Valotunnistus- ja etäisyysjärjestelmää (LIDAR) käytetään usein ilmakehän tutkimuksissa. Eräitä LIDAR -järjestelmän malleja ovat Mie ja Rayleigh LIDAR, Raman ja differentiaalinen absorptio LIDAR, Doppler ja fluoresenssi LIDAR sekä järjestelmät, joita käytetään yksinkertaisina etäisyysmittarina tai korkeusmittarina. Suunnittelut vaihtelevat tutkittavan kohteen, vaaditun mittaustarkkuuden ja käyttöönotto -olosuhteiden mukaan. Jokainen järjestelmätyyppi arvioi saatavilla olevan laitteiston ja ohjelmiston ominaisuuksia ja sitä, miten sitä voidaan käyttää mittaustavoitteiden saavuttamiseen.
LIDAR -järjestelmä mittaa yleensä laserin takaisinsirontaa, joka heijastuu laservalosta. Se voidaan suunnitella erityisesti mittaamaan suoraa laserin takaisinsirontaa, aallonpituuden siirtämää takaisinsirontaa, kahden aallonpituuden välistä absorptiotaajuuden eroa tai taajuuden muutosta taaksepäin hajautetussa valossa. Perusjärjestelmä koostuu lähettimestä, vastaanottimesta ja data -analyysikomponentista. LIDAR -järjestelmissä on joko bistaattinen tai monostaattinen kokoonpano. Monostaattisessa järjestelmässä lähetin ja vastaanotin sijaitsevat yhdessä, kun taas bistaattisessa rakenteessa nämä kaksi ovat erillään.
Toinen suunnittelunäkökohta on käyttää joko kaksiaksiaalista tai koaksiaalista anturijärjestelyä. Biaksiaalisessa järjestelyssä lähettimen ja vastaanottimen akselilla on eri suunta. Vastaanotin voi havaita takaisinsironneen valon vain, kun kohde on tietyn matkan päässä. Lähettimen ja vastaanottimen akseli ovat samat koaksiaalisessa järjestelyssä.
Pulssilasereita käyttävillä LIDAR -järjestelmillä on yleensä monostaattinen kokoonpano, mutta niissä voi olla joko kaksiaksiaalinen tai koaksiaalinen anturijärjestely. Jatkuvaa aaltolaseria käyttävissä järjestelmissä on yleensä bistaattinen kokoonpano. Jos kohteen kantama on suhteellisen lähellä, lähettimen ja vastaanottimen koaksiaalinen järjestely on yleensä edullinen. Jos lähellä kohdetta oleva ominaisuus ei ole ongelma, voidaan käyttää kaksiakselista järjestelyä, jotta vältetään läheisen laser-takaisinsironnan aiheuttamat komplikaatiot.
Erilaiset LIDAR -järjestelmärakenteet käyttävät myös erilaisia laser -aallonpituuksia ja erilaisia kaistanleveysyhdistelmiä lähettimille ja vastaanottimille. Muita suunnittelunäkökohtia ovat vaatimukset, joita käytetään etsintä- tai alaspäin katsottavana LIDARina, ja onko järjestelmä jatkuvassa käytössä vai vain yöllä. Jotkut mallit käyttävät viritettäviä lasereita. Nämä vaihtoehdot on valittu huolellisesti tietyn mittaustavoitteen saavuttamiseksi.
LIDAR -järjestelmän tietoanalyysikomponentti hyödyntää erilaisia analyyttisiä tekniikoita. Mie, Rayliegh, Raman ja fluoresenssi LIDARS on suunniteltu analysoimaan erityyppisiä laser -takaisinsirontamalleja. Hajontakuviot riippuvat aallonpituudesta. Mie -analyysi kuvaa parhaiten sirontakuvioita, kun heijastava hiukkanen on suunnilleen samankokoinen kuin aallonpituus. Rayleigh -analyysi on tarkempi hiukkasille, jotka ovat paljon pienempiä kuin aallonpituus.
Raylieghin ja Mie -mallit tutkivat joustavaa takaisinsirontaa, jossa heijastuneen valon aallonpituus on sama kuin lähetetyn valon. Raman LIDAR analysoi joustamatonta takaisinsirontaa. Tämä johtuu siitä, että valo siirtyy hieman aallonpituudella hiukkasen heijastuessa. Muutoksen määrä voi tunnistaa heijastavien hiukkasten koostumuksen ja ilmakehän pitoisuuden. Fluorecence LIDAR käyttää samanlaista analyysiä tutkiakseen nesteiden ja kiintoaineiden takaisinsirontaa.
Doppler LIDAR mittaa takaisinsironneen valon taajuuden muutoksia määrittääkseen lämpötilan ja tuulen nopeuden tai suunnan muutokset. Differentiaalinen absorptio lähettää kaksi valon aallonpituutta ja mittaa kahden aallonpituuden välisen ilmakehän absorption eron. Suhteelliset erot absorptiossa voivat tunnistaa aerosolipitoisuudet.
Jokainen LIDAR -järjestelmämalli käyttää ainutlaatuista laitteisto- ja ohjelmistokokoonpanoa mitatakseen tietyn määrän tarkasti tietyissä olosuhteissa. Yleisimmät järjestelmät, kuten poliisin nopeustunnistin, palauttavat vähemmän tarkkoja tuloksia. Joissakin järjestelmissä tietojen analysointikomponentissa käytettävä analyyttinen menetelmä määrittää järjestelmän laitteiston suunnittelun. Toisissa käytettävissä oleva laitteisto määrää, mitä järjestelmärakennetta voidaan käyttää.