Quali sono i diversi design del sistema LIDAR?
Un sistema di rilevamento e diffusione della luce (LIDAR) viene spesso utilizzato negli studi atmosferici. Alcuni dei diversi sistemi LIDAR sono Mie e Rayleigh LIDAR, Raman e LIDAR ad assorbimento differenziale, Doppler e LIDAR a fluorescenza e sistemi utilizzati come semplici telemetri o altimetri. I design variano in base all'argomento in esame, alla precisione della misurazione richiesta e alle circostanze della loro implementazione. Ogni tipo di sistema è un prodotto della valutazione delle capacità dell'hardware e del software disponibili e di come può essere utilizzato per raggiungere gli obiettivi di misurazione.
Un sistema LIDAR misura solitamente il backscatter laser, che è la luce laser riflessa. Può essere progettato specificamente per misurare il backscatter laser diretto, il backscatter con spostamento della lunghezza d'onda, la differenza nei tassi di assorbimento tra due lunghezze d'onda o la variazione di frequenza nella luce retrodiffusa. Un sistema di base è costituito da un trasmettitore, un ricevitore e un componente di analisi dei dati. I progetti di sistemi LIDAR hanno una configurazione bistatica o monostatica. In un sistema monostatico, il trasmettitore e il ricevitore si trovano insieme, mentre in un design bistatico i due sono separati.
Un'altra considerazione di progettazione è quella di impiegare una disposizione del sensore biassiale o coassiale. In una disposizione biassiale, l'asse del trasmettitore e del ricevitore hanno un orientamento diverso. La luce retrodiffusa può essere rilevata dal ricevitore solo quando il soggetto è oltre una certa distanza. L'asse del trasmettitore e del ricevitore sono gli stessi in una disposizione coassiale.
I sistemi LIDAR che utilizzano laser a impulsi di solito hanno una configurazione monostatica, ma potrebbero avere una disposizione del sensore biassiale o coassiale. I sistemi che utilizzano un laser ad onda continua di solito hanno una configurazione bistatica. Se l'intervallo del soggetto è relativamente vicino, è generalmente preferita una disposizione coassiale di trasmettitore e ricevitore. Se la capacità vicino al bersaglio non è un problema, potrebbe essere adottata una disposizione biassiale per evitare complicazioni dovute al riflusso laser nelle vicinanze.
Diversi design del sistema LIDAR impiegano anche diverse lunghezze d'onda laser e varie combinazioni di larghezza di banda per i trasmettitori e i ricevitori. Altre considerazioni di progettazione includono i requisiti per l'uso come LIDAR di ricerca o di ricerca e se il sistema sarà in funzionamento continuo o utilizzato solo di notte. Alcuni design utilizzano laser sintonizzabili. Queste opzioni sono scelte con cura per perseguire un obiettivo di misurazione specifico.
Il componente di analisi dei dati di un sistema LIDAR si avvale di varie tecniche analitiche. Mie, Rayliegh, Raman e LIDARS a fluorescenza sono progettati per analizzare diversi tipi di pattern di retrodiffusione laser. I modelli a dispersione dipendono dalla lunghezza d'onda. L'analisi Mie descrive meglio i modelli di dispersione quando la particella riflettente ha circa la stessa dimensione della lunghezza d'onda. L'analisi di Rayleigh è più accurata per particelle molto più piccole della lunghezza d'onda.
I disegni di Rayliegh e Mie esaminano il backscatter elastico, in cui la luce riflessa ha la stessa lunghezza d'onda della luce trasmessa. Raman LIDAR analizza il backscatter anelastico. Ciò risulta dalla luce spostata leggermente in lunghezza d'onda quando riflessa da una particella. La quantità di spostamento può identificare il trucco e la concentrazione atmosferica delle particelle riflettenti. Fluorecence LIDAR utilizza un'analisi simile per esaminare backscatter da liquidi e solidi.
Doppler LIDAR misura gli spostamenti nella frequenza della luce retrodiffusa per determinare i cambiamenti di temperatura e velocità o direzione del vento. L'assorbimento differenziale trasmette due lunghezze d'onda della luce e misura la differenza di assorbimento atmosferico tra le due lunghezze d'onda. Le differenze relative di assorbimento possono identificare le concentrazioni di aerosol.
Ciascuno dei diversi design del sistema LIDAR utilizza una configurazione unica di hardware e software per effettuare una misurazione precisa di una quantità specifica in un numero limitato di circostanze. Sistemi più generici, come un rilevatore di velocità della polizia, restituiscono risultati meno precisi. In alcuni sistemi, il metodo analitico da utilizzare nel componente di analisi dei dati determina la progettazione dell'hardware del sistema. In altri, l'hardware disponibile determina quali progetti di sistema possono essere impiegati.