さまざまなLIDARシステム設計とは何ですか？

大気の研究では、光検出および測距（LIDAR）システムがよく使用されます。 さまざまなLIDARシステム設計には、三重およびレイリーLIDAR、ラマンおよび微分吸収LIDAR、ドップラーおよび蛍光LIDAR、および単純な距離計または高度計として使用されるシステムがあります。 設計は、調査対象、必要な測定の精度、および展開の状況によって異なります。 各タイプのシステムは、利用可能なハードウェアおよびソフトウェアの機能と、測定目標を達成するためにどのように使用できるかを評価した製品です。

LIDARシステムは通常、反射レーザー光であるレーザー後方散乱を測定します。 直接レーザー後方散乱、波長シフト後方散乱、2つの波長間の吸収率の差、または後方散乱光の周波数変化を測定するために特別に設計されている場合があります。 基本的なシステムは、送信機、受信機、データ分析コンポーネントで構成されています。 LIDARシステムの設計には、バイスタティック構成またはモノスタティック構成があります。 モノスタティックシステムでは、送信機と受信機は一緒に配置されますが、バイスタティック設計では、2つは別々です。

別の設計上の考慮事項は、2軸または同軸のセンサー配置を採用することです。 2軸配置では、送信機と受信機の軸の向きが異なります。 後方散乱光は、被写体が特定の距離を超えている場合にのみ受信機で検出できます。 送信機と受信機の軸は同軸配置で同じです。

パルスレーザーを使用するLIDARシステムは通常、モノスタティック構成になっていますが、2軸または同軸センサー配置の場合があります。 通常、連続波レーザーを使用するシステムにはバイスタティック構成があります。 対象の範囲が比較的近い場合、送信機と受信機の同軸配置が一般的に好まれます。 目標に近い能力が問題にならない場合は、2軸配置を採用して、近くのレーザー後方散乱による合併症を回避することができます。

さまざまなLIDARシステム設計も、さまざまなレーザー波長、および送信機と受信機のさまざまな帯域幅の組み合わせを採用しています。 その他の設計上の考慮事項には、ルックアップまたはルックダウンLIDARとして使用するための要件、およびシステムが連続動作するか夜間のみ使用するかが含まれます。 調整可能なレーザーを使用する設計もあります。 これらのオプションは、特定の測定目標を追求するために慎重に選択されています。

LIDARシステムのデータ分析コンポーネントは、さまざまな分析手法を利用します。 Mie、Rayliegh、Raman、および蛍光LIDARSは、さまざまなタイプのレーザー後方散乱パターンを分析するように設計されています。 散乱パターンは波長に依存します。 ミー分析は、反射粒子が波長とほぼ同じサイズの場合の散乱パターンを最もよく表します。 レイリー分析は、波長よりもはるかに小さい粒子に対してより正確です。

RaylieghおよびMieの設計では、弾性後方散乱を検査します。反射散乱光は、透過光と同じ波長です。 ラマンLIDARは、非弾性後方散乱を分析します。 これは、粒子によって反射されたときに、光の波長がわずかにシフトするためです。 シフト量により、反射粒子の構造と大気濃度を特定できます。 Fluorecence LIDARは同様の分析を使用して、液体および固体からの後方散乱を調べます。

ドップラーライダーは、後方散乱光の周波数の変化を測定して、温度と風速または風向の変化を判断します。 示差吸収は2つの波長の光を透過し、2つの波長間の大気吸収の差を測定します。 吸収の相対的な違いは、エアロゾル濃度を特定できます。

さまざまなLIDARシステム設計のそれぞれは、ハードウェアとソフトウェアの固有の構成を使用して、限られた状況下で特定の数量を正確に測定します。 警察の速度検出器などのより汎用的なシステムは、精度の低い結果を返します。 一部のシステムでは、データ分析コンポーネントで使用される分析方法がシステムのハードウェア設計を決定します。 その他では、利用可能なハードウェアによって、使用できるシステム設計が決まります。