Sistem deteksi dan jangkauan cahaya (LIDAR) sering digunakan dalam studi atmosfer. Beberapa desain sistem LIDAR yang berbeda adalah LIDAR Mie dan Rayleigh, Raman dan LIDAR penyerapan diferensial, Doppler dan LIDAR fluoresensi, dan sistem yang digunakan sebagai pencari jarak atau altimeter sederhana. Desain bervariasi sesuai dengan subjek yang diteliti, ketepatan pengukuran yang diperlukan dan keadaan penerapannya. Setiap jenis sistem adalah produk evaluasi kemampuan perangkat keras dan perangkat lunak yang tersedia dan bagaimana dapat digunakan untuk memenuhi tujuan pengukuran.
Sistem LIDAR biasanya mengukur laser backscatter, yang dipantulkan sinar laser. Ini mungkin dirancang khusus untuk mengukur hamburan balik laser langsung, hamburan balik yang bergeser panjang gelombang, perbedaan tingkat penyerapan antara dua panjang gelombang, atau perubahan frekuensi dalam cahaya hamburan balik. Sebuah sistem dasar terdiri dari pemancar, penerima dan komponen analisis data. Desain sistem LIDAR memiliki konfigurasi bistatic atau monostatic. Dalam sistem monostatik, pemancar dan penerima terletak bersama, sedangkan dalam desain bistatik keduanya terpisah.
Pertimbangan desain lainnya adalah menggunakan pengaturan sensor biaksial atau koaksial. Dalam susunan biaksial, sumbu pemancar dan penerima memiliki orientasi yang berbeda. Cahaya hamburan balik dapat dideteksi oleh penerima hanya ketika subjek berada di luar jarak tertentu. Sumbu pemancar dan penerima sama dalam pengaturan koaksial.
Sistem LIDAR yang menggunakan laser berdenyut biasanya memiliki konfigurasi monostatik, tetapi mungkin memiliki pengaturan sensor biaksial atau koaksial. Sistem yang menggunakan laser gelombang kontinu biasanya memiliki konfigurasi bistatik. Jika jangkauan subjek relatif dekat, pengaturan koaksial pemancar dan penerima umumnya lebih disukai. Jika kemampuan dekat target tidak menjadi masalah, pengaturan biaksial mungkin diadopsi untuk membantu menghindari komplikasi dari hamburan balik laser di dekatnya.
Desain sistem LIDAR yang berbeda juga menggunakan panjang gelombang laser yang berbeda, dan berbagai kombinasi bandwidth untuk pemancar dan penerima. Pertimbangan desain lainnya termasuk persyaratan untuk digunakan sebagai LIDAR look-up atau look-down, dan apakah sistem akan terus beroperasi atau hanya digunakan pada malam hari. Beberapa desain menggunakan laser merdu. Opsi ini dipilih dengan cermat untuk mengejar tujuan pengukuran tertentu.
Komponen analisis data dari sistem LIDAR menggunakan berbagai teknik analitik. Mie, Rayliegh, Raman, dan LIDARS fluoresensi dirancang untuk menganalisis berbagai jenis pola hamburan balik laser. Pola hamburan bergantung pada panjang gelombang. Analisis Mie paling baik menggambarkan pola hamburan ketika partikel pemantul berukuran hampir sama dengan panjang gelombang. Analisis Rayleigh lebih akurat untuk partikel yang jauh lebih kecil daripada panjang gelombang.
Desain Rayliegh dan Mie meneliti hamburan balik elastis, di mana cahaya yang dipantulkan memiliki panjang gelombang yang sama dengan cahaya yang ditransmisikan. Raman LIDAR menganalisis hamburan balik inelastis. Ini hasil dari cahaya yang bergeser sedikit dalam panjang gelombang ketika dipantulkan oleh partikel. Jumlah pergeseran dapat mengidentifikasi susunan dan konsentrasi atmosfer dari partikel yang memantulkan. Fluorecence LIDAR menggunakan analisis serupa untuk memeriksa hamburan balik dari cairan dan padatan.
Doppler LIDAR mengukur pergeseran frekuensi backscattered light untuk menentukan perubahan suhu dan kecepatan atau arah angin. Penyerapan diferensial mentransmisikan dua panjang gelombang cahaya dan mengukur perbedaan penyerapan atmosfer antara dua panjang gelombang. Perbedaan relatif dalam penyerapan dapat mengidentifikasi konsentrasi aerosol.
Masing-masing desain sistem LIDAR yang berbeda menggunakan konfigurasi perangkat keras dan perangkat lunak yang unik untuk membuat pengukuran yang tepat dari kuantitas tertentu dalam keadaan terbatas. Sistem yang lebih umum, seperti pendeteksi kecepatan polisi, memberikan hasil yang kurang tepat. Dalam beberapa sistem, metode analitik yang akan digunakan dalam komponen analisis data menentukan desain perangkat keras sistem. Di tempat lain, perangkat keras yang tersedia menentukan desain sistem apa yang dapat digunakan.