Ett ljusdetektions- och avståndssystem (LIDAR) används ofta i atmosfäriska studier. Några av de olika LIDAR-systemdesignerna är Mie och Rayleigh LIDAR, Raman och differentiell absorption LIDAR, Doppler och fluorescens LIDAR, och system som används som enkla avståndsmätare eller höjdmätare. Designen varierar beroende på ämnet som studeras, precisionen i mätningen som krävs och omständigheterna för deras utplacering. Varje typ av system är en produkt av att utvärdera kapaciteten hos den tillgängliga hårdvaran och mjukvaran och hur den kan användas för att uppfylla mätmålen.
Ett LIDAR-system mäter vanligtvis laserbackscatter, vilket är reflekterat laserljus. Den kan utformas specifikt för att mäta direkt laserbakåtspridning, våglängdsförskjuten bakåtspridning, skillnaden i absorptionshastigheter mellan två våglängder eller frekvensförändring i tillbakaspritt ljus. Ett bassystem består av en sändare, en mottagare och en dataanalyskomponent. LIDAR-systemkonstruktioner har antingen en bistatisk eller en monostatisk konfiguration. I ett monostatiskt system är sändaren och mottagaren placerade tillsammans, medan i en bistatisk design är de två separata.
Ett annat konstruktionsövervägande är att använda antingen ett biaxiellt eller koaxiellt sensorarrangemang. I ett biaxiellt arrangemang har sändarens och mottagarens axel en annan orientering. Bakåtspritt ljus kan endast upptäckas av mottagaren när motivet är bortom ett visst avstånd. Axeln för sändaren och mottagaren är densamma i ett koaxialt arrangemang.
LIDAR-system som använder pulsade lasrar har vanligtvis en monostatisk konfiguration, men kan ha antingen ett biaxiellt eller ett koaxiellt sensorarrangemang. System som använder en kontinuerlig våglaser har vanligtvis en bistatisk konfiguration. Om räckvidden för motivet är relativt nära, är ett koaxialt arrangemang av sändare och mottagare i allmänhet att föredra. Om nära-mål-kapacitet inte är ett problem, kan ett biaxiellt arrangemang användas för att undvika komplikationer från närliggande laserbackscatter.
Olika LIDAR-systemdesigner använder också olika laservåglängder och olika bandbreddskombinationer för sändarna och mottagarna. Andra designöverväganden inkluderar krav på användning som en uppslags- eller nedåtblicks-LIDAR, och om systemet kommer att vara i kontinuerlig drift eller endast användas på natten. Vissa konstruktioner använder sig av avstämbara lasrar. Dessa alternativ är noggrant utvalda för att uppnå ett specifikt mätmål.
Dataanalyskomponenten i ett LIDAR-system använder sig av olika analystekniker. Mie, Rayliegh, Raman och fluorescens-LIDARS är designade för att analysera olika typer av laserbackscatter-mönster. Spridningsmönster beror på våglängd. Mie-analys beskriver bäst spridningsmönster när den reflekterande partikeln är ungefär lika stor som våglängden. Rayleigh-analys är mer exakt för partiklar som är mycket mindre än våglängden.
Raylieghs och Mie-designerna undersöker elastisk backscatter, där det reflekterade ljuset har samma våglängd som det överförda ljuset. Raman LIDAR analyserar oelastisk backscatter. Detta beror på att ljus förskjuts något i våglängd när det reflekteras av en partikel. Mängden förskjutning kan identifiera de reflekterande partiklarnas sammansättning och atmosfäriska koncentration. Fluorecens LIDAR använder en liknande analys för att undersöka återspridning från vätskor och fasta ämnen.
Doppler LIDAR mäter förändringar i frekvensen av tillbakaspritt ljus för att bestämma förändringar i temperatur och vindhastighet eller riktning. Differentialabsorption överför två våglängder av ljus och mäter skillnaden i atmosfärisk absorption mellan de två våglängderna. De relativa skillnaderna i absorption kan identifiera aerosolkoncentrationer.
Var och en av de olika LIDAR-systemdesignerna använder en unik konfiguration av hårdvara och mjukvara för att göra en exakt mätning av en specifik kvantitet under en begränsad uppsättning omständigheter. Mer generella system, såsom en polishastighetsdetektor, ger mindre exakta resultat. I vissa system bestämmer analysmetoden som ska användas i dataanalyskomponenten systemets hårdvarudesign. I andra bestämmer tillgänglig hårdvara vilken systemdesign som kan användas.