¿Cuáles son los diferentes diseños de sistemas LIDAR?

Un sistema de detección y alcance de luz (LIDAR) se utiliza a menudo en estudios atmosféricos. Algunos de los diferentes diseños de sistemas LIDAR son MID y Rayleigh LIDAR, Raman y LIDAR de absorción diferencial, Doppler y LIDAR de fluorescencia, y sistemas utilizados como buscadores de rango simples o altímetros. Los diseños varían según el tema en estudio, la precisión de la medición requerida y las circunstancias de su implementación. Cada tipo de sistema es un producto de evaluar las capacidades del hardware y software disponibles y cómo se puede usar para cumplir con los objetivos de medición.

Un sistema LIDAR generalmente mide la retrodispersión láser, que es luz láser reflejada. Se puede diseñar específicamente para medir la retrodispersión láser directa, la retrodispersión de longitud de onda desplazada, la diferencia en las tasas de absorción entre dos longitudes de onda o el cambio de frecuencia en la luz retrodispersada. Un sistema básico consta de un transmisor, un receptor y un componente de análisis de datos. Los diseños del sistema LIDAR tienen una configuración biestática o monostática. En un sistema monostático, el transmisor y el receptor están ubicados juntos, mientras que en un diseño biestático los dos están separados.

Otra consideración de diseño es emplear una disposición de sensor biaxial o coaxial. En una disposición biaxial, el eje del transmisor y el receptor tienen una orientación diferente. El receptor puede detectar la luz dispersa hacia atrás solo cuando el sujeto está más allá de cierta distancia. El eje del transmisor y el receptor son los mismos en una disposición coaxial.

Los sistemas LIDAR que usan láseres pulsados ​​generalmente tienen una configuración monostática, pero pueden tener una disposición de sensor biaxial o coaxial. Los sistemas que utilizan un láser de onda continua generalmente tienen una configuración biestática. Si el alcance del sujeto está relativamente cerca, generalmente se prefiere una disposición coaxial de transmisor y receptor. Si la capacidad cercana al objetivo no es un problema, se podría adoptar una disposición biaxial para ayudar a evitar complicaciones de la retrodispersión láser cercana.

Los diferentes diseños de sistemas LIDAR también emplean diferentes longitudes de onda láser y varias combinaciones de ancho de banda para los transmisores y receptores. Otras consideraciones de diseño incluyen los requisitos para su uso como LIDAR de búsqueda o de observación, y si el sistema estará en funcionamiento continuo o se usará solo por la noche. Algunos diseños utilizan láseres sintonizables. Estas opciones se eligen cuidadosamente para alcanzar un objetivo de medición específico.

El componente de análisis de datos de un sistema LIDAR utiliza varias técnicas analíticas. Los LIDARS de Mie, Rayliegh, Raman y fluorescencia están diseñados para analizar diferentes tipos de patrones de retrodispersión láser. Los patrones de dispersión dependen de la longitud de onda. El análisis de Mie describe mejor los patrones de dispersión cuando la partícula reflectante tiene aproximadamente el mismo tamaño que la longitud de onda. El análisis de Rayleigh es más preciso para partículas mucho más pequeñas que la longitud de onda.

Los diseños de Rayliegh y Mie examinan la retrodispersión elástica, en la que la luz reflejada es de la misma longitud de onda que la luz transmitida. Raman LIDAR analiza la retrodispersión inelástica. Esto resulta de que la luz se desplaza ligeramente en longitud de onda cuando es reflejada por una partícula. La cantidad de desplazamiento puede identificar la composición y la concentración atmosférica de las partículas reflectantes. Fluorecence LIDAR utiliza un análisis similar para examinar la retrodispersión de líquidos y sólidos.

Doppler LIDAR mide los cambios en la frecuencia de la luz dispersa para determinar los cambios en la temperatura y la velocidad o dirección del viento. La absorción diferencial transmite dos longitudes de onda de luz y mide la diferencia en la absorción atmosférica entre las dos longitudes de onda. Las diferencias relativas en la absorción pueden identificar las concentraciones de aerosol.

Cada uno de los diferentes diseños de sistemas LIDAR utiliza una configuración única de hardware y software para realizar una medición precisa de una cantidad específica en un conjunto limitado de circunstancias. Más sistemas de uso general, como un detector de velocidad de la policía, devuelven resultados menos precisos. En algunos sistemas, el método analítico a emplear en el componente de análisis de datos determina el diseño del hardware del sistema. En otros, el hardware disponible dicta qué diseños de sistema pueden emplearse.