激光雷達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？
關心分散還是只關心時間？
發射器和接收器的波長
是否可調？
發射器和接收器的帶寬
功率/能量考慮
bit寬度-脈沖持續時間，重復率
夜間還是全天工作？
體積、質量、成本、可靠性、穩健性、操作性等？
Configuration & Arrangement
大多數現代激光雷達采用單站結構，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，因為它提供完整的接收器視場與激光束的重疊。如果近場雙軸排列有助于防止探測器因強近場散射而飽和。
掃描能力也可以發揮作用，以選擇雙軸或同軸。
地面激光雷達通常是向上的，而星載的激光雷達通常是俯視的。機載激光雷達可以是向上或向下看，取決于應用程序的需要。
Bandwidth Consideration
發射機和接收機的可能組合

Wavelength Consideration
決定波長選擇的三個主要因素：
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，太陽光譜強度-低太陽輻射是有益的在白天安裝信號音調比（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（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。
在連續太陽光譜的明亮背景下出現的上百條黑線，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的頻率吸收光而產生的，如原子H、Fe、Na、K、Ca、Mg、Li等，或地球大氣中的氧。
Fraunhofer Lines
夫瑯和費線是以這位德國物理學家的名字命名的Joseph von Fraunhofer（1787-1826）。
在Fraunhofer深部工作的激光雷達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行。
與僅在夜間運行相比，白天運行需要在強得多的太陽背景下進行額外的抑制。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標準具和原子/分子光譜過濾器（如法拉第過濾器或碘過濾器）。
Lidar Types & Hardware
傳統的Mie、Rayleigh、Raman激光雷達：
寬帶諧振
熒光激光雷達：
窄帶共振
熒光激光雷達：
寬帶差分吸收激光雷達：
窄帶差分吸收激光雷達：
相干多普勒激光雷達：
直接探測測風激光雷達：
瑞利多普勒：
高光譜分辨率激光雷達：
Transmitter & Receiver
根據應用需求和激光雷達類型，可能有幾種可能的發射器和接收器組合，以滿足相同的目標。根據科學需要、技術可行性、成本、性能、可靠性等選擇最佳方案。
可調諧激光器的選擇取決于應用的需要，例如共振熒光和撥號激光雷達需要可調諧，而傳統的Mie、Rayleigh和Raman散射激光雷達只需要固定的波長。
脈沖能量、重復頻率和持續時間的選擇，主要考慮信噪比、測量分辨率以及整個系統的成本、體積、質量等。
選擇遠程的面積、類型、結構；探測器類型、尺寸、量子效率、最大計數率；
濾波器的類型、尺寸、帶寬、傳輸，主要關系到信噪比、測量分辨率以及整個系統的成本、體積、質量等。
Further Considerations
是否記錄每個脈沖？
bit寬度或分辨率
是否記錄系統參數？
定時控制
移動還是不移動？
是否需要精確的光束點控制？
是否需要實時數據縮減？
眼睛安全與否？
Summary
激光雷達體系結構是激光雷達設備的一門技術結構，涉及到激光雷達的硬件和軟件、激光雷達的配置和布局等。
激光雷達的基本結構包括激光雷達發射器、接收器和數據采集和控制系統。有的合并了收發機。基本的激光雷達配置是雙基地和單基地配置。基本的激光雷達布置是雙軸和同軸布置。
設計基于對所涉及的物理相互作用和過程的理解、激光雷達模擬以及激光雷達類型、配置、布局以及硬件和軟件的選擇，以設計滿足測量目標（主題、準確的、精度、分辨率、可靠性等）的激光雷達。
除了基本結構、配置和布局外，還應更多考慮波長（具體要求和太陽光譜強度）、發射器和接收器的帶寬（應用需求-光譜是否解決，僅夜間或全日循環）、激光功率/能量、重復率，脈沖持續時間、接收面積、探測器效率和性能、數據采集軟件、系統定時和協調控制。成本、體積、質量、可靠性等也將成為現實。

總結

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