Quels sont les différents modèles de système LIDAR?
Un système de détection et de mesure de la lumière (LIDAR) est souvent utilisé dans les études atmosphériques. Parmi les différentes conceptions de systèmes LIDAR, on compte les LIDAR Mie et Rayleigh, les LIDAR à absorption différentielle, les Lidars à absorption différentielle, les Doppler et les LIDAR à fluorescence, ainsi que des systèmes utilisés comme simple télémètre ou altimètre. Les conceptions varient en fonction du sujet à l'étude, de la précision de la mesure requise et des circonstances dans lesquelles elles ont été déployées. Chaque type de système permet d'évaluer les capacités du matériel et des logiciels disponibles et de déterminer comment les utiliser pour atteindre les objectifs de mesure.
Un système LIDAR mesure généralement la rétrodiffusion laser, qui est une lumière laser réfléchie. Il peut être spécialement conçu pour mesurer la rétrodiffusion laser directe, la rétrodiffusion décalée en longueur d'onde, la différence de taux d'absorption entre deux longueurs d'onde ou le changement de fréquence de la lumière rétrodiffusée. Un système de base comprend un émetteur, un récepteur et un composant d’analyse de données. Les conceptions du système LIDAR ont une configuration soit bistatique, soit monostatique. Dans un système monostatique, l'émetteur et le récepteur sont situés ensemble, tandis que dans une conception bistatique, les deux sont séparés.
Une autre considération de conception consiste à utiliser un agencement de capteur biaxial ou coaxial. Dans un arrangement biaxial, les axes de l'émetteur et du récepteur ont une orientation différente. La lumière rétrodiffusée peut être détectée par le récepteur uniquement lorsque le sujet est à une certaine distance. L'axe de l'émetteur et le récepteur sont les mêmes dans un arrangement coaxial.
Les systèmes LIDAR utilisant des lasers à impulsions ont généralement une configuration monostatique, mais peuvent comporter un capteur biaxial ou coaxial. Les systèmes utilisant un laser à onde continue ont généralement une configuration bistatique. Si la portée du sujet est relativement proche, un arrangement coaxial de l'émetteur et du récepteur est généralement préféré. Si la capacité proche de la cible n’est pas un problème, un arrangement biaxial peut être adopté pour éviter les complications liées à la rétrodiffusion laser.
Différentes conceptions de systèmes LIDAR utilisent également différentes longueurs d'onde laser et diverses combinaisons de largeur de bande pour les émetteurs et les récepteurs. Parmi les autres considérations relatives à la conception, citons les exigences relatives à l'utilisation en tant que LIDAR de recherche ou de recherche par le bas, et si le système fonctionnera de manière continue ou uniquement de nuit. Certains modèles utilisent des lasers accordables. Ces options sont soigneusement choisies pour poursuivre un objectif de mesure spécifique.
Le composant d’analyse des données d’un système LIDAR utilise diverses techniques analytiques. Les LIDARS Mie, Rayliegh, Raman et à fluorescence sont conçus pour analyser différents types de motifs de rétrodiffusion laser. Les modèles de dispersion dépendent de la longueur d'onde. L'analyse de Mie décrit le mieux les modèles de dispersion lorsque la particule réfléchissante a environ la même taille que la longueur d'onde. L'analyse de Rayleigh est plus précise pour les particules beaucoup plus petites que la longueur d'onde.
Les conceptions de Rayliegh et Mie examinent la rétrodiffusion élastique, dans laquelle la lumière réfléchie a la même longueur d’onde que la lumière transmise. Raman LIDAR analyse la rétrodiffusion inélastique. Cela résulte du léger décalage de la lumière en longueur d'onde lors de la réflexion par une particule. La quantité de décalage peut identifier la composition et la concentration atmosphérique des particules réfléchissantes. Fluorecence LIDAR utilise une analyse similaire pour examiner la rétrodiffusion de liquides et de solides.
Le Lidar Doppler mesure les changements de fréquence de la lumière rétrodiffusée pour déterminer les changements de température et de vitesse ou de direction du vent. L'absorption différentielle transmet deux longueurs d'onde de lumière et mesure la différence d'absorption atmosphérique entre les deux longueurs d'onde. Les différences relatives d’absorption peuvent permettre d’identifier les concentrations d’aérosols.
Chacune des différentes conceptions de système LIDAR utilise une configuration unique de matériel et de logiciel pour effectuer une mesure précise d'une quantité spécifique dans un ensemble limité de circonstances. Des systèmes plus généraux, tels qu'un détecteur de vitesse de la police, donnent des résultats moins précis. Dans certains systèmes, la méthode analytique à utiliser dans le composant d'analyse de données détermine la conception matérielle du système. Dans d’autres, le matériel disponible dicte quelles conceptions de système peuvent être utilisées.