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Eine sehr kurze Einführung:

Was ist ein Lidar und wie funktioniert es?

A very brief introduction to lidar(in German)

Matthias Wiegner, 2003

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Zunächst einmal:

Lidar ist die Abkürzung für„Light detection and Ranging“

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Teleskop Laser

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Ausgesendeter Puls

Teleskop Laser

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Streuung u.a. an Aerosolpartikeln(in alle Richtungen, ein Teil zurück)

Ausgesendeter Puls

Teleskop Laser

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Streuung u.a. an Aerosolpartikeln(in alle Richtungen, ein Teil zurück)

Ausgesendeter PulsRückgestreutesSignal

Teleskop Laser

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Geometrie einerLidar-Messung

Nichtmassstabsgetreu!

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Laser: beleuchtetes Volumen

Geometrie einerLidar-Messung

Nichtmassstabsgetreu!

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Laser: beleuchtetes VolumenTeleskop: sichtbares Volumen

Geometrie einerLidar-Messung

Nichtmassstabsgetreu!

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Bis hier überlappen die beidenGesichtsfelder nicht, d.h., keinLidarsignal vorhanden

Laser: beleuchtetes VolumenTeleskop: sichtbares Volumen

Geometrie einerLidar-Messung

Nichtmassstabsgetreu!

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Bis hier überlappen die beidenGesichtsfelder nicht, d.h., keinLidarsignal vorhanden

Laser: beleuchtetes VolumenTeleskop: sichtbares Volumen

Geometrie einerLidar-Messung

ab hier überlappen sievollständig, d.h.,auswertbares Signal

Nichtmassstabsgetreu!

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Zeitachse

Puls

Zeit-Domänen einerLidar-Messung

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Zeitachse

PulsPuls

Zeit-Domänen einerLidar-Messung

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Zeitachse

PulsPuls Puls

Zeit-Domänen einerLidar-Messung

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Zeitachse

Puls PulsPuls Puls

Zeit-Domänen einerLidar-Messung

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Zeitachse

Puls PulsPuls Puls

zur besseren Vergleichbarkeit: alle Zeiten in µs

Zeit-Domänen einerLidar-Messung

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Zeitachse

Puls PulsPuls Puls

Pulsabstand: 100000 µs (d.h. Pulsfolgefrequenz 10 Hz)

Pulsdauer: 0.01 µs

Zeit-Domänen einerLidar-Messung

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Puls Puls

Vergrößerung desZeitmaßstabes:100 µs

Zeitachse

Pulsabstand: 100000 µs (d.h. Pulsfolgefrequenz 10 Hz)

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Puls Puls

Innerhalb von 100 µs legt Licht 30 kmzurück. D.h.: Zeit für 15 km Hin- und 15 km Rückweg:Sondierung der Atmosphäre möglich

Zeitachse

Pulsabstand: 100000 µs (d.h. Pulsfolgefrequenz 10 Hz)

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Puls

Zeitachse

Puls

Nochmals: Vergrößerungdes Zeitmaßstabes

15 km-Atmosphäre: 100 µs

Pulsabstand: 100000 µs (d.h. Pulsfolgefrequenz 10 Hz)

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Puls

Lidarsignal wird mit 0.025 µs Auflösung abgetastet: entspricht einer räumlichen Auflösung von 3.75 m

Puls

15 km-Atmosphäre: 100 µs

Zeitachse

Pulsabstand: 100000 µs (d.h. Pulsfolgefrequenz 10 Hz)

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Zum Schluß noch ein Beispiel einerLidar-Messung

und zwar:

simulierte Signale (ohne Rauschen)bei drei Wellenlängen

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355 nm532 nm

1064 nm

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Aerosol-Extinktionsprofil (532 nm)

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Aerosol: deutliche Grenzschicht bis 1 km

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Aerosol: schwache Schicht 2-3 km

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deutlicher Signalabfall zeigt Oberkanteder Grenzschicht

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Aerosolschicht ist deutlicherkennbar, insb. bei langenWellenlängen

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Signal aus aerosolfreienSchichten wird für dieKalibration verwendet

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Unvollständiger Überlapp:keine Auswertung möglich

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Beachte:sehr großer Dynamikbereich erforderthöchste Ansprüche an Signalverarbeitung

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So, jetzt wissen Sie alles über ein Lidar

Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Now you know all about lidar

Thank you for your attention


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