizacion en plano transversal, de una senal de luz, son dos componentes de una senal de luz.

Todavfa en otra forma de realizacion, un sistema lidar incluye una fuente de luz polarizada y un receptor de luz. Estando configurado el receptor de luz para recibir luz dispersada. El receptor de luz incluye un divisor de haz de polarizacion. El divisor de haz de polarizacion divide la luz dispersada en una componente de polarizacion en plano transversal y una componente de polarizacion coplanaria. El sistema lidar incluye ademas un primer detector y un segundo detector. El primer detector esta configurado para recibir la componente polarizada en plano transversal. El segundo detector esta configurado para recibir la componente polarizada coplanaria.

Todavfa en otra forma de realizacion, se divulga un metodo de medicion de una distancia relativa entre una primera superficie y una segunda superficie con caracterfsticas de polarizacion diferentes. El metodo incluye las etapas de generar luz polarizada, dispersar por lo menos parte de la luz polarizada desde la primera superficie y por lo menos parte de la luz polarizada desde la segunda superficie, recibir la luz dispersada, y dividir la luz dispersada en una primera y una segunda componentes. La primera y la segunda componentes presentan una diferencia relativa en cuanto a polarizacion. El metodo incluye ademas las etapas de detectar la primera y la

segunda componentes, determinar una cantidad de tiempo transcurrida entre la primera y la segunda

componentes, y calcular una distancia relativa entre la primera superficie y la segunda superficie sobre la base de la cantidad de tiempo transcurrido.

En otra forma de realizacion, un sistema lidar incluye una fuente de luz de laser, de manera que una salida de la fuente de luz de laser es luz de laser. El sistema lidar incluye ademas un divisor de haz de polarizacion, estando alineada la luz de laser con el eje de transmision del divisor de haz de polarizacion, y una salida del divisor de haz de polarizacion es luz polarizada linealmente. El sistema lidar incluye ademas una placa de cuarto de onda, recibiendose en la placa de cuarto de onda la luz polarizada linealmente, transmitida por el divisor de haz de polarizacion. En un primer modo de funcionamiento, el eje rapido o lento de la placa de cuarto de onda esta orientado a 45 grados con respecto a la salida de luz polarizada linealmente del divisor de haz de polarizacion, de manera que la placa de cuarto de onda emite luz polarizada circularmente. En un segundo modo de funcionamiento, la placa de cuarto de onda esta orientada de tal manera que los ejes rapido y lento de la placa de cuarto de onda estan alineados con la salida de luz polarizada lineal del divisor de haz de polarizacion,

emitiendo luz polarizada linealmente la placa de cuarto de onda. El sistema lidar incluye ademas un detector. En

el detector se recibe luz dispersada por el divisor de haz de polarizacion.

Todavfa en otra forma de realizacion, un sistema lidar incluye una fuente de luz y una placa de onda variable. En un primer modo de funcionamiento, la placa de onda variable esta configurada para emitir luz polarizada en una primera direccion, y en un segundo modo de funcionamiento, la placa de onda variable esta configurada para emitir luz polarizada en una segunda direccion relativamente diferente a la primera direccion. El sistema lidar incluye ademas un detector. El detector esta configurado para recibir luz dispersada de la luz polarizada.

Todavfa adicionalmente en otra forma de realizacion, un metodo de medicion de una distancia relativa entre superficies incluye medir una distancia relativa con respecto a una superficie preservadora de la polarizacion, lo cual incluye generar luz polarizada linealmente en un primer tiempo, estando polarizada verticalmente la luz generada, polarizar circularmente la luz polarizada verticalmente en una primera direccion, y dispersar por lo menos parte de la luz polarizada circularmente en una primera direccion, desde la superficie preservadora de la polarizacion. La luz dispersada se polariza circularmente en una segunda direccion despues de ser dispersada por la superficie preservadora de la polarizacion. La medicion de la distancia relativa entre superficies incluye ademas polarizar linealmente la luz dispersada, y hacer pasar la luz polarizada linealmente a un detector. La luz se recibe en el detector en un segundo tiempo. La medicion de la distancia relativa entre superficies incluye ademas determinar una cantidad de tiempo transcurrido entre el primer tiempo y el segundo tiempo para obtener una primera diferencia de tiempo, y medir una distancia relativa con respecto a una superficie modificadora de la polarizacion. La medicion de una distancia relativa con respecto a la superficie modificadora de la polarizacion incluye generar luz polarizada linealmente en un tercer tiempo, estando polarizada verticalmente la luz generada, hacer pasar por lo menos una primera parte de la luz polarizada verticalmente a traves de la superficie preservadora de la polarizacion hacia la superficie modificadora de la polarizacion, siendo dispersada una segunda parte de la luz polarizada verticalmente por la superficie preservadora de la polarizacion en forma de luz polarizada verticalmente, dispersar la luz polarizada linealmente que se ha hecho pasar a traves de la superficie preservadora de la polarizacion, desde la superficie modificadora de la polarizacion, modificandose la luz polarizada linealmente, despues de ser dispersada por la superficie modificadora de la polarizacion, hacer pasar una componente polarizada horizontalmente de la luz dispersada, con polarizacion modificada, hacia un detector, siendo recibida la luz en el detector en un cuarto tiempo, no haciendose pasar hacia el detector luz dispersada por la superficie preservadora de la polarizacion, determinar una cantidad de tiempo transcurrida entre el tercer

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tiempo y el cuarto tiempo para obtener una segunda diferencia de tiempo, usar la primera y la segunda diferencias de tiempo, y calcular una distancia relativa entre la superficie preservadora de la polarizacion y la superficie modificadora de la polarizacion.

En otra forma de realizacion, un metodo de medicion de distancia relativa entre una primera superficie y una segunda superficie con caracterfsticas de polarizacion diferentes, incluye generar luz, dispersar la luz respectivamente desde la primera superficie y la segunda superficie, recibir cada una de la luz dispersada desde la primera superficie y la segunda superficie, detectar la luz dispersada, y determinar una cantidad de tiempo transcurrida entre la luz dispersada desde la primera superficie y la luz dispersada desde la segunda superficie.

A continuacion se hara referencia de manera detallada a una forma de realizacion de la presente invencion, ilustrandose ejemplos de la misma en los dibujos adjuntos.

La figura 1 ilustra un sistema lidar 104 de acuerdo con formas de realizacion de la presente invencion, en un entorno de funcionamiento ejemplificativo 100. El sistema lidar 104 genera luz transmitida 108 que se dirige hacia un blanco 112. El blanco 112 puede comprender una masa de agua 116 que tiene una superficie superior 120 y un suelo 124. En un primer modo de funcionamiento, luz 128 dispersada desde la superficie 120 del blanco 112 es recibida por el sistema lidar 104. El tiempo transcurrido entre la generacion de un pulso de luz 108 dispersada desde la superficie 120 del blanco 112 y devuelta al sistema lidar 104 en forma de una serial dispersada 128, se usa para determinar una distancia relativa entre la superficie 120 del blanco 112 y el sistema lidar 104. En un segundo modo de funcionamiento, el tiempo transcurrido entre la generacion de un pulso de luz transmitida 108 y una senal 132 dispersada desde el suelo 124 del blanco 112, se usa para determinar la distancia relativa entre el sistema lidar 104 y el suelo 124 del blanco 112. Considerando la diferencia entre la distancia a la superficie 120 y la distancia al suelo 124, puede determinarse la distancia relativa entre la superficie 120 y el suelo 124. Por consiguiente, se puede determinar la profundidad relativa del agua 116. En el ejemplo de la figura 1, el sistema lidar 104 esta asociado a una plataforma 136 que comprende un avion. No obstante, un sistema lidar 104 de acuerdo con formas de realizacion de la presente invencion se puede asociar a plataformas diferentes 136. Los ejemplos de plataformas adecuadas 136, ademas de un avion, incluyen satelites, vehfculos aereos no tripulados, helicopteros, globos, barcos, u otras plataformas. Ademas, un sistema lidar 104 de acuerdo con formas de realizacion de la presente invencion no se limita a la batimetrfa de aguas someras. Por ejemplo, el sistema lidar 104 se puede usar para el mapeo de superficies de fondos, o para determinar la distancia entre cualquier superficie preservadora de la polarizacion que sea transmisora, por lo menos parcialmente, de luz 108, y una superficie modificadora de la polarizacion situada tras la superficie preservadora de la polarizacion, particularmente en el caso en el que la distancia de separacion de otro modo serfa irresoluble debido a limitaciones de ancho de banda del sistema asociadas a anchuras de los pulsos del laser y/o de los detectores. La superficie modificadora de la polarizacion incluye, aunque sin caracter limitativo, medios tales como hielo, arena, roca, paredes, piel, hipodermis, celulas, otras regiones anatomicas, y combinaciones de los mismos.

La figura 2A y la figura 2B ilustran la deteccion de un pulso de luz dispersada, a lo largo del tiempo, para un sistema con una resolucion de anchura de pulsos.

La figura 2A representa un entorno ejemplificativo de aguas someras 280 con una masa de agua somera 203 que presenta una superficie acuatica 201 y un suelo acuatico 202. El eje y representa la distancia de una seccion transversal vertical del entorno de aguas someras 280. El eje x representa el tiempo. El nivel de la superficie acuatica 201 se encuentra a la distancia h=0; el nivel del suelo acuatico 202 se encuentra a la distancia h. La masa de agua 203 con un medio acuatico tiene un fndice de refraccion de n=1,33. El medio aereo por encima de la superficie acuatica 201 tiene un fndice de refraccion de n=1.

El pulso transmitido (Tx) 210 es un pulso de luz que tiene una longitud ct. En el tiempo t0, se genera el pulso Tx 210 por medio de un sistema lidar, tal como el sistema lidar 104, o por medio de otras fuentes de luz. En el entorno 280, el pulso Tx 210 se esta transmitiendo sustancialmente normal a la superficie acuatica 201. No obstante, el pulso Tx 210 se puede transmitir con otros angulos, siempre que el pulso Tx 210 se pueda dispersar por lo menos parcialmente y refractar parcialmente a traves de la superficie acuatica 201.

En el tiempo tsuperficie, el pulso Tx 210 llega a la superficie acuatica 201. Tal como se ha mencionado, el pulso Tx 210 sera dispersado parcialmente desde la superficie acuatica 201, de manera que el pulso de luz dispersada sera el pulso recibido (Rx) 220, y se refractara parcialmente a traves de la superficie acuatica 201 hacia la masa de agua 203, de manera que el pulso de luz refractada sera pulso refractado 240. Asf, en el tiempo t/2, la mitad del pulso Tx 210 se ha dispersado como pulso Rx 220 con una longitud ct/2, y la mitad del pulso Tx 210 se ha refractado como pulso refractado 240 con una longitud 0,376 ct (debido al fndice de refraccion en la masa de agua 203). En el momento t, el pulso Tx 210 en su totalidad o bien se ha dispersado como pulso Rx 220 o bien se ha refractado como pulso refractado 240.

En el momento tsuelo, el pulso refractado 240 llega al suelo acuatico 202 y sera dispersado por lo menos parcialmente como pulso Rx 230. El pulso Rx 230, igual que el pulso refractado 240, presentara un acortamiento

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relativo de su longitud cuando se desplace en la masa de agua 203, debido al indice de refraccion de la masa de agua 203 (n=1,33) en contraposicion con el aire (n=1). El pulso Rx 230 se alargara hasta la longitud ct cuando salga de la superficie acuatica 201.

Asf, cuando el pulso Rx 230 sale de la superficie acuatica 201, la diferencia de tiempo entre tsuelo y tsuperficie puede obtenerse a partir de la diferencia de tiempo entre el pulso Rx 220 y el pulso Rx 230. Ademas, la relacion entre la diferencia de tiempo de tsuelo y tsuperficie y la distancia ffsica entre la superficie acuatica 201 (h=0) y el suelo acuatico 202 (h) viene dada por

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Por lo tanto, puede determinarse la profundidad de la masa de agua 203.

La figura 2B representa diagramas de temporizacion para pulsos Rx 220 y 230 correspondientes a escenarios especfficos de profundidad de agua. Cuando la distancia entre la superficie acuatica 201 y el suelo acuatico 202 (h) es mayor que una profundidad de agua minima (hmin) para la cual se ha dispersado la mitad del pulso Rx 220 desde la superficie acuatica 201 (h>hmin), existe un espacio discernible entre los pulsos Rx 220 y 230, y la diferencia de temporizacion entre los pulsos Rx 220 y 230 (At) es tsuelo-tsuperficie. Cuando la distancia entre la superficie acuatica 201 y el suelo acuatico 202 (h) es igual a hmin, el pulso Rx 230 viene directamente despues de Rx 220 sin ningun espacio discernible y ninguna parte solapada entre los pulsos Rx 220 y 230. Cuando la distancia entre la superficie acuatica 201 y el suelo acuatico 202 (h) es menor que hmin (h<hmin), el pulso Rx 230 viene antes de que haya pasado la parte completa del pulso Rx 220, creando un solapamiento intrapulso ambiguo 225.

Por lo tanto, se produce una limitacion para el metodo de deteccion segun se describe en la figura 2A y la figura 2B. Esta limitacion es que los pulsos dispersados denominados pulso Rx 220 e pulso Rx 230 deben ser sustancialmente separables. Es decir, el pulso Rx 230 no debe comenzar a salir de la superficie acuatica 201 antes de que el pulso Rx 220 se haya dispersado completamente desde el suelo acuatico 201. Efectivamente, este requisito necesita una profundidad de agua minima (hmin) para la cual el pulso Rx 230 no se puede dispersar desde el suelo acuatico 202 antes de que la mitad del pulso Rx 220 se haya dispersado desde la superficie acuatica 201 en el tiempo t/2. En esta forma de realizacion, hmin es 0,376 ct (debido al indice de refraccion en la masa acuatica 203 segun se ha descrito previamente) y depende de la longitud del pulso Tx 210.

Cuando h<hmin, los dos pulsos dispersados, pulso Rx 220 y 230, presentan un solapamiento intrapulso ambiguo 225 que no es separable para resolver la diferencia de tiempo entre tsuelo y tsuperficie con respecto a los pulsos Rx 220 y 230. En la practica, hmin esta limitada por restricciones del equipo para generar y detectar pulsos de luz con una longitud minima t.

La figura 2C y la figura 2D ilustran la deteccion de un pulso de luz dispersado a lo largo del tiempo, para un sistema con resolucion de anchura de subpulso, segun una forma de realizacion de la presente invencion.

En referencia a la figura 2C, un entorno de aguas someras ejemplificativo se representa con el numero de referencia 290. El entorno 290 incluye una masa de agua somera 206 que tiene una superficie acuatica 204 y un suelo acuatico 205. El eje y representa la distancia de una seccion transversal vertical del entorno de aguas someras 290. El eje x representa el tiempo. El nivel de la superficie acuatica 204 se encuentra a la distancia h=0, y el nivel del suelo acuatico se encuentra a la distancia h. La profundidad de la masa de agua 206 se encuentra a la distancia h, que es menor que la profundidad de agua minima (hmin) para el pulso Tx 230. Por lo tanto, un pulso Rx 240 que se dispersa desde la superficie acuatica 204 y un pulso Rx 250 que se dispersa desde el suelo acuatico 205 incluyen una parte 245 de solapamiento intrapulso ambiguo. El solapamiento intrapulso ambiguo 245 se crea de manera similar al solapamiento intrapulso ambiguo 225 segun se ha descrito con respecto a la figura 2A y la figura 2B.

En esta forma de realizacion, el pulso Tx 230 es un pulso de luz que tiene una polarizacion conocida. Por ejemplo, el pulso Tx 230 esta polarizado en la direccion del plano transversal al vector de propagacion del pulso Tx 230, que es normal a la superficie acuatica 204 en observacion nadiral directa. El pulso Tx 230 se puede polarizar mediante un sistema lidar, tal como el sistema lidar 104, o mediante otras fuentes de luz de polarizacion segun es conocido en la tecnica. Cuando el pulso Tx 230 llega a la superficie acuatica 204 en el tiempo tsuperficie, el pulso Tx 230 es dispersado parcialmente por la superficie acuatica 204 en forma del pulso Rx 240. Puesto que la superficie acuatica 204 es una superficie preservadora de la polarizacion, el pulso Rx 240 mantiene sustancialmente la misma polarizacion que el pulso Tx 230. El pulso Tx 230 es tambien refractado parcialmente hacia la masa de agua 206. La parte refractada del pulso Tx 230 es dispersada por el suelo acuatico 205 en el tiempo tsuelo. El suelo acuatico 205 es una superficie modificadora de la polarizacion, y crea una dispersion de la

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polarizacion en la luz dispersada. Por lo tanto, el pulso Rx 250 tendra una polarizacion diferente al pulso Tx 230 y al pulso Rx 240 cuando se dispersa desde el suelo acuatico 205.

La figura 2D representa diagramas de temporizacion para los pulsos Rx 240 y 250 en correspondencia con una profundidad acuatica de h<hmin. Los pulsos dispersados denominados pulso Rx 240 e pulso Rx 250 tendran un solapamiento 245 debido a h<hmin. En referencia a las vistas 1 y 2, en esta forma de realizacion, el solapamiento intrapulso ambiguo 245 puede eliminarse, y los pulsos Rx 240 y 250 se pueden separar como dos senales distintas, ya que el pulso Rx 240 tiene solamente la polarizacion en plano transversal que se dispersa desde la superficie acuatica 204, y el pulso Rx 250 presenta una variedad de polarizacion debido a la retrodispersion al dispersarse desde el suelo acuatico 205. Esta separacion se puede lograr por varios medios mecanicos (es decir, espejos movibles mecanicamente), opticos (es decir, prismas o polarizadores divisores), electronicos (es decir, detectores de recuento de fotones), y/o una combinacion de los mismos.

Aunque las Figs. 2A a 2D se han descrito con respecto a un pulso de luz polarizado, transmitido, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion, pueden usarse otras configuraciones. Por ejemplo, en lugar de luz por pulsos, tambien puede utilizarse un laser de onda continua (CW) (es decir, donde los espacios entre cada “pulso” se pueden obtener de manera similar mediante modificacion de la fase inducida por dispersion). Ademas, en lugar de la luz polarizada en el plano transversal, o como complemento a la misma, tambien pueden usarse dos o mas pulsos de luz transmitidos, con polarizaciones diferentes. Por ejemplo, de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion segun se describe en referencia a la figura 5, pueden transmitirse dos pulsos de luz, cada uno de ellos con una polarizacion diferente, de tal manera que, despues del filtrado, un pulso recogera la senal solamente de la superficie preservadora de la polarizacion y otro pulso recogera la senal solamente de la superficie modificadora de la polarizacion. En esta configuracion, se requiere solamente un detector para contar los dos pulsos de luz. Todavfa adicionalmente, se prefieren polarizaciones que esten alineadas con el pulso transmitido (es decir, polarizacion coplanaria y en el plano transversal) aunque ello no es un requisito. Pueden utilizarse otros angulos de polarizacion y los mismos pueden resultar mas adecuados para otras aplicaciones (es decir, superficies posicionadas en angulo o superficies constituidas por otros materiales, tales como hielo).

La figura 3 ilustra un sistema lidar de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.

En referencia a la figura 3, el sistema lidar se representa de manera general con el numero de referencia 300. El sistema lidar 300 incluye un transmisor de luz 3l0, un receptor de luz 330, y una electronica de temporizacion 340. El transmisor de luz 310 esta configurado para generar y emitir por lo menos una senal de luz (por ejemplo, laser pulsado o de onda continua (CW)). En una forma de realizacion preferida, la senal de luz a la que se emite presenta una polarizacion conocida. El blanco 320 es una masa de agua somera o cualquier otro tipo de cuerpo con una respectiva superficie relativamente preservadora de la polarizacion y semitransparente (primera superficie) y una superficie relativamente modificadora de la polarizacion (por ejemplo, opaca y/o despolarizante) (segunda superficie). La senal de luz a la que se emite desde el transmisor de luz 310 esta configurada para dispersarse tanto desde la primera como desde la segunda superficies. El receptor de luz 330 esta configurado para recibir las senales de luz dispersadas desde el blanco 320, y separar las senales de luz dispersadas en sus componentes respectivas. La electronica de temporizacion 340 esta acoplada electricamente al receptor de luz 330, y esta configurado para calcular una distancia relativa basandose en una cantidad de tiempo transcurrida entre senales de luz.

La figura 4 ilustra componentes de un sistema lidar segun una forma de realizacion de la invencion.

En referencia a la figura 4, el sistema lidar 400 incluye el transmisor de luz 410, el receptor de luz 430, y la electronica de temporizacion 440. En esta forma de realizacion, el transmisor de luz 410 incluye el laser 412, el expansor de haz 413, la placa de media onda 414, el polarizador 415, y prismas 416. El laser 412 actua como una fuente de luz para el sistema lidar 400, y esta configurado para emitir una luz enfocada, como base de la senal de luz transmitida. El laser 412 puede ser un laser pulsado, un laser de onda continua (CW), un laser polarizado, u otros tipos de laseres. En otras formas de realizacion, el laser 412 puede incluir genericamente otras fuentes de luz tal como es sabido en la tecnica (es decir, una lampara o luz LED). En una forma de realizacion, como laser 412 se usa un laser pulsado de 450 ps. El expansor de haz 413, la placa de media onda 414, el polarizador 415, y los prismas 416 son opcionales, y estan configurados para enfocar y alinear la senal de luz transmitida hacia el blanco 420. En esta forma de realizacion, la cadena del expansor de haz 413, la placa de media onda 414, el polarizador 415 y los prismas 416 se agregan y se alinean, cada uno de ellos, al trayecto optico de la senal de luz transmitida. El expansor de haz 413 esta configurado para expandir la senal de luz transmitida para blancos de puntos diffciles. La placa de media onda 414 se puede accionar mecanica o electricamente (es decir, usando un retardador variable de cristal lfquido) para controlar la retardancia de la senal de luz enfocada a lo largo del trayecto optico. El polarizador 415 esta configurado para polarizar la senal de luz con una polarizacion conocida. Como laser 412 tambien se puede utilizar un laser de polarizacion para una polarizacion conocida. Los prismas 416 estan configurados para dirigir y enfocar coaxialmente la senal de luz transmitida, hacia el blanco 420, tal como es conocido en la tecnica.

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Durante el funcionamiento, el activador 411 se puede acoplar electricamente al laser 412 u otros componentes del transmisor de luz 410 para iniciar la transmision de la senal de luz. En otras formas de realizacion, el transmisor de luz 410 puede funcionar continuamente sin el activador 411. La senal de luz se transmite desde el transmisor de luz 410 al blanco 420. El blanco 420 incluye por lo menos una primera superficie y una segunda superficie segun se describe en la presente. La senal de luz transmitida se dispersa parcialmente desde la primera superficie, como primera senal de luz dispersada, y se refracta parcialmente hacia el blanco. La luz refractada se dispersa desde la segunda superficie, como segunda luz dispersada.

La primera senal de luz dispersada tiene sustancialmente la misma polarizacion que la senal de luz transmitida, mientras que la segunda senal de luz dispersada tendra una polarizacion diferente debido a la dispersion desde la segunda superficie. La primera y la segunda senales de luz dispersadas pueden presentar una parte intrapulso solapada que forma una senal de luz dispersada combinada.

El receptor de luz 430 incluye el telescopio 431, el limitador de campo 432, el filtro espectral 433, el polarizador divisor 434, el primer detector 435 y el segundo detector 436. Cada uno de estos componentes se agrega y se alinea a un trayecto optico de la senal de luz dispersada. El telescopio 431 actua para captar la senal de luz dispersada. El limitador de campo 432 y el filtro espectral 433 son componentes opcionales. El limitador de campo 432 actua para limitar el campo de vision del receptor de luz 430 en los lugares en donde se recogerfa la senal de luz dispersada. El filtro espectral 433 actua para filtrar adicionalmente la luz recibida en el espectro de luz que interese (es decir, limitando el espectro a la frecuencia esperada de las senales de luz dispersadas).

El polarizador divisor 434 actua para separar la senal de luz dispersada, recibida, de acuerdo con la polarizacion. En esta forma de realizacion, el divisor de polarizacion 434 esta alineado con el trayecto optico de la senal de luz dispersada. Cuando la senal de luz dispersada llega al divisor de polarizacion 434, la componente de la senal polarizada en el plano transversal pasa sustancialmente a traves del divisor de polarizacion 434, mientras que la componente de la senal polarizada coplanaria sustancialmente se refleja. El angulo de reflexion es una funcion del tipo de polarizador utilizado (es decir, angulo de 90° o angulo de 62° para un polarizador de tipo Glan Taylor). En este caso, la primera senal de luz dispersada, que se dispersa desde la superficie acuatica y que contiene luz polarizada en el plano transversal, sustancialmente se refleja (es decir, con angulo de 90°), mientras que por lo menos la componente de polarizacion coplanaria de la segunda senal de luz dispersada, que se dispersa desde el suelo acuatico y que contiene luz despolarizada, sustancialmente se transmite. Son tambien posibles otras orientaciones en funcion de la metodologfa de polarizacion usada sobre la senal de luz transmitida y el tipo de polarizador utilizado para el divisor de polarizacion 434.

El detector 435 se posiciona en un trayecto optico de 180° desde la senal de luz reflejada, y esta configurado para detectar la componente de polarizacion en el plano transversal, de la senal de luz dispersada. El detector 436 se posiciona en el trayecto optico de la senal de luz reflejada (es decir, 90°), y esta configurado para detectar la componente coplanaria de la senal de luz dispersada. Por ello, el detector 436 esta configurado para detectar la primera senal dispersada desde la superficie acuatica, mientras que el detector 435 esta configurado para detectar la segunda senal dispersada desde el suelo acuatico. Los detectores 435 y 436 pueden ser tubos fotomultiplicadores y estan configurados para contar el volumen de fotones en cada senal dentro de un cierto intervalo de tiempo, representando la intensidad de la senal, y para emitir una senal de recuento de fotones. En una forma de realizacion, los detectores 435 y 436 tienen una resolucion de 2,5 ns. Por otra parte, los detectores 435 y 436 se pueden configurar para detectar de manera sustancialmente simultanea senales dispersadas separadas, provenientes del divisor de haz de polarizacion 434.

Cabe senalar que el divisor de haz de polarizacion 434 se puede posicionar en una variedad de angulos para dividir la senal de luz dispersada con otros angulos. Los detectores 435 y 436 se pueden posicionar en otras configuraciones para recibir dichas componentes divididas de la senal de luz dispersada.

La electronica de temporizacion 440 puede incluir un discriminador de fraccion constante (CFD) 441, un conversor de tiempo-a-digital (TDC) 442, y un procesador 443. El procesador 443 esta acoplado al CFD 441 y al TDC 442 a traves de una lfnea de control, para el control y la retroalimentacion de estos componentes. El CFD

441 esta acoplado a los detectores 435 y 436 a traves de una lfnea de acondicionamiento de la senal, y esta configurado para emitir un apice de la senal de recuento de fotones a ciertos intervalos, representando el tiempo en el cual la senal ha llegado de manera significativa. En una forma de realizacion de la invencion, el CFD 441 tiene una resolucion de 8 ns. El TDC 443 esta acoplado al CFD 441 y esta configurado para convertir en una senal digital la senal de tiempo a la que emite el CFD 441. En una forma de realizacion de la invencion, el TDC

442 tiene una resolucion de 27 ps.

El procesador 443 esta acoplado al TDC 442 y esta configurado para tomar la senal de temporizacion digitalizada, y determinar el tiempo de llegada de cada componente (senales polarizadas coplanaria y en el plano transversal, en una de las formas de realizacion), y para calcular la diferencia en el tiempo de llegada de las dos senales. En esta forma de realizacion, el procesador 443 esta configurado ademas para transformar la diferencia de tiempo en la profundidad entre las superficies preservadora de la polarizacion y modificadora de la polarizacion, en funcion de la calibracion del sistema lidar 400 y del fndice de refraccion de la masa de agua

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somera u otros tipos de cuerpos en cuestion. Se expondra una descripcion adicional de este calculo con respecto a la figura 5.

Ademas, puede ser necesaria una calibracion inicial en el sistema lidar 400 ya que los trayectos de luz hacia los detectores 435 y 436 pueden no ser iguales despues de que la luz dispersada sea separada por el divisor de polarizacion 434. De acuerdo con una forma de realizacion, esta calibracion se puede lograr usando una senal dispersada desde una superficie que es despolarizante, y teniendo en cuenta una diferencia en la valoracion de la distancia a esa superficie entre los detectores 435 y 436. La diferencia en la valoracion de la distancia es debida probablemente a los trayectos opticos ligeramente diferentes entre cada uno de los detectores 435 y 436 y el divisor de polarizacion 434. En una forma de realizacion, esta calibracion se puede llevar a cabo una vez y se puede guardar para su ajuste por parte del procesador 443. La correccion y el ajuste se pueden aplicar a datos de profundidad subsiguientes por medio del procesador 443.

La figura 5 ilustra componentes de un sistema lidar de acuerdo con formas de realizacion de la presente invencion.

En referencia a la figura 5, el sistema lidar 504 incluye un banco optico u otra estructura, la cual se puede conectar de manera directa o indirecta a otros componentes. Estos componentes incluyen una fuente de luz (por ejemplo, laser pulsado o de CW) o laser 508. El laser 508 se puede hacer funcionar para generar luz polarizada linealmente 512 que se transmite a lo largo de un eje optico 516. Como ejemplo, la luz polarizada linealmente 512 puede tener una longitud de onda de 532 nm. A lo largo del eje optico 516 se puede incluir una placa de media onda 520. La placa de media onda 520 se puede girar en torno al eje optico 516, por lo menos durante una fase de calibracion, para controlar la orientacion de la luz polarizada linealmente 512 en torno al eje optico 516.

Un divisor de haz de polarizacion (PBS) 524, tal como un cubo divisor de haz de polarizacion, esta situado a lo largo del eje optico 516. Cuando se requiera maximizar la transmision, la luz polarizada linealmente 512 se puede girar en torno al eje optico 516 por medio de la placa de media onda 520, de tal manera que la luz 512 se alinee con el eje de transmision del PBS 524, permitiendo que, a traves del PBS 524, pase la cantidad maxima de luz polarizada linealmente 512.

Una placa de cuarto de onda 528 esta situada a lo largo del eje optico 516, de tal manera que la luz polarizada linealmente 512 transmitida por el PBS 524 se hace pasar a traves de la placa de cuarto de onda 528. Ademas, la placa de cuarto de onda 528 es libre para girar en torno al eje optico 516. Tal como se describira de forma mas detallada en algun otro lugar de la presente, la placa de cuarto de onda 528 se puede girar entre una primera orientacion, en la cual la placa de cuarto de onda 528 actua para polarizar circularmente la luz 512 recibida desde el divisor de haz de polarizacion, y una segunda orientacion, en la cual la placa de cuarto de onda 528 esta alineada para mantener el estado de polarizacion lineal de la luz 512 recibida desde el divisor de haz de polarizacion 224. Como alternativa, en lugar de la placa de cuarto de onda 528 se puede usar una placa de onda variable, controlada electronicamente.

Un detector 536 esta situado para recibir luz dispersada desde un blanco 513 volviendo a traves de la placa de cuarto de onda 528, y que es reflejada, a su vez, por el PBS 524. El detector 536 puede comprender, por ejemplo, un tubo fotomultiplicador, un fotodiodo de avalancha, un dispositivo acoplado por carga, u otro detector de luz.

En un primer modo de funcionamiento, el eje rapido de la placa de cuarto de onda 528 esta orientado a 45° con respecto a la salida de polarizacion lineal del PBS 524. En esta orientacion, la placa de cuarto de onda 528 retarda la componente de polarizacion lenta lineal de la luz 512 transmitida desde el laser 508, a traves del PBS 524, con respecto a la componente de polarizacion rapida de esa luz 512 en 90°, dando como resultado la emision de luz hacia el blanco 513 que esta polarizada circularmente en una primera direccion. La superficie de un blanco 513 que comprende una masa de agua preserva la polarizacion. Por consiguiente, la luz polarizada circularmente se dispersa de vuelta hacia el lidar 504 en el estado de polarizacion circular opuesto. Por ejemplo, cuando la luz 508 transmitida al blanco 513 este polarizada circularmente a la izquierda, la luz dispersada desde la superficie del blanco 513 estara polarizada circularmente a la derecha. La luz dispersada de vuelta hacia el sistema lidar 504 se retarda nuevamente por medio de la placa de cuarto de onda 528. El resultado es luz polarizada linealmente que esta girada en torno al eje optico 516 en 90°, en comparacion con la luz 512 que salio originalmente del PBS 524. Por ejemplo, cuando la luz 512 que sale del PBS 524 estaba polarizada verticalmente, la luz dispersada por la superficie preservadora de la polarizacion se polarizara horizontalmente despues de pasar de nuevo a traves de la placa de cuarto de onda 528. Por consiguiente, la luz dispersada esta alineada con el eje de reflexion del PBS 524, y es dirigida por el PBS 524 al detector 536. Por consiguiente, al detector 536 se le entrega un pulso de luz que comprende dispersion de la superficie del blanco 513.

En el segundo modo de funcionamiento, la placa de cuarto de onda 528 se hace girar de tal manera que los ejes rapido y lento estan alineados con el plano de transmision del PBS 524. Asf, las componentes de polarizacion vertical de la luz transmitida son retardadas equitativamente por la placa de cuarto de onda 528. Como

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consecuencia, hacia el blanco 513 se transmite luz polarizada linealmente (por ejemplo, verticalmente). Debido a que la superficie y la columna de agua de un blanco 513 que comprende una masa de agua son preservadoras de la polarizacion, se preserva el estado de polarizacion lineal de la luz incidente. Cuando se dispersa de vuelta al sistema lidar 504, esta luz polarizada linealmente se hace pasar a traves de la placa de cuarto de onda 528 sin modificaciones, en forma de luz polarizada linealmente (por ejemplo, verticalmente) que, a continuacion, es transmitida por el PBS 524 de vuelta hacia el laser 508. Por consiguiente, la luz dispersada por la superficie o la columna de agua del blanco 513 no es entregada al detector 536. No obstante, el suelo del blanco 513 modifica la polarizacion de la luz polarizada linealmente transmitida, al producirse la dispersion. Este efecto modificador de la polarizacion es debido a atributos tales como la tipograffa de un suelo tfpico de una masa de agua. La luz con polarizacion modificada, dispersada de vuelta al sistema lidar 504 por el suelo del blanco 513, no es modificada por la placa de cuarto de onda 528. Por consiguiente, la mitad de la luz dispersada desde el suelo del blanco 513 es reflejada por el PBS 524 hacia el detector 536 con vistas a su deteccion. La otra mitad de la luz se transmite a traves del PBS 524, de vuelta hacia el laser 508. Como consecuencia, en este segundo modo de funcionamiento, el sistema lidar 504 unicamente deja pasar luz dispersada desde el suelo del blanco 513 al detector 536. Esto facilita la deteccion del suelo, incluso en relacion con blancos 513 que comprenden masas de aguas someras (por ejemplo, menores de 10 centfmetros), puesto que el primer retorno desde la superficie y la columna de la masa de agua se hace pasar a traves del PBS 524, de vuelta hacia el laser 508, y, por lo tanto, no va dirigido al detector 536.

La superficie de dispersion que se mide en batimetrfa de aguas someras usando un sistema lidar 504 de acuerdo con formas de realizacion de la presente invencion viene dictaminada por la orientacion de la placa de cuarto de onda giratoria 528 y la subsiguiente modulacion de estados de polarizacion transmitidos y recibidos. Una descripcion analftica de la tecnica comienza definiendo el vector de Stokes asociado del pulso de laser polarizado linealmente, transmitido, 512, Six, que esta orientado en este caso, aunque sin caracter limitativo sino con fines ilustrativos, a un angulo 0 de p/4 radianes en torno al eje optico que sale de la cara de transmision del laser.

imagen2

La placa de media onda 520 usada para hacer girar la luz 512 del laser polarizado linealmente 508 de manera que se alinee con el eje de transmision del PBS 524, se expresa en forma de una placa de onda variable con desplazamiento de fase g de p radianes orientada para hacer girar la luz 512 del laser polarizado linealmente 508 hacia el eje de transmision del PBS 524. Con vistas a manifestar la tecnica descrita en la presente, la placa de media onda 520 esta orientada a un angulo 0 de p/8 radianes en torno al eje optico. La matriz de Mueller resultante para la placa de media onda se define como

"1

0 0 0" "1 0 0 0 " "1 0 0 0"

0

cos(20) -sin(2<?) 0 0 1 0 0 0 cos(- 20) -sin(- 20)

0

0

sin(2£?) cos(2<?) 0 0 0 cos(/) sin(/) 0 sin(- 20) cos(- 26)

0

0

0

0

1 0 0 -sin (y) cos(r) _0 0 0 1

(3)

El PBS 524 se modeliza como un polarizador orientado a un angulo 0 de 0 radianes, con vistas a la transmision a lo largo del eje vertical en el transmisor del instrumento, y orientado a 0 de p/2 radianes con vistas a la transmision horizontal en el receptor.

"l

0 0 0" "0.5 0.5 0 o' "1 0 0 O'

0

cos(2£?) -sin(2t?) 0 0.5 0.5 0 0 0 cos(— 20) - sin(- 20)

0

0

sin(20) cos(29) 0 0 0 0 0 0 sin(- 29) cos(- 29)

0

0

0

0

1 0 0 0 0 0 0 0 1

(4)

Durante la adquisicion de mediciones batimetricas, la placa de cuarto de onda 528 se orienta inicialmente a un 0 de p/4 radianes para la transmision de luz polarizada circularmente hacia el blanco 513, y, a continuacion, se gira a un 0 de 0 radianes para la transmision de polarizacion lineal. La placa de cuarto de onda 528 se expresa en terminos de la matriz de Mueller de la placa de onda variable de la referencia (3), con un desplazamiento de fase g de p/2 radianes. lal como se experimenta a lo largo del trayecto de retorno de las senales dispersadas, la placa de cuarto de onda 528 se expresa con una orientacion 0 de -p/4 radianes para la recepcion de luz polarizada circularmente, y un 0 de 0 radianes para la recepcion de senales con polarizacion modificada.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Una matriz de Mueller normalizada, de ejemplo, que describe la dispersion producida por la masa de agua del blanco 513 incorpora un termino d que va de 0 a 1, y describe la capacidad del blanco para modificar el estado de polarizacion (despolarizar) de la polarizacion del pulso de laser incidente. En este sentido, un valor de d de 0 se corresponde con un blanco preservador de la polarizacion, tal como la superficie del agua, mientras que un valor de d de 1 define un blanco completamente despolarizante, tal como una topograffa de suelo rugosa.

MDepd

1

0 0 0

0

1 -d

0

0

0

0

fif-1

0

0

0

0

2 d-\

(5)

La combinacion del vector de Stokes transmitido en (2) con las matrices de Mueller apropiadas descritas en (3)- (5), producen el vector de Stokes recibido

imagen3

cuya intensidad, segun es medida por el detector 236, se define como

'*=[i o 0

(7)

Ejemplos

Sin pretender limitar el alcance de la invencion, los siguientes ejemplos ilustran como pueden realizarse y/o usarse varias formas de realizacion de la invencion.

Ejemplo 1:

En la figura 6A se ilustra una simulacion de la intensidad recibida normalizada para blancos con grados variables de despolarizacion d. La naturaleza sinusoidal de luz recibida desde un blanco preservador de la polarizacion 512 (curva indicada con d=0) es evidente, mientras que el detector 536 registra una intensidad constante de 0,5 para un blanco completamente despolarizante 512 (curva indicada con d=1). Trasladando la placa de cuarto de onda 528 desde una orientacion 0 de p/4 radianes a una 0 de 0 radianes, las senales dispersadas se modulan entre retornos polarizados de la superficie acuatica y del volumen de la masa de agua y retornos despolarizados del suelo.

En la Universidad de Colorado, Boulder, se llevaron a cabo mediciones batimetricas usando un sistema lidar 504 como el que se ilustra en la figura 5. El transmisor consistfa en un laser de microchip de Nd:YAG, con conmutacion pasiva de Q, bombeado por diodo de CW. El laser emite 2,45 microjulios de luz polarizada linealmente de 532 nm, con una frecuencia de repeticion de 14 kilohercios, y una anchura de los pulsos de 450 picosegundos. Una placa de media onda alineaba la polarizacion de la luz del laser 508 con el plano de transmision vertical de un PBS de 532 nm. La luz que salfa del PBS se transmitfa a traves de una placa giratoria de cuarto de onda, hacia un blanco controlado que consistfa en una columna de agua encima de un sustrato de suelo modificador de la polarizacion. La luz de laser dispersada, recibida por el instrumento, se captaba con un detector que comprendfa un tubo fotomultiplicador en modo de recuento de fotones. El voltaje del fotomultiplicador de salida se analizo en un osciloscopio con una resolucion temporal de 550 ps y se guardo para su post-procesado.

En la figura 6B se representan datos adquiridos durante la recepcion de senales dispersadas desde el blanco para agua con una profundidad de 3 centfmetros segun se midio ffsicamente. La placa de cuarto de onda se posiciono en orientaciones de 0 de p/4 y 0 radianes. La intensidad recibida de la senal analogica del fotomultiplicador ilustra una reduccion de senales polarizadas del agua (lfnea de puntos-continua) cuando el eje rapido de la placa de cuarto de onda se alinea con el plano de transmision de polarizacion vertical del PBS para medir senales del suelo con polarizacion modificada (continua).

El experimento se repitio usando un receptor de lidar digital con resolucion temporal de 27 picosegundos, tal como se ilustra en la figura 6C. Para ilustrar la resolucion definitiva de la unidad de temporizacion, se tomaron nuevamente datos para profundidades del agua de 3 centfmetros (lfnea continua) y 1 centfmetro (lfnea discontinua).

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

Teniendo en cuenta el cambio del fndice de refraccion del agua n con respecto al aire, la profundidad del agua h se calcula como:

imagen4

donde el retardo de tiempo At se evalua diferenciando los puntos de FWHM (lfnea horizontal discontinua) de los flancos de cafda de las curvas de la superficie y del suelo. Los resultados presentados en la figura 6C produjeron mediciones de la profundidad d de 2,7 cm y 1,2 cm. La resolucion de 27 ps de la unidad de temporizacion impone una incertidumbre de ±3 mm sobre la estimacion de la profundidad del agua. Por lo tanto, las profundidades observadas se situan bien dentro de la incertidumbre de la medicion.

La transmision de luz polarizada verticalmente a traves del PBS y la traslacion de la orientacion de la placa de cuarto de onda modulan las senales recibidas, entre retornos de la superficie y la masa de agua preservadoras de la polarizacion y la dispersion del suelo con polarizacion modificada. Al eliminar los efectos de la superficie y la columna de agua a traves de modulacion de polarizacion, se invalidan ambiguedades batimetricas entre retornos de la superficie y del suelo de la masa de agua. Como consecuencia, el lfmite inferior fundamental sobre la batimetrfa en aguas someras, impuesto por limitaciones del ancho de banda del sistema, se reduce por encima de las tecnicas tradicionales que usan un unico canal de deteccion. La tecnica ofrecida en el presente documento ha demostrado una resolucion de la profundidad del agua de 1 cm.

Aunque formas de realizacion descritas anteriormente describen la inclusion de una fuente de luz que comprende un laser, debe apreciarse que no es necesario que la fuente de luz comprenda un laser. Por otra parte, la transmision y la recepcion de luz puede ser a traves de aperturas independientes. De acuerdo con dichas formas de realizacion, no es necesario incluir un divisor de haz de polarizacion. Por ejemplo, el canal de recepcion puede incluir en cambio un filtro u otro elemento de discriminacion de la polarizacion. Por otra parte, aunque ejemplos han descrito la transmision de luz con polarizaciones particulares, pueden utilizarse otras polarizaciones. En particular, basta con transmitir luz polarizada, y recibir luz con la polarizacion modificada, para discriminar luz dispersada preservadora de la polarizacion y modificadora de la misma. Ademas, aunque metodos y sistemas en el presente documento han descrito las tecnicas de polarizacion dadas a conocer en relacion con el lidar, formas de realizacion de la presente invencion encuentran aplicacion tambien en optica de ondas guiadas, reflectrometrfa optica en el dominio del tiempo, redes de sensores de fibra optica, y/u otras aplicaciones que se conocen en este momento o que puedan surgir posteriormente.

Ejemplo 2:

La figura 7 ilustra el resultado de un montaje experimental que mide la profundidad de medios semitransparentes con una resolucion de anchura de subpulso. En este caso, se uso una anchura del pulso del laser de 450 ps, correspondiente a una longitud del pulso (rango) de 6,75 cm. Una pieza de vidrio con superficies preservadoras de la polarizacion y semitransparentes, y con un espesor de 0,95 cm, se situo delante de una pared modificadora de la polarizacion (despolarizante) a una distancia de 2,4 cm. A una distancia de 30 m con respecto a los medios se coloco un sistema lidar, similar al sistema lidar 400 de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.

En primer lugar, se llevo a cabo una medicion de control con la pieza de vidrio retirada. Las lfneas de puntos en el grafico muestran la distancia relativa de la pared a partir de esta medicion de control. Las componentes de polarizacion tanto coplanaria como en el plano transversal en esta medicion, se dispersan desde la pared y registran la misma distancia despues de la calibracion (lfneas de puntos).

A continuacion, se realiza una medicion con el montaje de vidrio que se ha descrito. Las lfneas continuas en el grafico muestran la distancia relativa del vidrio y la pared a partir de esta medicion. La componente de polarizacion coplanaria se dispersa desde la superficie de vidrio. La componente de polarizacion en el plano transversal es producida por la dispersion desde la pared. La distancia de la superficie de vidrio a la pared puede determinarse entonces sobre la base de formas de realizacion previas de la invencion. Ademas, en esta medicion, la componente de polarizacion en el plano transversal, dispersada desde la pared, es retardada adicionalmente por el fndice de refraccion del vidrio. Por lo tanto, en esta segunda medicion tambien puede determinarse, por este retardo, una medicion sobre el espesor del vidrio.

Tanto la distancia de la superficie de vidrio a la pared como el espesor del vidrio pueden determinarse usando las mediciones tanto del experimento de control como con el montaje de vidrio. Para la distancia de la primera superficie del vidrio a la pared, puesto que la componente de polarizacion en el plano transversal se dispersa desde la superficie de vidrio en el experimento con el montaje de vidrio, la distancia es la diferencia entre las mediciones referentes a la pared en el experimento de control y la componente de polarizacion en el plano transversal en el experimento con el montaje de vidrio. La distancia calculada es 3,7 cm ± 0,4 cm (la distancia medida real de la pared a la primera superficie de vidrio es 3,4 cm ± 0,1 cm). Para el espesor del vidrio, puesto que la componente de polarizacion coplanaria se dispersa desde la pared en el experimento con el montaje de

vidrio e incluye ademas el retardo por el fndice de refraccion del vidrio, el espesor es la diferencia entre las mediciones relativas a la pared en el experimento de control y la componente de polarizacion coplanaria en el experimento con el montaje de vidrio. El espesor calculado es 1,4 cm ± 0,4 cm. Comparando el resultado de la distancia calculada (3,7 cm) y del espesor (1,4 cm) con la anchura del pulso del laser (6,75 cm), se confirma que 5 las mediciones tanto de la distancia como del espesor se situan en valores por debajo de la anchura del pulso.

Por consiguiente, la presente invencion se ha descrito con cierto grado de particularidad dirigida a las formas de realizacion ejemplificativas de la presente invencion. No obstante, debe apreciarse que, en las formas de realizacion ejemplificativas de la presente invencion, pueden realizarse modificaciones o cambios sin apartarse 10 de los conceptos inventivos contenidos en la presente memoria.

Claims (15)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   REIVINDICACIONES

   1. Sistema lidar (104, 300, 400), que comprende:

   un transmisor (310, 410) configurado para emitir un pulso de luz polarizada (108) hacia un blanco (112, 136, 320, 420, 513), que comprende un laser (412), y un polarizador (415) en comunicacion optica con el laser (412),

   un receptor (330, 430) configurado para captar luz dispersada desde el blanco, comprendiendo la luz dispersada un pulso recibido que comprende una primera componente y una segunda componente, presentando la primera componente y la segunda componente una diferencia relativa de polarizacion entre ellas;

   un primer detector (435);

   un segundo detector (436), estando el primer detector (435) y el segundo detector (436) cada uno de ellos configurados para recibir por lo menos una respectiva componente del pulso recibido de la luz dispersada desde el receptor; y

   una electronica de temporizacion (340, 440) acoplada a cada uno de entre el primer detector (435) y el segundo detector (436),

   en el que una salida de la electronica de temporizacion (340, 440) comprende un calculo de una distancia relativa basandose en una cantidad de tiempo transcurrido entre las respectivas componentes del pulso recibido de la luz dispersada, alcanzandose asf una resolucion de anchura de subpulso.
2. 2. Sistema lidar segun la reivindicacion 1, en el que el calculo es habilitado por una separacion optica de entre las respectivas primera y segunda componentes de la luz dispersada.
3. 3. Sistema lidar segun cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el laser comprende por lo menos uno de entre un laser polarizado, un laser pulsado, o un laser de onda continua (CW).
4. 4. Sistema lidar segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la luz polarizada comprende una polarizacion conocida, comprendiendo opcionalmente la luz polarizada una polarizacion circular.
5. 5. Sistema lidar segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el receptor comprende un telescopio (431), comprendiendo opcionalmente ademas el receptor un filtro espectral.
6. 6. Sistema lidar segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que ademas comprende un divisor de polarizacion, estando el primer detector (435) y el segundo detector (436) en comunicacion optica con el divisor de polarizacion (434).
7. 7. Sistema lidar segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la primera componente comprende una componente de polarizacion en el plano transversal de la luz dispersada, y la segunda componente comprende una componente coplanaria de la luz dispersada, estando opcionalmente el primer detector (435) calibrado para recibir la componente en el plano transversal, y estando el segundo detector (436) calibrado para recibir la componente coplanaria.
8. 8. Sistema lidar segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el primer detector (435) y el segundo detector (436) comprenden, cada uno de ellos, un tubo fotomultiplicador, y siendo una salida del tubo fotomultiplicador una senal de recuento de fotones.
9. 9. Sistema lidar segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la electronica de temporizacion comprende:

   un discriminador de fraccion constante (441), siendo una salida del discriminador de fraccion constante un apice de una senal de recuento de fotones;

   un conversor de tiempo-a-digital (442); y

   un procesador acoplado al discriminador de fraccion constante y al conversor de tiempo-a-digital, presentando opcionalmente el conversor de tiempo-a-digital una resolucion de temporizacion conocida.
10. 10. Sistema lidar segun la reivindicacion 1, en el que el transmisor ademas comprende una placa de media onda (414) en comunicacion optica con el laser; comprendiendo opcionalmente el transmisor ademas un prisma (416) en comunicacion optica con el laser (412).

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45
11. 11. Metodo de medicion de una distancia relativa entre una primera superficie y una segunda superficie con caracterfsticas de polarizacion diferentes, que comprende las etapas siguientes:

    generar un pulso de luz polarizada;

    dispersar por lo menos parte de la luz polarizada desde la primera superficie y por lo menos parte de la luz polarizada desde la segunda superficie;

    recibir la luz dispersada, comprendiendo la luz dispersada un pulso recibido;

    dividir la luz dispersada en una primera componente y una segunda componente, presentando la primera componente y la segunda componente una diferencia relativa de polarizacion entre ellas;

    detectar la primera componente y la segunda componente;

    determinar una cantidad de tiempo transcurrido entre la primera componente y la segunda componente; y

    calcular una distancia relativa entre la primera superficie y la segunda superficie basandose en la cantidad de tiempo transcurrido dentro del pulso recibido.
12. 12. Metodo segun la reivindicacion 11, en el que la primera superficie comprende una superficie relativamente preservadora de la polarizacion y la segunda superficie comprende una superficie relativamente modificadora de la polarizacion, siendo opcionalmente la primera superficie una superficie acuatica y siendo la segunda superficie un suelo acuatico.
13. 13. Metodo segun la reivindicacion 11 o 12, en el que la etapa de generacion de luz polarizada comprende las etapas siguientes:

    generar luz a traves de un laser; y

    hacer pasar la luz a traves de un polarizador.
14. 14. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, en el que la primera componente es una componente de polarizacion en el plano transversal de la luz dispersada, y la segunda componente es una componente coplanaria de la luz dispersada, comprendiendo opcionalmente la componente coplanaria de la luz dispersada sustancialmente la luz dispersada desde la superficie relativamente preservadora de polarizacion y comprendiendo la componente de polarizacion en el plano transversal de la luz dispersada sustancialmente la luz dispersada desde la superficie relativamente modificadora de la polarizacion, comprendiendo opcionalmente la division de la luz dispersada hacer pasar la luz dispersada a traves de un divisor de haz de polarizacion, siendo la componente de polarizacion en el plano transversal sustancialmente transmitida normal al divisor de haz de polarizacion y siendo la componente coplanaria sustancialmente reflejada perpendicular al divisor de haz de polarizacion.
15. 15. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, en el que la etapa de calculo de una etapa de distancia relativa se habilita mediante una separacion optica dentro del pulso recibido de por lo menos parte de la luz polarizada de la primera superficie y por lo menos parte de la luz polarizada de la segunda superficie.