Atmosferik çalışmalarda genellikle bir ışık algılama ve değişken (LIDAR) sistemi kullanılır. Farklı LIDAR sistem tasarımlarından bazıları Mie ve Rayleigh LIDAR, Raman ve diferansiyel absorpsiyon LIDAR, Doppler ve floresans LIDAR ve basit telemetreler veya altimetreler olarak kullanılan sistemlerdir. Tasarımlar çalışılan konuya, gereken ölçümün kesinliğine ve kullanım koşullarına göre değişir. Her bir sistem tipi, mevcut donanım ve yazılımın yeteneklerini ve ölçüm hedeflerine ulaşmak için nasıl kullanılabileceğini değerlendiren bir üründür.
Bir LIDAR sistemi genellikle lazer ışığını yansıtan lazer geri saçılımını ölçer. Doğrudan lazer geri saçılma, dalga boyu kaydırmalı geri saçılma, iki dalga boyu arasındaki emme oranlarındaki farkı veya geri saçılan ışıktaki frekans değişimini ölçmek için özel olarak tasarlanabilir. Temel bir sistem bir verici, bir alıcı ve bir veri analizi bileşeninden oluşur. LIDAR sistem tasarımları bistatik veya monostatik bir konfigürasyona sahiptir. Monostatik bir sistemde, verici ve alıcı birlikte yerleştirilirken bistatik tasarımda ikisi ayrıdır.
Diğer bir tasarım düşüncesi, bir çift eksenli veya eşeksenli sensör düzenlemesi kullanmaktır. İki eksenli bir düzenlemede, verici ve alıcının ekseni farklı bir yönelime sahiptir. Geri saçılan ışık alıcı tarafından yalnızca konu belli bir mesafenin dışında olduğunda tespit edilebilir. Vericinin ve alıcının ekseni bir koaksiyel düzende aynıdır.
Darbeli lazer kullanan LIDAR sistemleri genellikle monostatik bir konfigürasyona sahiptir, ancak bir çift eksenli veya bir eşeksenli sensör düzenine sahip olabilir. Sürekli dalga lazer kullanan sistemler genellikle bistatik bir konfigürasyona sahiptir. Konunun menzili nispeten yakınsa, vericinin ve alıcının eşeksenli bir düzenlemesi genellikle tercih edilir. Hedefe yakın yetenek bir sorun değilse, yakındaki lazer geri saçmasından kaynaklanan komplikasyonlardan kaçınmaya yardımcı olmak için iki eksenli bir düzenleme uygulanabilir.
Farklı LIDAR sistem tasarımları ayrıca, farklı lazer dalga boylarını ve vericiler ve alıcılar için çeşitli bant genişliği kombinasyonlarını kullanır. Diğer tasarım konuları arasında, arama ya da arama LIDAR'ı olarak kullanılması ve sistemin sürekli çalışıp çalışmadığını veya yalnızca gece kullanılıp kullanılmayacağını içerir. Bazı tasarımlar ayarlanabilir lazerlerden yararlanır. Bu seçenekler, belirli bir ölçüm hedefini takip etmek için dikkatlice seçilir.
Bir LIDAR sisteminin veri analizi bileşeni, çeşitli analitik tekniklerden yararlanır. Mie, Rayliegh, Raman ve floresan LIDARS, farklı lazer geri saçılma modellerini analiz etmek için tasarlanmıştır. Saçılma desenleri dalga boyuna bağlıdır. Mie analizi, en iyi yansıtan parçacık dalga boyu ile aynı boyutta olduğunda saçılma modellerini açıklar. Rayleigh analizi, dalga boyundan çok daha küçük parçacıklar için daha doğrudur.
Rayliegh ve Mie tasarımları, yansıyan ışığın, iletilen ışıkla aynı dalga boyunda olduğu elastik sırt dağılımını inceler. Raman LIDAR esnek olmayan geri saçmayı analiz eder. Bu, ışığın bir parçacık tarafından yansıtıldığı zaman dalga boyunda biraz kaymasına neden olur. Kayma miktarı, yansıtan parçacıkların yapısını ve atmosferik konsantrasyonunu tanımlayabilir. Fluorecence LIDAR, sıvıların ve katıların geri saçılımını incelemek için benzer bir analiz kullanır.
Doppler LIDAR, sıcaklık ve rüzgar hızı veya yönündeki değişiklikleri belirlemek için geri saçılan ışığın frekansındaki değişimleri ölçer. Diferansiyel emilim, iki dalga boyunda ışık iletir ve iki dalga boyu arasındaki atmosferik emilimdeki farkı ölçer. Absorpsiyondaki nispi farklılıklar aerosol konsantrasyonlarını belirleyebilir.
Farklı LIDAR sistem tasarımlarının her biri, sınırlı bir koşullar altında belirli bir miktarın kesin bir ölçümünü yapmak için benzersiz bir donanım ve yazılım yapılandırması kullanır. Polis hız dedektörü gibi daha genel amaçlı sistemler daha az kesin sonuç verir. Bazı sistemlerde, veri analizi bileşeninde kullanılacak analitik yöntem sistem donanım tasarımını belirler. Diğerlerinde, mevcut donanım hangi sistem tasarımlarının kullanılabileceğini belirler.
