Quais são os diferentes designs do sistema LIDAR?

Um sistema de detecção e alcance de luz (LIDAR) é frequentemente usado em estudos atmosféricos. Alguns dos projetos de sistemas LIDAR diferentes são Mie e Rayleigh LIDAR, Raman e LIDAR de absorção diferencial, Doppler e LIDAR de fluorescência e sistemas usados ​​como medidores de distância ou altímetros simples. Os projetos variam de acordo com o assunto em estudo, a precisão da medição necessária e as circunstâncias de sua implantação. Cada tipo de sistema é um produto da avaliação dos recursos de hardware e software disponíveis e como ele pode ser usado para atender aos objetivos de medição.

Um sistema LIDAR geralmente mede o retroespalhamento a laser, que é refletido na luz do laser. Ele pode ser projetado especificamente para medir retroespalhamento a laser direto, retroespalhamento com deslocamento de comprimento de onda, a diferença nas taxas de absorção entre dois comprimentos de onda ou alteração de frequência na luz retroespalhada. Um sistema básico consiste em um transmissor, um receptor e um componente de análise de dados. Os projetos de sistema LIDAR têm uma configuração bistática ou monostática. Em um sistema monostático, o transmissor e o receptor estão localizados juntos, enquanto em um projeto bistático os dois são separados.

Outra consideração de projeto é empregar um arranjo de sensor biaxial ou coaxial. Em um arranjo biaxial, o eixo do transmissor e receptor tem uma orientação diferente. A luz retroespalhada pode ser detectada pelo receptor apenas quando o assunto estiver além de uma certa distância. O eixo do transmissor e do receptor são os mesmos em um arranjo coaxial.

Os sistemas LIDAR que usam lasers pulsados ​​geralmente têm uma configuração monostática, mas podem ter um arranjo de sensores biaxial ou coaxial. Os sistemas que usam um laser de ondas contínuas geralmente têm uma configuração bistática. Se o alcance do assunto for relativamente próximo, geralmente é preferível um arranjo coaxial de transmissor e receptor. Se a capacidade do alvo próximo não for um problema, um arranjo biaxial pode ser adotado para ajudar a evitar complicações do retroespalhamento a laser nas proximidades.

Diferentes projetos de sistemas LIDAR também empregam diferentes comprimentos de onda do laser e várias combinações de largura de banda para os transmissores e receptores. Outras considerações de design incluem requisitos para uso como um LIDAR de consulta ou consulta, e se o sistema estará em operação contínua ou será usado apenas à noite. Alguns modelos utilizam lasers ajustáveis. Essas opções são cuidadosamente escolhidas para buscar uma meta de medição específica.

O componente de análise de dados de um sistema LIDAR utiliza várias técnicas analíticas. Mie, Rayliegh, Raman e LIDARS de fluorescência são projetados para analisar diferentes tipos de padrões de retroespalhamento a laser. Os padrões de dispersão dependem do comprimento de onda. A análise de Mie descreve melhor os padrões de dispersão quando a partícula refletida tem aproximadamente o mesmo tamanho do comprimento de onda. A análise de Rayleigh é mais precisa para partículas muito menores que o comprimento de onda.

Os projetos de Rayliegh e Mie examinam o retroespalhamento elástico, no qual a luz refletida tem o mesmo comprimento de onda que a luz transmitida. Raman LIDAR analisa retroespalhamento inelástico. Isso resulta do deslocamento leve da luz no comprimento de onda quando refletido por uma partícula. A quantidade de mudança pode identificar a composição e a concentração atmosférica das partículas refletidas. O Fluidecence LIDAR usa uma análise semelhante para examinar o retrodispersão de líquidos e sólidos.

O Doppler LIDAR mede as mudanças na frequência da luz retroespalhada para determinar mudanças na temperatura e velocidade ou direção do vento. A absorção diferencial transmite dois comprimentos de onda da luz e mede a diferença na absorção atmosférica entre os dois comprimentos de onda. As diferenças relativas na absorção podem identificar as concentrações de aerossóis.

Cada um dos diferentes projetos de sistema LIDAR utiliza uma configuração exclusiva de hardware e software para fazer uma medição precisa de uma quantidade específica em um conjunto limitado de circunstâncias. Sistemas de uso geral, como um detector de velocidade policial, retornam resultados menos precisos. Em alguns sistemas, o método analítico a ser empregado no componente de análise de dados determina o design do hardware do sistema. Em outros, o hardware disponível determina quais projetos de sistema podem ser empregados.