Hva er de forskjellige LIDAR-systemdesignene?

Et lysdeteksjons- og varierende (LIDAR) system brukes ofte i atmosfæriske studier. Noen av de forskjellige LIDAR-systemkonstruksjonene er Mie og Rayleigh LIDAR, Raman og differensialabsorpsjon LIDAR, Doppler og fluorescens LIDAR, og systemer som brukes som enkle rekkeviddere eller høydemeter. Designene varierer i henhold til emnet som studeres, nøyaktigheten av måling som kreves og omstendighetene for utrulling av dem. Hver type system er et produkt av evaluering av funksjonene til maskinvaren og programvaren som er tilgjengelig, og hvordan det kan brukes til å oppfylle målsettingene.

Et LIDAR-system måler vanligvis laser-tilbakespredning, som reflekteres laserlys. Det kan være designet spesielt for å måle direkte laser-tilbakespredning, bølgelengdeskiftet tilbakespredning, forskjellen i absorpsjonshastighet mellom to bølgelengder eller frekvensendring i tilbakespredt lys. Et grunnleggende system består av en sender, en mottaker og en dataanalysekomponent. LIDAR systemdesign har enten en bistatisk eller en monostatisk konfigurasjon. I et monostatisk system er senderen og mottakeren plassert sammen, mens i en bistatisk utforming er de to separate.

Et annet designhensyn er å benytte enten et biaxialt eller koaksialt sensorarrangement. I et biaksialt arrangement har senderen og mottagerens akse en annen retning. Bakspredt lys kan ikke oppdages av mottakeren når motivet er utenfor en viss avstand. Axeren til senderen og mottakeren er den samme i et koaksialt arrangement.

LIDAR-systemer som bruker pulsede lasere har vanligvis en monostatisk konfigurasjon, men kan ha enten en biaxial eller en koaksial sensoranordning. Systemer som bruker en kontinuerlig bølgelaser har vanligvis en bistatisk konfigurasjon. Hvis fagområdet er relativt nært, foretrekkes vanligvis et koaksialt arrangement av sender og mottaker. Hvis kapasiteten nær målet ikke er noe problem, kan det bli vedtatt en biaxial ordning for å unngå komplikasjoner fra laser-tilbakespredning i nærheten.

Ulike LIDAR-systemdesign benytter også forskjellige laserbølgelengder, og forskjellige båndbreddekombinasjoner for sendere og mottakere. Andre konstruksjonshensyn inkluderer krav til bruk som oppslag eller nedslitt LIDAR, og om systemet vil være i kontinuerlig drift eller bare brukes om natten. Noen design gjør bruk av avstembare lasere. Disse alternativene er nøye valgt for å forfølge et spesifikt målemål.

Dataanalysekomponenten i et LIDAR-system benytter seg av forskjellige analyseteknikker. Mie, Rayliegh, Raman og fluorescens LIDARS er designet for å analysere forskjellige typer laser backscatter mønstre. Spredningsmønster er avhengig av bølgelengde. Mie-analyse beskriver best spredningsmønstre når den reflekterende partikkelen er omtrent like stor som bølgelengden. Rayleigh-analyse er mer nøyaktig for partikler som er mye mindre enn bølgelengden.

Rayliegh og Mie-design undersøker elastisk tilbakespredning, der det reflekterte lyset har samme bølgelengde som det overførte lyset. Raman LIDAR analyserer inelastisk tilbakespredning. Dette resulterer fra at lys blir forskjøvet litt i bølgelengde når det reflekteres av en partikkel. Mengden skift kan identifisere sminke og atmosfærisk konsentrasjon av de reflekterende partiklene. Fluorecence LIDAR bruker en lignende analyse for å undersøke tilbakespredning fra væsker og faste stoffer.

Doppler LIDAR måler forskyvninger i frekvensen av tilbakespredt lys for å bestemme endringer i temperatur og vindhastighet eller retning. Differensialabsorpsjon overfører to bølgelengder av lys og måler forskjellen i atmosfærisk absorpsjon mellom de to bølgelengdene. De relative forskjellene i absorpsjon kan identifisere aerosolkonsentrasjoner.

Hver av de forskjellige LIDAR-systemdesignene bruker en unik konfigurasjon av maskinvare og programvare for å foreta en nøyaktig måling av en bestemt mengde under et begrenset sett med omstendigheter. Mer generelle systemer, for eksempel en politiets hastighetsdetektor, gir mindre presise resultater. I noen systemer bestemmer den analytiske metoden som skal benyttes i dataanalysekomponenten systemets maskinvaredesign. I andre dikterer tilgjengelig maskinvare hvilken systemdesign som kan brukes.