激光雷达系统有哪些不同的设计(Different LIDAR System Designs)？

光探测和测距（LIDAR）系统通常用于大气研究。一些不同的激光雷达系统设计有Mie和Rayleigh激光雷达、拉曼和差分吸收激光雷达、多普勒和荧光激光雷达，以及用作简单测距仪或高度计的系统。设计因研究对象而异，所需的测量精度...

光探测和测距（LIDAR）系统通常用于大气研究。一些不同的激光雷达系统设计有Mie和Rayleigh激光雷达、拉曼和差分吸收激光雷达、多普勒和荧光激光雷达，以及用作简单测距仪或高度计的系统。设计因研究对象而异，所需的测量精度及其部署环境。每种类型的系统都是评估可用硬件和软件的能力以及如何使用它来满足测量目标的产品。

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激光雷达系统通常测量激光后向散射，即反射的激光。它可以专门设计用于测量直接激光后向散射、波长偏移后向散射、两个波长之间的吸收率差，或后向散射光的频率变化。基本系统由发射器、接收器和数据分析组件组成。激光雷达系统设计有双基地或单基地配置。在单基地系统中，发射器和接收器位于一起，而在双基地设计中，两者是分开的。
另一个设计考虑是采用双轴或同轴传感器布置。在双轴布置中，发射器和接收器的轴方向不同。只有当物体超出一定距离时，接收器才能检测到后向散射光。发射器和接收器的轴在同轴布置中是相同的。
使用脉冲激光的激光雷达系统通常具有单站配置，但可能有双轴或同轴传感器布置，使用连续波激光的系统通常有双基地结构如果目标的距离相对较近，通常首选发射器和接收器的同轴布置。如果近目标能力不是问题，则可采用双轴布置，以避免附近激光后向散射造成的并发症。
不同的激光雷达系统设计也采用不同的激光波长，以及发射器和接收器的各种带宽组合。其他设计考虑因素包括用作仰视或俯视激光雷达的要求，以及该系统是连续工作还是仅在夜间使用。有些设计使用可调谐激光器。这些选项是为了追求特定的测量目标而精心选择的。
激光雷达系统的数据分析部分使用了各种分析技术。Mie，Rayliegh，拉曼和荧光激光雷达设计用于分析不同类型的激光后向散射图案。散射图案取决于波长。Mie分析最能描述反射粒子与波长大小相同时的散射模式。瑞利分析对于比波长小得多的粒子更精确波长。
Rayliegh和Mie设计检查弹性后向散射，其中反射光与透射光的波长相同。拉曼激光雷达分析非弹性后向散射。这是由于光被粒子反射时波长发生轻微偏移所致。偏移量可以确定反射粒子的组成和大气浓度。荧光激光雷达使用一种类似的分析方法，用于检测液体和固体的后向散射。
多普勒激光雷达测量后向散射光频率的变化，以确定温度和风速或方向的变化。差分吸收传输两个波长的光，并测量两者之间大气吸收的差异波长吸收的相对差异可以确定气溶胶浓度。
每种不同的激光雷达系统设计都使用独特的硬件和软件配置，以便在有限的环境下精确测量特定数量。更通用的系统，如警用测速仪，返回不太精确的结果。在某些系统中，数据分析组件中使用的分析方法决定了系统的硬件设计。在其他系统中，可用的硬件决定了可以采用的系统设计。