Vilka är de olika LIDAR-systemkonstruktionerna?

Ett ljusdetekterings- och intervallsystem (LIDAR) används ofta i atmosfäriska studier. Några av de olika LIDAR-systemkonstruktionerna är Mie och Rayleigh LIDAR, Raman och differentiell absorption LIDAR, Doppler och fluorescens LIDAR och system som används som enkla räckviddsökare eller höjdmätare. Konstruktionerna varierar beroende på ämnet som studeras, noggrannheten för mätning som krävs och omständigheterna för deras användning. Varje typ av system är en produkt för att utvärdera kapaciteten för den tillgängliga hårdvaran och programvaran och hur det kan användas för att uppfylla mätmålen.

Ett LIDAR-system mäter vanligtvis laserspridare, vilket reflekteras laserljus. Det kan vara utformat specifikt för att mäta direkt laserbakspridare, våglängdsförskjuten ryggspridning, skillnaden i absorptionshastigheter mellan två våglängder eller frekvensförändring i bakspridd ljus. Ett grundläggande system består av en sändare, en mottagare och en dataanalyskomponent. LIDAR-systemkonstruktioner har antingen en bistatisk eller en monostatisk konfiguration. I ett monostatiskt system är sändaren och mottagaren placerade tillsammans, medan de i en bistatisk utformning är separata.

En annan konstruktionshänsyn är att använda antingen ett biaxialt eller koaxiellt sensorarrangemang. I ett biaxiellt arrangemang har sändarens och mottagarens axel en annan inriktning. Baksprutat ljus kan upptäckas av mottagaren endast när motivet är längre än ett visst avstånd. Sändarens och mottagarens axel är desamma i ett koaxiellt arrangemang.

LIDAR-system som använder pulserade lasrar har vanligtvis en monostatisk konfiguration, men kan ha antingen ett biaxialt eller ett koaxialsensorarrangemang. System som använder en kontinuerlig våglaser har vanligtvis en bistatisk konfiguration. Om motivets intervall är relativt nära föredras i allmänhet ett koaxiellt arrangemang av sändare och mottagare. Om kapacitet nära mål inte är en fråga, kan ett biaxialt arrangemang antas för att undvika komplikationer från närliggande laser backscatter.

Olika LIDAR-systemkonstruktioner använder också olika laservåglängder och olika bandbreddskombinationer för sändare och mottagare. Andra konstruktionsöverväganden inkluderar krav för användning som en uppslagning eller uppslagning LIDAR, och om systemet kommer att vara i kontinuerlig drift eller endast användas på natten. Vissa mönster använder sig av inställbara lasrar. Dessa alternativ väljs noggrant för att eftersträva ett specifikt mätmål.

Dataanalyskomponenten i ett LIDAR-system använder olika analystekniker. Mie, Rayliegh, Raman och fluorescens LIDARS är utformade för att analysera olika typer av laser backscatter-mönster. Spridningsmönster beror på våglängden. Mie-analys beskriver bäst spridningsmönster när den reflekterande partikeln har ungefär samma storlek som våglängden. Rayleigh-analys är mer exakt för partiklar som är mycket mindre än våglängden.

Rayliegh och Mie-konstruktioner undersöker elastisk ryggspridning, där det reflekterade ljuset har samma våglängd som det överförda ljuset. Raman LIDAR analyserar inelastisk ryggspridning. Detta resulterar från att ljus skiftas något i våglängd när det reflekteras av en partikel. Mängden skift kan identifiera smink och atmosfärisk koncentration av de reflekterande partiklarna. Fluorecence LIDAR använder en liknande analys för att undersöka ryggspridning från vätskor och fasta ämnen.

Doppler LIDAR mäter förändringar i frekvensen för backsprutat ljus för att bestämma förändringar i temperatur och vindhastighet eller riktning. Differentialabsorption överför två ljusvåglängder och mäter skillnaden i atmosfärisk absorption mellan de två våglängderna. De relativa skillnaderna i absorption kan identifiera aerosolkoncentrationer.

Var och en av de olika LIDAR-systemkonstruktionerna använder en unik konfiguration av hårdvara och mjukvara för att göra en exakt mätning av en specifik mängd under en begränsad uppsättning omständigheter. Mer generella system, som polisens hastighetsdetektor, ger mindre exakta resultat. I vissa system bestämmer den analytiska metoden som ska användas i dataanalyskomponenten systemets hårdvarukonstruktion. I andra dikterar tillgänglig hårdvara vilken systemdesign som kan användas.