Un système de détection et de télémétrie par la lumière (LIDAR) est souvent utilisé dans les études atmosphériques. Certaines des différentes conceptions de systèmes LIDAR sont les LIDAR Mie et Rayleigh, Raman et LIDAR à absorption différentielle, Doppler et LIDAR à fluorescence, et les systèmes utilisés comme simples télémètres ou altimètres. Les conceptions varient selon le sujet à l’étude, la précision de mesure requise et les circonstances de leur déploiement. Chaque type de système est le produit de l’évaluation des capacités du matériel et des logiciels disponibles et de la manière dont ils peuvent être utilisés pour atteindre les objectifs de mesure.
Un système LIDAR mesure généralement la rétrodiffusion laser, qui est la lumière laser réfléchie. Il peut être conçu spécifiquement pour mesurer la rétrodiffusion laser directe, la rétrodiffusion décalée en longueur d’onde, la différence de taux d’absorption entre deux longueurs d’onde ou le changement de fréquence de la lumière rétrodiffusée. Un système de base se compose d’un émetteur, d’un récepteur et d’un composant d’analyse de données. Les conceptions du système LIDAR ont une configuration bistatique ou monostatique. Dans un système monostatique, l’émetteur et le récepteur sont situés ensemble, tandis que dans une conception bistatique, les deux sont séparés.
Une autre considération de conception est d’utiliser un agencement de capteur biaxial ou coaxial. Dans un agencement biaxial, l’axe de l’émetteur et du récepteur ont une orientation différente. La lumière rétrodiffusée ne peut être détectée par le récepteur que lorsque le sujet se trouve au-delà d’une certaine distance. L’axe de l’émetteur et du récepteur sont les mêmes dans une disposition coaxiale.
Les systèmes LIDAR qui utilisent des lasers pulsés ont généralement une configuration monostatique, mais peuvent avoir une configuration de capteur biaxiale ou coaxiale. Les systèmes utilisant un laser à onde continue ont généralement une configuration bistatique. Si la portée du sujet est relativement proche, une disposition coaxiale de l’émetteur et du récepteur est généralement préférée. Si la capacité proche de la cible n’est pas un problème, une disposition biaxiale peut être adoptée pour aider à éviter les complications dues à la rétrodiffusion laser à proximité.
Différentes conceptions de système LIDAR utilisent également différentes longueurs d’onde laser et diverses combinaisons de largeur de bande pour les émetteurs et les récepteurs. D’autres considérations de conception incluent les exigences d’utilisation en tant que LIDAR de recherche ou de recherche, et si le système sera en fonctionnement continu ou utilisé uniquement la nuit. Certains modèles utilisent des lasers accordables. Ces options sont soigneusement choisies pour poursuivre un objectif de mesure spécifique.
La composante d’analyse des données d’un système LIDAR utilise diverses techniques analytiques. Les LIDARS Mie, Rayliegh, Raman et à fluorescence sont conçus pour analyser différents types de motifs de rétrodiffusion laser. Les diagrammes de dispersion dépendent de la longueur d’onde. L’analyse de Mie décrit le mieux les motifs de diffusion lorsque la particule réfléchissante est à peu près de la même taille que la longueur d’onde. L’analyse de Rayleigh est plus précise pour les particules beaucoup plus petites que la longueur d’onde.
Les conceptions de Rayliegh et Mie examinent la rétrodiffusion élastique, dans laquelle la lumière réfléchie est de la même longueur d’onde que la lumière transmise. Raman LIDAR analyse la rétrodiffusion inélastique. Cela résulte du léger décalage de la longueur d’onde de la lumière lorsqu’elle est réfléchie par une particule. La quantité de décalage peut identifier la composition et la concentration atmosphérique des particules réfléchissantes. Fluorecence LIDAR utilise une analyse similaire pour examiner la rétrodiffusion des liquides et des solides.
Doppler LIDAR mesure les changements de fréquence de la lumière rétrodiffusée pour déterminer les changements de température et de vitesse ou de direction du vent. L’absorption différentielle transmet deux longueurs d’onde de lumière et mesure la différence d’absorption atmosphérique entre les deux longueurs d’onde. Les différences relatives d’absorption peuvent identifier les concentrations d’aérosols.
Chacune des différentes conceptions de système LIDAR utilise une configuration unique de matériel et de logiciel pour effectuer une mesure précise d’une quantité spécifique dans un ensemble limité de circonstances. Des systèmes plus polyvalents, comme un détecteur de vitesse de police, renvoient des résultats moins précis. Dans certains systèmes, la méthode analytique à employer dans le composant d’analyse des données détermine la conception matérielle du système. Dans d’autres, le matériel disponible dicte les conceptions de système qui peuvent être utilisées.