Ένα σύστημα ανίχνευσης και εμβέλειας φωτός (LIDAR) χρησιμοποιείται συχνά σε ατμοσφαιρικές μελέτες. Μερικά από τα διαφορετικά σχέδια συστημάτων LIDAR είναι τα Mie και Rayleigh LIDAR, Raman και LIDAR διαφορικής απορρόφησης, Doppler και LIDAR φθορισμού, και συστήματα που χρησιμοποιούνται ως απλοί ανιχνευτές απόστασης ή υψομετρητές. Τα σχέδια ποικίλλουν ανάλογα με το υπό μελέτη θέμα, την ακρίβεια της μέτρησης που απαιτείται και τις συνθήκες ανάπτυξής τους. Κάθε τύπος συστήματος είναι προϊόν αξιολόγησης των δυνατοτήτων του διαθέσιμου υλικού και λογισμικού και του τρόπου με τον οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίτευξη των στόχων μέτρησης.
Ένα σύστημα LIDAR συνήθως μετρά την οπισθοσκέδαση λέιζερ, η οποία ανακλάται στο φως λέιζερ. Μπορεί να σχεδιαστεί ειδικά για τη μέτρηση της άμεσης οπισθοσκέδασης λέιζερ, της οπισθοσκέδασης με μετατόπιση μήκους κύματος, της διαφοράς στους ρυθμούς απορρόφησης μεταξύ δύο μηκών κύματος ή της αλλαγής συχνότητας στο οπισθοσκεδαστικό φως. Ένα βασικό σύστημα αποτελείται από έναν πομπό, έναν δέκτη και ένα στοιχείο ανάλυσης δεδομένων. Τα σχέδια συστημάτων LIDAR έχουν είτε διστατική είτε μονοστατική διαμόρφωση. Σε ένα μονοστατικό σύστημα, ο πομπός και ο δέκτης βρίσκονται μαζί, ενώ σε ένα διστατικό σχέδιο τα δύο είναι χωριστά.
Ένα άλλο θέμα σχεδιασμού είναι να χρησιμοποιηθεί είτε μια διαξονική ή ομοαξονική διάταξη αισθητήρα. Σε μια διαξονική διάταξη, ο άξονας του πομπού και του δέκτη έχουν διαφορετικό προσανατολισμό. Το πίσω διάσπαρτο φως μπορεί να ανιχνευθεί από τον δέκτη μόνο όταν το θέμα βρίσκεται πέρα από μια ορισμένη απόσταση. Ο άξονας του πομπού και του δέκτη είναι ο ίδιος σε ομοαξονική διάταξη.
Τα συστήματα LIDAR που χρησιμοποιούν παλμικά λέιζερ έχουν συνήθως μονοστατική διαμόρφωση, αλλά μπορεί να έχουν είτε διαξονική είτε ομοαξονική διάταξη αισθητήρα. Τα συστήματα που χρησιμοποιούν λέιζερ συνεχούς κύματος έχουν συνήθως διστατική διαμόρφωση. Εάν η εμβέλεια του θέματος είναι σχετικά κοντά, προτιμάται γενικά μια ομοαξονική διάταξη πομπού και δέκτη. Εάν η ικανότητα κοντά στο στόχο δεν αποτελεί πρόβλημα, μπορεί να υιοθετηθεί μια διαξονική διάταξη για την αποφυγή επιπλοκών από την κοντινή οπισθοσκέδαση λέιζερ.
Τα διαφορετικά σχέδια συστημάτων LIDAR χρησιμοποιούν επίσης διαφορετικά μήκη κύματος λέιζερ και διάφορους συνδυασμούς εύρους ζώνης για τους πομπούς και τους δέκτες. Άλλες εκτιμήσεις σχεδιασμού περιλαμβάνουν απαιτήσεις για χρήση ως LIDAR με ανιχνευτικό ή βλέμμα προς τα κάτω και εάν το σύστημα θα είναι σε συνεχή λειτουργία ή θα χρησιμοποιείται μόνο τη νύχτα. Ορισμένα σχέδια χρησιμοποιούν συντονίσιμα λέιζερ. Αυτές οι επιλογές επιλέγονται προσεκτικά για να επιδιώξουν έναν συγκεκριμένο στόχο μέτρησης.
Το στοιχείο ανάλυσης δεδομένων ενός συστήματος LIDAR χρησιμοποιεί διάφορες αναλυτικές τεχνικές. Τα Mie, Rayliegh, Raman και τα LIDARS φθορισμού έχουν σχεδιαστεί για να αναλύουν διαφορετικούς τύπους μοτίβων οπισθοσκέδασης λέιζερ. Τα μοτίβα διασποράς εξαρτώνται από το μήκος κύματος. Η ανάλυση Mie περιγράφει καλύτερα τα μοτίβα διασποράς όταν το ανακλώμενο σωματίδιο έχει περίπου το ίδιο μέγεθος με το μήκος κύματος. Η ανάλυση Rayleigh είναι πιο ακριβής για σωματίδια πολύ μικρότερα από το μήκος κύματος.
Τα σχέδια των Rayliegh και Mie εξετάζουν την ελαστική οπισθοσκέδαση, στην οποία το ανακλώμενο φως έχει το ίδιο μήκος κύματος με το φως που μεταδίδεται. Ο Raman LIDAR αναλύει την ανελαστική οπισθοσκέδαση. Αυτό προκύπτει από το φως που μετατοπίζεται ελαφρά στο μήκος κύματος όταν ανακλάται από ένα σωματίδιο. Η ποσότητα της μετατόπισης μπορεί να προσδιορίσει τη σύνθεση και την ατμοσφαιρική συγκέντρωση των ανακλώσιμων σωματιδίων. Φθορισμός Το LIDAR χρησιμοποιεί παρόμοια ανάλυση για να εξετάσει την οπισθοσκέδαση από υγρά και στερεά.
Το Doppler LIDAR μετρά τις μετατοπίσεις στη συχνότητα του οπισθοσκέδασου φωτός για να προσδιορίσει τις αλλαγές στη θερμοκρασία και την ταχύτητα ή την κατεύθυνση του ανέμου. Η διαφορική απορρόφηση μεταδίδει δύο μήκη κύματος φωτός και μετρά τη διαφορά στην ατμοσφαιρική απορρόφηση μεταξύ των δύο μηκών κύματος. Οι σχετικές διαφορές στην απορρόφηση μπορούν να ταυτοποιήσουν τις συγκεντρώσεις αερολύματος.
Κάθε ένα από τα διαφορετικά σχέδια συστημάτων LIDAR χρησιμοποιεί μια μοναδική διαμόρφωση υλικού και λογισμικού για να κάνει μια ακριβή μέτρηση μιας συγκεκριμένης ποσότητας υπό περιορισμένο σύνολο περιστάσεων. Πιο συστήματα γενικής χρήσης, όπως ένας αστυνομικός ανιχνευτής ταχύτητας, αποδίδουν λιγότερο ακριβή αποτελέσματα. Σε ορισμένα συστήματα, η αναλυτική μέθοδος που θα χρησιμοποιηθεί στο στοιχείο ανάλυσης δεδομένων καθορίζει τον σχεδιασμό του υλικού του συστήματος. Σε άλλα, το διαθέσιμο υλικό υπαγορεύει ποια σχέδια συστημάτων μπορούν να χρησιμοποιηθούν.