Hvad er de forskellige LIDAR-systemdesign?
Et lysdetekteringssystem (LIDAR) anvendes ofte i atmosfæriske undersøgelser. Nogle af de forskellige LIDAR-systemkonstruktioner er Mie og Rayleigh LIDAR, Raman og differentiel absorption LIDAR, Doppler og fluorescens LIDAR, og systemer, der bruges som enkle rækkeviddere eller højdemålere. Designerne varierer afhængigt af det emne, der undersøges, nøjagtigheden af måling, der kræves, og omstændighederne for deres anvendelse. Hver type system er et produkt af evaluering af kapaciteten på den tilgængelige hardware og software, og hvordan det kan bruges til at opfylde målsætningerne.
Et LIDAR-system måler normalt laser-backscatter, der reflekteres laserlys. Det kan være designet specifikt til at måle direkte laser-tilbagespredning, bølgelængde-forskudt tilbagespredning, forskellen i absorptionshastigheder mellem to bølgelængder eller frekvensændring i tilbagespredt lys. Et grundlæggende system består af en sender, en modtager og en dataanalysekomponent. LIDAR-systemdesign har enten en bistatisk eller en monostatisk konfiguration. I et monostatisk system er transmitteren og modtageren placeret sammen, mens de to i bistratisk design er adskilte.
En anden designovervejelse er at anvende enten et biaxialt eller koaksialt sensorarrangement. I et biaxialt arrangement har senderen og modtagerens akse en anden retning. Bagspredt lys kan kun registreres af modtageren, når motivet er over en bestemt afstand. Senderen og modtagerens akse er den samme i et koaksialt arrangement.
LIDAR-systemer, der bruger pulserede lasere har normalt en monostatisk konfiguration, men kan have enten en biaxial eller en koaksial sensoranordning. Systemer, der bruger en kontinuerlig bølgelaser, har normalt en bistatisk konfiguration. Hvis emnets rækkevidde er relativt nær, foretrækkes generelt et koaksialt arrangement af sender og modtager. Hvis kapacitet i nærheden af målet ikke er et problem, kan en biaxial ordning blive vedtaget for at hjælpe med at undgå komplikationer fra nærliggende laser-tilbagespredning.
Forskellige LIDAR-systemdesign anvender også forskellige laserbølgelængder og forskellige båndbreddekombinationer til sendere og modtagere. Andre designovervejelser inkluderer krav til brug som opslag eller nedslidt LIDAR, og om systemet vil være i kontinuerlig drift eller kun bruges om natten. Nogle designs anvender afstemelige lasere. Disse indstillinger vælges omhyggeligt for at forfølge et specifikt målemål.
Dataanalysekomponenten i et LIDAR-system bruger forskellige analyseteknikker. Mie, Rayliegh, Raman og fluorescens LIDARS er designet til at analysere forskellige typer laser backscatter mønstre. Spredningsmønstre afhænger af bølgelængden. Mie-analyse beskriver bedst spredningsmønstre, når den reflekterende partikel er omtrent den samme størrelse som bølgelængden. Rayleigh-analyse er mere nøjagtig for partikler, der er meget mindre end bølgelængden.
Rayliegh og Mie-design undersøger elastisk tilbagespredning, hvor det reflekterede lys har samme bølgelængde som det transmitterede lys. Raman LIDAR analyserer inelastisk backscatter. Dette skyldes, at lys skiftes lidt i bølgelængde, når det reflekteres af en partikel. Mængden af skift kan identificere makeup og koncentration af atmosfæren af de reflekterende partikler. Fluorecence LIDAR bruger en lignende analyse til at undersøge tilbagespredning fra væsker og faste stoffer.
Doppler LIDAR måler forskydninger i hyppigt spredt lys for at bestemme ændringer i temperatur og vindhastighed eller retning. Differentialabsorption transmitterer to bølgelængder af lys og måler forskellen i atmosfærisk absorption mellem de to bølgelængder. De relative forskelle i absorption kan identificere aerosolkoncentrationer.
Hver af de forskellige LIDAR-systemdesign bruger en unik konfiguration af hardware og software til at foretage en præcis måling af en bestemt mængde under et begrænset sæt omstændigheder. Mere generelle systemer, såsom en politiets hastighedsdetektor, giver mindre præcise resultater. I nogle systemer bestemmer den analytiske metode, der skal anvendes i dataanalysekomponenten, systemhardwaredesignet. I andre dikterer tilgængelig hardware, hvilket systemdesign der kan bruges.