11 Light Detection and Ranging (LIDAR)

Question 1

LIDAR

• Prinzip
• Laufzeit Formel

Answer 1

◼ ein Laserpuls trifft nach einer Strecke 𝑧 auf streuende
Teilchen, wie Luftmoleküle oder Aerosole
◼ ein geringer Teil wird zum Teleskop zurückgestreut
und detektiert
◼ ein Pulsgenerator erzeugt das Synchronisationssignal,
das den Laser triggert und über eine einstellbare
Verzögerungseinheit den Verstärker schaltet

𝑡 =2*𝑧/𝑐

Question 2

Wie wird das Licht auf dem Weg zum Streuteilchen geschwächt

Answer 2

1. Absorption in der Atmosphäre

2. Streuung aus dem Strahlweg

Question 3

Energie 𝑊_𝐿 des Laserpulses bei gestreuter (!) Leistung

- Formel

Answer 3

𝑊_𝐿(𝑧 = 0) = 𝑃_0 *sqrt(𝜋) 𝑧_0/𝑐 = 𝑃_0𝜏_𝐿

Question 4

Raumwinkel

Answer 4

Ω =𝐴/𝑧^2

Question 5

Raumwinkel

Answer 5

Ω =𝐴/𝑧^2

A =  Fläche
z = Abstand (Radius)

Question 6

Reichweitenauflösung Δ𝑅 bei LIDAR

Answer 6

Δ𝑅 =𝑐* (𝜏_𝐿 + 𝜏_𝐷) /2

Laserpulsdauer 𝜏_𝐿
Detektorzeitkonstante 𝜏_𝐷

Question 7

Differentielles Absorptions-LIDAR – DIAL

- Prinzip

Answer 7

◼ Verwendung von zwei verschiedenen Wellenlängen: 𝜆1, 𝜆2 bei denen eine unterschiedliche Absorption auftritt
◼ die Wellenlänge liegen eng benachbart, bei einer absorbiert das nachzuweisende Gas stark (𝜆2), bei der
benachbarten nicht

Über die Absorption kann die absolute Dichte über der Höhe berechnet werden

Question 8

Methoden zur Verarbeitung eines hohen Dynamikbereichs bei LIDAR

Answer 8

• Variation der Signalverstärkung und der Detektorempfindlichkeit
• optische Signalkompression