Jaké jsou různé návrhy systémů LIDAR?
Světelný detekční a zaměřovací systém (LIDAR) je často používán v atmosférických studiích. Některé z různých návrhů systémů LIDAR jsou Mie a Rayleigh LIDAR, Raman a diferenciální absorpce LIDAR, Doppler a fluorescence LIDAR a systémy používané jako jednoduché dálkoměry nebo výškoměry. Konstrukce se liší v závislosti na studovaném předmětu, požadované přesnosti měření a okolnostech jejich nasazení. Každý typ systému je produktem vyhodnocení schopností dostupného hardwaru a softwaru a toho, jak může být použit pro splnění cílů měření.
Systém LIDAR obvykle měří laserový zpětný rozptyl, což je odražené laserové světlo. Může být navržen speciálně pro měření přímého laserového zpětného rozptylu, zpětného rozptylu posunu vlnové délky, rozdílu absorpčních rychlostí mezi dvěma vlnovými délkami nebo změny frekvence v zpětně rozptýleném světle. Základní systém se skládá z vysílače, přijímače a komponenty pro analýzu dat. Konstrukce systému LIDAR mají bistatickou nebo monostatickou konfiguraci. V monostatickém systému jsou vysílač a přijímač umístěny společně, zatímco v bistatickém provedení jsou oba oddělené.
Další konstrukční úvahou je použití uspořádání biaxiálních nebo koaxiálních senzorů. V dvojosém uspořádání má osa vysílače a přijímače jinou orientaci. Zpětně rozptýlené světlo může přijímač detekovat pouze v případě, že je objekt mimo určitou vzdálenost. Osa vysílače a přijímače jsou stejné v koaxiálním uspořádání.
Systémy LIDAR, které používají pulzní lasery, mají obvykle monostatickou konfiguraci, ale mohou mít uspořádání biaxiálních nebo koaxiálních senzorů. Systémy používající laser s kontinuální vlnou mají obvykle bistatickou konfiguraci. Pokud je dosah subjektu relativně blízko, je obecně výhodné koaxiální uspořádání vysílače a přijímače. Pokud schopnost blízkého cíle není problém, může být přijato biaxiální uspořádání, aby se zabránilo komplikacím v blízkosti laserového zpětného rozptylu.
Různé konstrukce systémů LIDAR také používají různé laserové vlnové délky a různé kombinace šířky pásma pro vysílače a přijímače. Další konstrukční aspekty zahrnují požadavky na použití jako vyhledávací nebo vyhledávací LIDAR a to, zda bude systém v nepřetržitém provozu nebo bude používán pouze v noci. Některé designy využívají laditelné lasery. Tyto možnosti jsou pečlivě vybrány tak, aby sledovaly konkrétní cíl měření.
Složka analýzy dat systému LIDAR využívá různé analytické techniky. Mie, Rayliegh, Raman a fluorescence LIDARS jsou navrženy tak, aby analyzovaly různé typy vzorů laserového zpětného rozptylu. Vzory rozptylu závisí na vlnové délce. Mieova analýza nejlépe popisuje rozptylové vzorce, když je odrážená částice přibližně stejná jako vlnová délka. Rayleighova analýza je přesnější pro částice mnohem menší než vlnová délka.
Rayliegh a Mie designy zkoumají elastický zpětný rozptyl, ve kterém odražené světlo má stejnou vlnovou délku jako procházející světlo. Raman LIDAR analyzuje nepružný zpětný rozptyl. Toto je výsledkem lehkého posunu světla na vlnové délce, když se odráží částicí. Velikost posunu může identifikovat složení a atmosférickou koncentraci odrážejících se částic. Fluorecence LIDAR používá podobnou analýzu k prozkoumání zpětného rozptylu z kapalin a pevných látek.
Doppler LIDAR měří posuny ve frekvenci zpětně rozptýleného světla, aby určil změny teploty a rychlosti nebo směru větru. Diferenční absorpce přenáší dvě vlnové délky světla a měří rozdíl v absorpci atmosféry mezi těmito dvěma vlnovými délkami. Relativní rozdíly v absorpci mohou identifikovat koncentrace aerosolu.
Každý z různých návrhů systémů LIDAR používá jedinečnou konfiguraci hardwaru a softwaru pro přesné měření specifického množství za omezeného souboru okolností. Obecnější systémy, jako je policejní detektor rychlosti, vracejí méně přesné výsledky. V některých systémech určuje analytická metoda použitá ve složce pro analýzu dat návrh hardwaru systému. V jiných, dostupný hardware diktuje, jaké systémové návrhy mohou být použity.