激光雷達(dá)Lidar Architecture and Lidar Design（下）
Considerations on Lidar Design
雙基地還是單基地？
雙軸還是同軸？
幾何重疊
向上還是向下看？
關(guān)心分散還是只關(guān)心時(shí)間？
發(fā)射器和接收器的波長
是否可調(diào)？
發(fā)射器和接收器的帶寬
功率/能量考慮
bit寬度-脈沖持續(xù)時(shí)間，重復(fù)率
夜間還是全天工作？
體積、質(zhì)量、成本、可靠性、穩(wěn)健性、操作性等？
Configuration & Arrangement
大多數(shù)現(xiàn)代激光雷達(dá)采用單站結(jié)構(gòu)，雙軸或同軸布置。
通常選擇雙軸或同軸布局。
由探測范圍決定。如果近場范圍是理想的。同軸布置是首選的，因?yàn)樗峁┩暾慕邮掌饕晥雠c激光束的重疊。如果近場雙軸排列有助于防止探測器因強(qiáng)近場散射而飽和。
掃描能力也可以發(fā)揮作用，以選擇雙軸或同軸。
地面激光雷達(dá)通常是向上的，而星載的激光雷達(dá)通常是俯視的。機(jī)載激光雷達(dá)可以是向上或向下看，取決于應(yīng)用程序的需要。
Bandwidth Consideration
發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的可能組合

Wavelength Consideration
決定波長選擇的三個(gè)主要因素：
第一，檢測對象-是否需要特定波長，例如Na或Fe原子躍遷波長，或H2差分吸收波長。
第二，太陽光譜強(qiáng)度-低太陽輻射是有益的在白天安裝信號音調(diào)比（SNR）。通常紫外太陽輻射低于可見光和紅外。
第三，激光通過介質(zhì)（如大氣或水）的傳輸。此外，可用的硬件往往是主要的限制。
太陽輻射中的Fraunhofer線是由若干條線組成的。
在連續(xù)太陽光譜的明亮背景下出現(xiàn)的上百條黑線，是由太陽外層大氣中較冷的氣體以與這些氣體的原子躍遷頻率相對應(yīng)的頻率吸收光而產(chǎn)生的，如原子H、Fe、Na、K、Ca、Mg、Li等，或地球大氣中的氧。
Fraunhofer Lines
夫瑯和費(fèi)線是以這位德國物理學(xué)家的名字命名的Joseph von Fraunhofer（1787-1826）。
在Fraunhofer深部工作的激光雷達(dá)線路得益于較低的太陽背景。

Nighttime-Only & Full Diurnal
這主要是對背景抑制的考慮。
即使只在夜間工作，干擾濾光片也是必要的，以抑制背景（如月亮、星星或城市光）并確保光電探測器的安全運(yùn)行。
與僅在夜間運(yùn)行相比，白天運(yùn)行需要在強(qiáng)得多的太陽背景下進(jìn)行額外的抑制。不僅需要帶寬非常窄的額外頻譜濾波器，還需要空間濾波器或最小化濾波器。
視場對于很大程度上抑制太陽背景是必要的。當(dāng)然，這也受到層飽和或幾何重疊問題的限制。
兩種主要的窄帶光譜濾波器：F-P標(biāo)準(zhǔn)具和原子/分子光譜過濾器（如法拉第過濾器或碘過濾器）。
Lidar Types & Hardware
傳統(tǒng)的Mie、Rayleigh、Raman激光雷達(dá)：
寬帶諧振
熒光激光雷達(dá)：
窄帶共振
熒光激光雷達(dá)：
寬帶差分吸收激光雷達(dá)：
窄帶差分吸收激光雷達(dá)：
相干多普勒激光雷達(dá)：
直接探測測風(fēng)激光雷達(dá)：
瑞利多普勒：
高光譜分辨率激光雷達(dá)：
Transmitter & Receiver
根據(jù)應(yīng)用需求和激光雷達(dá)類型，可能有幾種可能的發(fā)射器和接收器組合，以滿足相同的目標(biāo)。根據(jù)科學(xué)需要、技術(shù)可行性、成本、性能、可靠性等選擇最佳方案。
可調(diào)諧激光器的選擇取決于應(yīng)用的需要，例如共振熒光和撥號激光雷達(dá)需要可調(diào)諧，而傳統(tǒng)的Mie、Rayleigh和Raman散射激光雷達(dá)只需要固定的波長。
脈沖能量、重復(fù)頻率和持續(xù)時(shí)間的選擇，主要考慮信噪比、測量分辨率以及整個(gè)系統(tǒng)的成本、體積、質(zhì)量等。
選擇遠(yuǎn)程的面積、類型、結(jié)構(gòu)；探測器類型、尺寸、量子效率、最大計(jì)數(shù)率；
濾波器的類型、尺寸、帶寬、傳輸，主要關(guān)系到信噪比、測量分辨率以及整個(gè)系統(tǒng)的成本、體積、質(zhì)量等。
Further Considerations
是否記錄每個(gè)脈沖？
bit寬度或分辨率
是否記錄系統(tǒng)參數(shù)？
定時(shí)控制
移動還是不移動？
是否需要精確的光束點(diǎn)控制？
是否需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)縮減？
眼睛安全與否？
Summary
激光雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)是激光雷達(dá)設(shè)備的一門技術(shù)結(jié)構(gòu)，涉及到激光雷達(dá)的硬件和軟件、激光雷達(dá)的配置和布局等。
激光雷達(dá)的基本結(jié)構(gòu)包括激光雷達(dá)發(fā)射器、接收器和數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)。有的合并了收發(fā)機(jī)。基本的激光雷達(dá)配置是雙基地和單基地配置?；镜募す饫走_(dá)布置是雙軸和同軸布置。
設(shè)計(jì)基于對所涉及的物理相互作用和過程的理解、激光雷達(dá)模擬以及激光雷達(dá)類型、配置、布局以及硬件和軟件的選擇，以設(shè)計(jì)滿足測量目標(biāo)（主題、準(zhǔn)確的、精度、分辨率、可靠性等）的激光雷達(dá)。
除了基本結(jié)構(gòu)、配置和布局外，還應(yīng)更多考慮波長（具體要求和太陽光譜強(qiáng)度）、發(fā)射器和接收器的帶寬（應(yīng)用需求-光譜是否解決，僅夜間或全日循環(huán)）、激光功率/能量、重復(fù)率，脈沖持續(xù)時(shí)間、接收面積、探測器效率和性能、數(shù)據(jù)采集軟件、系統(tǒng)定時(shí)和協(xié)調(diào)控制。成本、體積、質(zhì)量、可靠性等也將成為現(xiàn)實(shí)。

總結(jié)

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