Jakie są różne projekty systemu LIDAR?
System wykrywania i określania odległości (LIDAR) jest często stosowany w badaniach atmosferycznych. Niektóre z różnych konstrukcji systemów LIDAR to Mie i Rayleigh LIDAR, Raman i LIDAR absorpcji różnicowej, Doppler i fluorescencyjny LIDAR oraz systemy używane jako proste dalmierze lub wysokościomierze. Projekty różnią się w zależności od badanego przedmiotu, wymaganej precyzji pomiaru i okoliczności ich zastosowania. Każdy typ systemu jest produktem oceny możliwości dostępnego sprzętu i oprogramowania oraz tego, jak można go wykorzystać do osiągnięcia celów pomiarowych.
System LIDAR zwykle mierzy rozproszenie laserowe, które jest odbijanym światłem laserowym. Może być zaprojektowany specjalnie do pomiaru bezpośredniego rozproszenia laserowego, rozproszenia wstecznego z przesunięciem długości fali, różnicy w szybkościach absorpcji między dwiema długościami fal lub zmiany częstotliwości światła rozproszonego wstecznie. Podstawowy system składa się z nadajnika, odbiornika i elementu analizy danych. Konstrukcja systemu LIDAR ma konfigurację bistatyczną lub monostatyczną. W układzie monostatycznym nadajnik i odbiornik są umieszczone razem, podczas gdy w konstrukcji bistatycznej oba są oddzielne.
Innym zagadnieniem konstrukcyjnym jest zastosowanie dwuosiowego lub współosiowego układu czujnika. W układzie dwuosiowym oś nadajnika i odbiornika ma inną orientację. Światło rozproszone wstecznie może zostać wykryte przez odbiornik tylko wtedy, gdy obiekt znajduje się w pewnej odległości. Osie nadajnika i odbiornika są takie same w układzie koncentrycznym.
Systemy LIDAR, które wykorzystują lasery pulsacyjne, zwykle mają konfigurację monostatyczną, ale mogą mieć układ czujnika dwuosiowego lub współosiowego. Systemy wykorzystujące laser fali ciągłej zwykle mają konfigurację bistatyczną. Jeśli zasięg obiektu jest stosunkowo bliski, ogólnie preferowane jest współosiowe ustawienie nadajnika i odbiornika. Jeśli zdolność do bliskiego celu nie stanowi problemu, można zastosować układ dwuosiowy, aby uniknąć komplikacji z pobliskiego rozproszenia wstecznego lasera.
Różne konstrukcje systemu LIDAR wykorzystują również różne długości fali lasera oraz różne kombinacje pasma dla nadajników i odbiorników. Inne rozważania projektowe obejmują wymagania dotyczące użycia jako LIDAR-a lub LIDAR-a oraz czy system będzie działał w sposób ciągły, czy będzie używany tylko w nocy. Niektóre projekty wykorzystują przestrajalne lasery. Te opcje są starannie dobierane, aby realizować określony cel pomiarowy.
Komponent do analizy danych w systemie LIDAR wykorzystuje różne techniki analityczne. LIDARS Mie, Rayliegh, Raman i fluorescencyjny zostały zaprojektowane do analizy różnych typów wzorów rozproszenia laserowego. Wzorce rozproszenia zależą od długości fali. Analiza Mie najlepiej opisuje wzorce rozproszenia, gdy cząstka odbijająca ma mniej więcej taki sam rozmiar jak długość fali. Analiza Rayleigha jest dokładniejsza dla cząstek znacznie mniejszych niż długość fali.
Projekty Rayliegha i Mie badają elastyczny rozpraszacz wsteczny, w którym światło odbite ma tę samą długość fali co światło przepuszczane. Raman LIDAR analizuje nieelastyczny rozproszenie wsteczne. Wynika to z lekkiego przesunięcia długości fali przy odbiciu przez cząsteczkę. Wielkość przesunięcia może identyfikować skład i stężenie atmosferyczne cząstek odbijających. Fluorescencja LIDAR wykorzystuje podobną analizę do badania rozproszenia wstecznego z cieczy i ciał stałych.
Doppler LIDAR mierzy zmiany częstotliwości światła rozproszonego wstecznie, aby określić zmiany temperatury i prędkości lub kierunku wiatru. Absorpcja różnicowa transmituje dwie długości fali światła i mierzy różnicę absorpcji atmosferycznej między dwiema długościami fali. Względne różnice absorpcji mogą identyfikować stężenia aerozolu.
Każdy z różnych projektów systemów LIDAR wykorzystuje unikalną konfigurację sprzętu i oprogramowania do precyzyjnego pomiaru określonej ilości w ograniczonym zestawie warunków. Bardziej ogólne systemy, takie jak policyjny czujnik prędkości, zwracają mniej precyzyjne wyniki. W niektórych systemach metoda analityczna, która ma być zastosowana w komponencie analizy danych, określa projekt sprzętu systemowego. W innych dostępny sprzęt decyduje o tym, jakie projekty systemów można zastosować.