激光雷達系統有哪些不同的設計(Different LIDAR System Designs)？

光探測和測距（LIDAR）系統通常用于大氣研究。一些不同的激光雷達系統設計有Mie和Rayleigh激光雷達、拉曼和差分吸收激光雷達、多普勒和熒光激光雷達，以及用作簡單測距儀或高度計的系統。設計因研究對象而異，所需的測量精度...

光探測和測距（LIDAR）系統通常用于大氣研究。一些不同的激光雷達系統設計有Mie和Rayleigh激光雷達、拉曼和差分吸收激光雷達、多普勒和熒光激光雷達，以及用作簡單測距儀或高度計的系統。設計因研究對象而異，所需的測量精度及其部署環境。每種類型的系統都是評估可用硬件和軟件的能力以及如何使用它來滿足測量目標的產品。

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激光雷達系統通常測量激光后向散射，即反射的激光。它可以專門設計用于測量直接激光后向散射、波長偏移后向散射、兩個波長之間的吸收率差，或后向散射光的頻率變化。基本系統由發射器、接收器和數據分析組件組成。激光雷達系統設計有雙基地或單基地配置。在單基地系統中，發射器和接收器位于一起，而在雙基地設計中，兩者是分開的。
另一個設計考慮是采用雙軸或同軸傳感器布置。在雙軸布置中，發射器和接收器的軸方向不同。只有當物體超出一定距離時，接收器才能檢測到后向散射光。發射器和接收器的軸在同軸布置中是相同的。
使用脈沖激光的激光雷達系統通常具有單站配置，但可能有雙軸或同軸傳感器布置，使用連續波激光的系統通常有雙基地結構如果目標的距離相對較近，通常首選發射器和接收器的同軸布置。如果近目標能力不是問題，則可采用雙軸布置，以避免附近激光后向散射造成的并發癥。
不同的激光雷達系統設計也采用不同的激光波長，以及發射器和接收器的各種帶寬組合。其他設計考慮因素包括用作仰視或俯視激光雷達的要求，以及該系統是連續工作還是僅在夜間使用。有些設計使用可調諧激光器。這些選項是為了追求特定的測量目標而精心選擇的。
激光雷達系統的數據分析部分使用了各種分析技術。Mie，Rayliegh，拉曼和熒光激光雷達設計用于分析不同類型的激光后向散射圖案。散射圖案取決于波長。Mie分析最能描述反射粒子與波長大小相同時的散射模式。瑞利分析對于比波長小得多的粒子更精確波長。
Rayliegh和Mie設計檢查彈性后向散射，其中反射光與透射光的波長相同。拉曼激光雷達分析非彈性后向散射。這是由于光被粒子反射時波長發生輕微偏移所致。偏移量可以確定反射粒子的組成和大氣濃度。熒光激光雷達使用一種類似的分析方法，用于檢測液體和固體的后向散射。
多普勒激光雷達測量后向散射光頻率的變化，以確定溫度和風速或方向的變化。差分吸收傳輸兩個波長的光，并測量兩者之間大氣吸收的差異波長吸收的相對差異可以確定氣溶膠濃度。
每種不同的激光雷達系統設計都使用獨特的硬件和軟件配置，以便在有限的環境下精確測量特定數量。更通用的系統，如警用測速儀，返回不太精確的結果。在某些系統中，數據分析組件中使用的分析方法決定了系統的硬件設計。在其他系統中，可用的硬件決定了可以采用的系統設計。