c #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

12
Ingeniería 67 Vol. 10 No. 2 Teoría, diseño básico y señales recibidas por un sistema LIDAR para mediciones atmosféricas Héctor Hernán González Becerra 1 Jaime Humberto Angulo Chavarro 2 1 Ingeniero Electrónico de la Universidad Distrital. 2 Profesor de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Distrital. Artículo recibido en Septiembre de 2005 Aceptado en Octubre de 2005 RESUMEN LIDAR (LIght Detection And Ranging) es un sistema de detección remota activa que uti- liza principios similares al radar, usando un haz láser. La interacción luz atmósfera produce fenómenos ópticos que el sistema detecta, mide y procesa. De acuerdo con las características instrumentales tanto en la etapa de transmisión como en la de recepción, pueden extraerse di- ferentes parámetros atmosféricos como perfi- les de temperatura, densidad, niveles de con- centración de aerosoles, contaminación, ozo- no y otros. Se presenta la conceptualización teórica y el diseño de un sistema general, para finalizar con una aproximación a las señales que recibiría un LIDAR real. Palabras clave: atmósfera, dispersión, extin- ción, haz láser, lidar. Theory, basic design and signals received for a lidar system for atmospheric measurements ABSTRACT LIDAR (LIght Detection And Ranging) is an active remote sensing system that uses principles somewhat like the radar, but using a laser beam. The light atmosphere interaction yields optical fenomena that the system detect, measure and process. In agreement with the instrumental features both transmission and reception stages, can be to extract several atmospheric features like temperature profiles, density, concentration levels of particles and aerosols, pollution, ozone and others. Introducing to the theoretic concepts and the design of a basic system, and to end, an aproximation to the signals that would receive an actual LIDAR. Key words: atmosphere, scattering, extintion, laser beam, LIDAR. 1. INTRODUCCIÓN La óptica atmosférica involucra la transmi- sión, absorción, emisión, refracción y reflexión de la luz por parte de la atmósfera y es proba- blemente uno de los fenómenos ópticos del que se hacen más observaciones. La atmósfera es un fluido que interactúa con la luz debido a su composición, que bajo condiciones normales, está constituida por una gran variedad de espe- cies moleculares y pequeñas partículas o aerosoles. Estas propiedades físicas y químicas cambian en función del tiempo, la altitud y la ubicación geográfica (son altamente dependien- tes de las condiciones locales y regionales). La mayoría de estas propiedades pueden descri- birse en un nivel adecuado observando la com- posición de lo que generalmente se denomina atmósfera estándar. De esta manera, se obtiene una base para la determinación cuantitativa de la interacción a nivel molecular de gases, aerosoles y partículas en la atmósfera con un frente de onda óptica que se propaga a través de ésta. La tabla I muestra los principales componen- tes a nivel molecular y sus niveles de concen- tración aproximados en unidades de atm. Tam- bién se muestran algunos componentes a nivel de aerosoles. Tabla I. Principales componentes atmosféricos: moléculas (con sus niveles de concentración aproximados), y aerosoles. N 2 0.781 Sal marina O 2 0.209 Polen H 2 O 0.0775 (variable) Polvo mineral CO 2 3.3×10 -4 Gotas de ácido sulfúrico CH 4 1.7×10 -6 N 2 O 3.2×10 -7 Humo de hidrocarburos CO 1.5×10 -7 O 3 2.66×10 -8 Restos de insectos Molécula P (atm) Aerosoles

Upload: others

Post on 21-Jul-2022

19 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������!"�������������

�����C���#�7��3'#����9�#�7���#����3���#�(���%��#�#��$��-���(����$��������#���$�#5?����#

�.�� ������,�� �/,��/�=������

������������� ����� �8*�����

1 Ingeniero Electrónico de laUniversidad Distrital.

2 Profesor de la Facultad deIngeniería de la UniversidadDistrital.

������� �������� ��������������������

�������� ���� �������������

��������")67�#�"���)������6� �7������%���

���������� �� �������������������������9�� ��������������������������� �������� ������ ����������������������� �E������������ �������������������������������� �������� �����������)������� ������������������������������������������������ ��������������������� ���������������� ����0������� �9�����������������������������������9���� ������������� ���� � ���������� ����9���������� ������������������������ 9��������1���������������������� ����������������� ���&� ������������������������������� �������������0����������������&����������������������")67������

���!���������"����������� ������������0��9�������� ���������� ���

�;��9�>� <�� � ������ �� �����9� ��=��� 8�9� � ���9� ������� 8�9����:;�9� �����9�����

���������")67�#�"���)������6� �7������%������

������ ����� �������� ������ ��� ������������������G�����H������� ��������������������������<��������E���������������������� ���������������������������� �������������� ���������"�����������G���������������������������������������� �������� ������� ���� ��� � �0���� ���������������������������H�������������������� ������������������������������������� �������� �������� ��� �� � �����"�� �������������������������� ��� ������ �� �� ������ ������� �� � � �� �� �����0���������������������G�� ������������������")67�

#��� $���"� ���������� ����������0�������������������")67�

�� ���������� ��������������������������������������9

�������������������������������������������0��� ������� ��������� �����������������������9����������� �������������������� ����������������������������������������������������� �����������4���������� � ��� �������������������������� ������������������������� ������������������� � � ������9���������������� �� �����&��� ���������� ���������-��������� � ���������������������������������������� ���������������� �������������������������#����������� ���� ���9��� �������� �������������������������%����������� ������������ � ������ ��� �����9������������������� ���� �������� ������9�������� ����������������������� �������������������+������)��������������������������������������� ���������������������� ���� ����������� �� ��������������� �� ���������������������������������������������������� ��� ����������������������������� ������

��������"�����������������������������9���������������������������������� �������9����������0��� �������� � ��� ������<��9��������������������������������������� ����������

Tabla I. Principales componentes atmosféricos:moléculas (con sus niveles de concentración

aproximados), y aerosoles.

N2 0.781 Sal marinaO2 0.209 PolenH2O 0.0775 (variable) Polvo mineralCO2 3.3×10-4 Gotas de ácido sulfúricoCH4 1.7×10-6

N2O 3.2×10-7 Humo de hidrocarburosCO 1.5×10-7

O3 2.66×10-8 Restos de insectos

Molécula P (atm) Aerosoles

Page 2: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������!# �������������

#'%

!� ����$�����"����������� �"�*�?���� �)���

��� ����������� ������� �� ��� �� � �� �� ������������������ ����������������� ��0������������0��� ��������� ��� ���� �@���E���������

∫=−

xdxtxN

etIxtI 0'),'()(

)0,,(),',(λκ

λλ

� ��5#λ2��K2��%������������� � � ����� ����9�� ������� ������������� ���������������2�&λ(����������������� ���0��������������������,#�2��%������� ���������������������������� �������������������������� ����� ������9������>�λ������������ � ��� �� ������� ������������������������ ��������K������������������� ���������� � �������������

-�������������������� ���0������������9�4���������������������� ������������������������������ �������������������������9��������0������� ����� �

κ(λ) = κ�(λ)`κ

-(λ)`κ

>(λ)#7% ��#(%

� ���������� ������������������������9���������� ��� ������ ������������������ ��9��������7������������� ����������5����������9�������

�+��=��&$���#������#(��#�&�

��� ����������7��������������� ��������������9���� ������� ������������� ��� ����� ����� �9����� �������������������������� ������������������������������������� ������������������������������ �����-�������9������������������� ���������������� � ��������� � ��� �� ������� �������������������� ���������������� ����� ����������#�9������������������%����� ����������5��������9����������� ����������7����������0�������������&������� ����� ������������� �������� ��� �������� � ���������� � ��� �� ������ ����� ����������� �������������������� �9��� ���������������������������J'K�

&� "����=���")67�#�������� ���"���)�����

6� �7������%����������������� ����� �� �9�������������������������� �������������9������ ������������������������������� ���� �� ������� ���� ��� ��������� ��� �������

#���H��������%������� �� ����� ������������������� ��������������������� ��� ������������������ ���������������-�������������������� ����� ��� ������� ����������� ���������������������� ����������1������������ ���������������� ������������������������ � � ������� � ��� �������������������������������������������������9����� ���������������������������������'��������������������������������������� ��������������� ��������������������

Figura 1. Concepto y elementos básicosde un sistema LIDAR.

=����������")67������������������������9 �� ��� ��������������������������� �������� ���������������-���� �����0��� ������������ ������ ����������������� ���������������������������� �� ������������������ ��6�� � �������������������� ������������������������ �� ������� ������������� ��������������������������������������� ������� ������������������������ �������� �������������#8Z?%�������� �������������� ���������� �� ������������������������������������1������������������������������� �������������� ������������ � ��� � ����������������������������� ����������������������������������������������� � ���� ������� ������� ������������� ����������� �� ���������������������� � �� �9��� ��������&������������� ��� ������������ ����������� �� ������������� ���������9�� � �������������������������� �������������������� ���������������������������������������J(K�

����������(������������������������9��� ����")67�

Page 3: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������!$�������������

#R%

Figura 2. Elementos básicos que componen un LIDAR.

=����������")67����������� ��������� �������������� ��� ��� ��������������9���� ������������������������������� ������9��������#�������������������� ���� %���������9������ ��������")67� ����������� ������9�����#)"6�%�

�+���%���&��-���

�����&����")67�������������� �� �� �������������� ��%

����� �� �������������

�� �� ��������������#\����������'WPV%

#O%

2

')'(20)(

r

eKArFPP

r

T drr

tr π

ρα∫⋅⋅⋅⋅⋅

=−

� ��%���������������������� ���/&�(������

����� ������������� ����� �������� ����������� ��������� ������������������������0������������ �����������#�(%��;����������9�������������� �����������ρ���������������� � �������#��9'%��������������� ���������#�%���α

)�&�(�������������������� �����������#H�9'%

���������������������������

3�� �������� �������������������������������� ������������������������������ ���� ������� ������������������ �������(π�(������9� ���������������� �������0����������������� �������������������������������9��� ������������ ����������� ������������� ��������� ��� ������� ��� ����� ��'M��(���������� ��@���9���������������������������;������������� ����� ����������������9�� ��������� ��������������������������9����� ��� ������ /&�( � � ��� ��� �� ����� ������������������ � � ����&��������� ��������������

.��� � ��� ���� ��� ����������")67����������������������������������������������� � �����������

ρ = β (λ,��)⋅ ⋅τ / 2���������������������������������#$%

� ��β #λ2��%����������������� �� ��������� ����������������#�9'��9'%��τ������� ������� �������� ���������#�%���� ������������ � � ������� #�M�%��������������������������� ������� ������������ � � ������� ������ �������� ������� ������������� τL7�

#2%

2

')'(20

2),()(

)(r

ecrKArFPrP

r

T drr

t

r π

τλβα∫⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

=

��������������� ����������������� ������9��%

�&�(�������� ������� ����

-������������� ����������������M���9��������������������������")67� ���9������������� ��������/#-%��-����������9������������������� ����� �������������� ���������� ��������������������������� �������� ��������������������� ����������9���������� ������-������������������9�����������������������")67����� � �������� ��� ���������������� �����������������9������������������������������N���'��3�� � ���������������� �� �

oA

rARF

)()( =

� ��0&�(�������������������� ������������0

������������������JOK�

�+��#E%�$���������#$�#�&�

-���������� ���������� ������������� ������������")67������������� ����������9���������� ������������� ��� ��� �������������������������O�

Figura 3. Alternativa para la implementaciónde la sección de transmisión.

Page 4: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������"� �������������

�+�����#�������������

-�������� ������������ ����������� � � ���� ����� ��������������� �����������������9 ������������������������ ������������������������� ������0����������������������9�������� �������� �������� ������������ � �� �������&��� �� ���������� �������������9��������������� � ���������

������������� ����������������� ����� ������������������������ ��������������� �� ������������������ �������������������9����������������������������� ��� ����)���������������������������������������������9��������������� ����������������� ������������������ ������������������ ������������������������������������ ��� ������ �����9�����-�������������������������� ��������� �������� ���������� ���� ���������������������������������� ����������� ����#�������9����� ������� %���������������������������� ����� ������������������������9���������)������������������������������� ���������������������������� �� ����������� � ���� ������ �������������������������9��� ������������ ��������������������������0��� ����������������������������9������� �������&���������������������������������������������������������������9 �����������-�������� ��������������������������������������$�J2K�

Figura 4. Variación de la energía del haz a través del tiempo.

Figura 5. Elementos esenciales de un sensor ambientalláser que emplea un telescopio newtoniano.

-������������������������������������������������ ��������������������������������������� � ���������������������-����������� 2� ��� ���������� ��� ������� ���0�����G�����

�������������������������������������������� ������������ �� ��� ��������� �� ��� ��������������������������������������������������������������������������������������� �������������������� ������� � ���� �������������� ������������������������������� � ����������������������������&�������� ������������������������������ �������JWK�

-���������� ������������������������������� �������������")67�����������������������R�J$K�

Figura 6. Diagrama esquemático del sistema de recepción LIDAR.

�+��#E%�$���������(��&�

-���������� ��������������0����� ������9�������������������-��������������+�� ����������������������������� ������� ��������������������������������������������������������6��������������������������������������������������������� �����������������������������������������+�� ���=���")67���9��������� ������ ���������������-���������9�����0����������� ����� ��������������� ������������� ����������� ����������������������������������������0��������� ����������������������������������� ��������� �������������9���������� �����4���������� ������� �

(� ����1���.�������"��������

�+�����������#����#�����B�4��'#��

)��������� ������������������ ��������������������������*

U -�������� � *�#>7%�g�λ#���%�#�� ������� ���������� � � ����� ��1���������������9��������� ��� �� � ���� ��� ��� ��� �� ������������%�

U )����������� ����� *�#θ1%�g�λ#���%

������������������� ������ ������ ����� ���

#V%

0

2

0

4

θπλ⋅⋅⋅= M

W

Page 5: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������"�������������

#'$%

#'O%

.�������������� ����� ���������� ����� ����� ��������������������������� ������� ����������������� �� ������������

#P% 220

20

2)( zWzW ⋅+= θ

1������������������������������ � ������ ����������������� ����������0���� ��'NN���

#W%

0

)(

ωπλωθ⋅

==z

zGd

#'N% 2/12

20

0 1)(

⋅⋅+=ωπλωω z

z

Figura 7. Comparación de las ecuaciones utilizadaspara el cálculo del diámetro del haz.

������������ ���������� �����������

���������� ���� ����������� ���������������������� ���������� ������������������������� ����������������

<����� ������������������������������ ��������*

U -��������������*�<��g�λ�]�d�Sf

U )�������� ������*�τ�g�λ�≈�d��f.��������������� ����������������������

���� ������

#''%

Dd

λθ 22.1=

0

00 θ

WZ R = #'(%

������� ��������� ��������������� � � ���9

�������� ������������������������������������� � � ��������1������������ ����������������

t

Qee =Φ

�+��,(������������������$����������B�4

3���� ������������ ������������������������9������������� ������������������ �������9 � ������������ � ��������� � ����������������������������������� ������������������ ���� ������������������������������ ����������������������#9�%��������� �������#E�% ���������� ���� ���� ��� �������� ��� ����� ����������������� �

4/

//2

0W

tQe

A

tQ

AE ee

e ⋅==

Φ=

π

3���� �����������������������M����������9������������������#���������������������������������������� ����%������������������� ���� ����� ����J'(K�

#'2%

2∏⊥ +

=RR

RAVG

#'R%

λA

QT e

d =min,

3�� �������������� ������������������������� ��������������������������������������� ��ω

1������������� ��������&� ������

����������� �������#��� ����������������*�N%�

� ����������� ���������� � ��������

�� ����������� ����� ��������������� ��� �����������6 ���������������������������9������0��������

6 �����������������������������������9� ������� ������� ��������� ����#����������������������������������������� ����������9����%���������������� ������������ ��8������9��������������� ����������������� ��������� � ��������� �� �����������J'NK�

-�������7�������������� ���������������� ����������� � ������� � ����� �������������������������������� ���� ������������������������������� � ����� ����������������������√(��-���������������������� �������7������������������� ��������������������������������������������� ��������� ��5�������� ���������������� �����0�� ���������������JWK�

� ��0������������ ��������������������� ����� �������� ������ ����� � ������� ���9���������J''K�

�+����1�#���:$%�#�������;����B�4

-�� ������ ���� �����������������������9�������������0���������������������&�� ���� ������������������������������������ ����9�������*

U )������������ ������������� ����� �U 6���������� ������������������� ������ ����� ���������������

Page 6: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������" �������������

#'P%

3�������������������������������� ��� ����� ��� ��� ������ ��������� ������ ������������ ��� ���� 3�� ��� ���� ����������� ��������������� �������������� �������������� ��������������������������������P�

-��������� ��������� �������������������9��� W� ������� ��� ���������� �� ���������������������������������������������� ������ ������ ����� �

-������������ ������������������������ �������������������������� ���������������������������������������������������������������� �&� ��������� �����������6 ���������������������� ������������������ �9 ���J'OK��J'$K�

�+��D(��#��

����������������������������� ����������9������������������ �� ������� ���� ���������������� ��� ������������ �� ������������4���� ������������������ ������������ �9���������������������������������������9���� �������������������������������� �� ��������������� �������������0�����������3�������������������������������� ����� ���� ������ ��� ��� ������������������9 ������������������������#��������������������������%���������������0������ ���� ������� ���� ������ ��������� �����������������

����������������������� ������������ ��9���� ����� ������������� ����������

Figura 8. Muestreadores de tipo reflectivo (ecuaciones deFresnel para transmitancia y reflectancia) y difractivo.

Figura 9. Curvas de reflectancia y transmitancia vs.ángulo de incidencia para es muestreador reflectivo.

� ��9�������� ������ ����� ������� ����9

������������������������������ ����������������� ��β�]������ ���������������&�������������������(�8���+��������� �����θ������� ���������� ����� ����������� ����� ������������ ����θ]� ����������� ����� �M�������� ����0�����#�� ��� ���0�������%

-�� ������ �� ��� ������������ ����������������� �� ����������� �������������

1

2

2

1

2

1

θθ==

d

d

f

f

Figura 10. Comparación del diámetrodel haz con y sin un expansor de 10X.

����������������9���* β 6 θ ⋅ � #'V%

-������������'N������������������������� ������������� ��� ������ ����� �����9 ������������0�����������������''� ����������������������������� ���������������������� �������

Figura 11. Comparación de la irradiancia del haz.

����������''� ���������������� �������� ��0���������������� ����� ��� ��������������� �������������������������J'2K�

�+����#�7��3'#��������#��#�������������

-�������������� ������������������������������ ������������ � ������������������&��

Page 7: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������"��������������

#(R%

#(2%

#(O%

#(N%

������ ��������'NQ����������-���� ���������������� ����� ���� ����������������������0�9�� ������� ��'N�������

#'W%

C

T

Te C ττ 1.011.0%10 =⇒−=⇒=−

6�������������������������������� ����������9������ ������ �� ������������ �������������������� � ��������������*

BA

rrZ

LA

salDsal ⋅+

+=

1

� ���C����������������������������� ��� �9

���� ��������������������������� ������ �� ��

��������� �������������0E�������������������

�� ������� ���������������9����������� ������&��� ������ ���������������������������������������� ������������9�����������*

#('%

Dsalent

ent

rrr

rB

++=

-�������������� �� �������������������� ������������� ��������������� �������� ������� ���'Q� �������&����������*

C�� ���� #((%

d

T

Te d ττ 01.099.0%1 =⇒=⇒=−

Figura 12. Circuito del sensor de energía.

lff

ffF

−+⋅

=21

21

� ���.������� ������������� ������������9

��������7������� ������������� ��������������9

�����������������������������������������9������������ ������������ �� ������������������ �

#($%

11 f

FSF

l−

−=

� ��#������� �������� ���������� ������������9�����������.����������#��������� ���%�

����������'O��������������������������� ����� ���������� �������� ��� �������� ��1���� 9.����������������������������J'RK�

Figura 13. Principales dimensiones para el telescopioSchmidt-Cassegrain.

Figura 14. Geometría de un sistema LIDAR biaxial.

( ) 2/12220)( RWRW ⋅+= θ

RrRR oT ⋅+= φ)(

5� ������������������������������������9 ��������������������������������� ����9 ��� ���������� ��������������������9������ ����������� � ������������������������������������ ����������J2K�

�+ � ���#��(���:����(��&�;

-���������� ����������������� �� � �����9������������������� ������������������ ����9�������������� ������������Y���������������9��� ������������������������ �����������9������������������������������� ����������������� �������� ��� ��� 1���� 9.�����������������������(O���������������� ���������� �����

�+��=�����������%��

-������� ���������������������������� ����� ����������� ��������������������������������� ����������������������'$�����9������������

3������� ������������������������������������������*

������������������������1��������� �� ��

�� ���������� ��� �������#����������������������� �� �� ����������� ����� %�

-�������������� �����������#8Z?%����������� ���������������������� ���� �

Page 8: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������"� �������������

#O'%

#(W%

#(P%

� ���1��������� �� ����������������� ��

������������������������ �����������9�����φ��������������� �� ���������� ���������� ������������������ ���� ��������������� �� ������������������������������� ���������������� ��������

� ��/������������ �������������� ������9������.�������������������� ��������������������

� ���1������������������ �����������������")67

��δ ������������������� ���������������������������1����� ��������������������������� ���������������������� ������������

#(V%

F

r0=φ

{ })(

)();(),()(

2 RW

RdRWRrAR T

⋅=

πξ

δ⋅−= Rdd 0

#ON%

φφρ zr

rz

r

dD

W

rA

r

Rz T +=≡==≡ 1),(,,,

00

0

0

0

0

( ) 2/1222

00

1),(,),( AzW

WzzD

r

dzs ⋅⋅+=≡−=≡ θθωδδ

22

2

),(

),(),,(

Az

zzy

⋅≡

φρθωφθ

⋅+= )(

)(

)()(

)(

1)()( zsen

z

zsz

zy

zz rr

w ψρ

ψππ

ψξ

#O(%

#OO%

⋅−+= −

)()()(2

)()()()(cos)(

2221

zyzzs

zzzyzszw ρ

ρρψ

−+= −

)()(2

)()()()(cos)(

2221

zzs

zzyzzszr ρ

ρρψ

Figura 15. Variación del factor de cruce ξξξξξ(z) con el rangonormalizado z para diferentes valores de A y δδδδδ.

�+�� %3��5���$%���(��������:)" ;

-�� ������� ����� � ��� ��� ������������ �� �������������������������9������������������������������ �������������9�� � ���������� ��)������� ���������������9������������������� ������������ ��������9��������������� ������������ ���35<��<��9������������ ����� ���� ���� �� ������������������4�����������������������������������9 ���� �������������������������������������������� ������������1�������������������9���'R�������� ������������������

� ��0���������������������� ������� �����9������������������ ���������� �������������������������������� �����������

��������������� ����������� ��������������

� �

)������� ��������������������� �������ξ&�(� ���� �� ����������� ������������ �����������������������θ��φ����δ���� ���������� ���������0���C�

����������'2��� ����������������� ������� ������������������������� � ����������������")67����0���������������������9���� ��������������������������������� ���������������������JWK�

Figura 16. Esquema general del circuito.

-����� ���&� ��������������������������� ���������� ������������������0�� �������0�9�������� � ����������� ��������������9��������������� ������������� ��������������� ������������������

#O$%

ΣHV

)��������������������� ���������������������� ��������<�������� ������� ���������9���������������������� �����������������9 ������������ �� ���35<�#5

%%���������������� �

������������������������������ ���������� ���������������� ������

5C]'NN�⋅ 5

%#O2%

59]5

C�− 5

%#OR%

.�������������������������������������� ����������������������� ������� ��� �������.�������� ��������������������� ��������������9

Page 9: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������"��������������

#$'%

#$N%

#OP%

#OV%

�������������������������� ������������������������������� �� ���35<

b

L

IR

VQ ⋅= 0

0

3

33

V

QC =

#OW%

23

2

QQ =

4

31

QQ =�

�������������������������� ����������� ���� � ������������*

Figura 17. Divisor de voltaje progresivo usando zener,condensadores de desacople en las últimas etapas y

pasabajo en la línea de alto voltaje.

Figura 18. Perfil de temperatura con respectoa la altitud para un modelo de atmósfera tropical.

⋅⋅⋅−

⋅= TR

hgM

en 0ρ

��]�(�22j'N(2�9O������� ���� � ����������

��������������������������]�(P�WR�M����������������������� ���������]�W�P�M�(������������ � ��]�P�O'$2SM��j\����������������������� ��������������������������)������������������������'W������������� � �������������9

����J'WK�

Figura 19. Perfil de densidadatmosférica en función de la altura.

3��������� ���� ������������������������9��������������������������'NNH����������� ���9 ����������������� �������� ����� ���������� ������7��������#����������������%���*

28

4

10)(

55045.5 −×

=

nmR

λσπ

�������������������������� �� ��������� ���������*�JWK�

#$(%

28

4

10)(

55045.5)()( −×

⋅==

nmnN RR

λλσλβ ππ

-������������ ���0������������������� �9������ ������ �� ����������������������

12.0

RR πβα = #$O%

����������������������������������������� ���������������� �� ���������� ���������0�������7����������������������J2K�

<����� ��������������<O≥'NN<N����� �����9����������� ����� ���� �� �����4���������

1������� �������������� ��������������� ���� ���� ������������������������������ �������� ��J'VK��J'PK�

-� ����"��� �����"�����1�"�����������������"��������

1���������������� ����������������0������������� ����������������������� ������������������� ��� ����������������������������������������� ���� ��������� �����������������1��� ���������� ������������������������������������'P����������������� ��

=��� �� ������������ ������������������������������ �� ���� � ���������������������� �

Page 10: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������"! �������������

#$V%

#$$%

Figura 20. Coeficiente de dispersión de retorno vs. altura.

Figura 21. Coeficiente de extinciónmolecular para 1064nm, 532nm y 355nm.

3������� ������������ �������������������9������� �� ��� ����������5��� #���������� M�������%������� ������������ �������� ����9���������� ������� �������

Figura 22. Perfil de concentración de vapor de agua.

q

v

M

R

=

λλα 55091.3

)(

.�������������������������������� ������������������� �������������

3585.0 vRq =

)0()(

=⋅=

RNp

NpR MM αα

� ��,�#-]N%������������� ��������������������������������������

-������������ �� ���������� ���������������9������������������ ��������������� ��������*

���������������� ��������������������� ��0��������������������������������#���� ����9 �� ������������� � %����JWK

� �

�����-��≤�RH������������#$2%

N�≈�'�O�������������� � ����� �����������#$R%

#$W%

#$P%

� ���>�]N�N'(����������������� �������9���������������

MMM kRR ⋅= )()( αβ

Figura 23. Coeficientes de extinción y dispersiónde retorno para partículas teniendo en cuenta la

concentración de vapor de agua.

����������� �������������#7����������5��%���J2K�

MRMR βββααα +=+=

Figura 24. Coeficientes totales de extinción y dispersión de retorno para vapor de agua.

�����&�����&-(� ����������������� �������

���� � ������������� ��� �������������9������������������� ����� ���������� ����9

Page 11: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������""�������������

#2$%

#2(%

#2'%

#2N%

����������� ������� �����������������������-���� ����������������������

∫−=R

L dRRLLSLe e

R

RDERn 0 ),(2

2

),()()( λκλβλ

� ����������� ��� ������������ ������9�����")67�������������� ����������������������������

h

AD LDLDL

LS 2

)()()( 0 λτλξλξ

λ =

���������� ������������� ��� �����ξC&λ

�(�

���������������������� ����

GeLLD ⋅⋅= ξληλξ )()(

� ��η&λ�(��������������������������������

������ ����λ���ξ�

��������������� � � ���������������������� � �� �������� ������������������ �� ������������������� ��� ����#����� ��� ���%� ���35<�JWK�

3����������������������������������� ��������������� ������������� � ��� ��� �9��� ��η&λ

�(

#2O%

%1001240

(%) ⋅⋅=⋅⋅⋅= SKSKe

ch

λλη

� ��#;���������������� � � ����� �#���9 � �������6MI%�

����������(2����������������� � ���������9�����$'��)�������������������������������9������������������� ����������������� ��������#/#-%�]�'%���������������������� � ����� �������� �����������J'PK�

Figura 25. Señales de número de electronesgenerados en función de la altura. ne(z) para

vapor de agua (y ozono para propósito ilustrativo).

U =��� �������� ��'NNH������������������0�9�� ������OOO�OOµ�

U '.�]�R�(2j'N'P�����������U <�*�5O������������������� ��������� ���������������

µ⋅⋅⋅= qQRnti eeP 0)()(

� ��<�1��������������� ����� ����������� �� ��

�0�������N������������� �������������P��������������� ���35<�

8����������������������������������� ������������ ���������������������������$(����� ����������������������������������� ��������������&������������� �#���� �%���������������� ��#���������$2%��-��������9 ������������������������(R�

Figura 26. Señal de dispersión de retorno(corriente de salida en el ánodo) para vapor

de agua teniendo en cuenta el factor de cruce.

3�� �������������������� ���������������� ����������� ������������������ �������&���������� ��2(k��#���0��� ������'VH�%�J2K�

2� ����"���������� �����������������������������������9

������������������ �����������������9������������������������������������������������� �� ���������������������=�� ������������������������������������������������������� ��������

=����������")67������������������������9 �� ��� ��������������������������� �������� ���������������-���� �����0��� ������������ ������ ����������������� ���������������������������� �� ������������������ ��6�� � �������������������� ������������������������ �� ������� ������������� �����������������������#��������������������%����������������� � ������� �������9����������������� ��������� ����������9���������� ����� ����������� ��������������9���������������������������������������9

3�������������������������������� �� ���35<��� �������������������������������������9 ��������*

Page 12: C #7 3’# 9 #7 # 3 # ( % ## $ - ( $ # $ #5?

����������"# �������������

� � � ���� ������� ������� ������������� �������#� �������%����� �� ��������������������� � �� ���� ��������&������������ ��� ������������� ����������� �� ��������9����� ����������� � ���������������������9����� ��������������������� �����������9�����������������������������

�������������")67�����������������������9����������������������&��� ��������������������� ��������� ��������������������9���� �������� �������� ��������������� ������������������������������ ����� ����� ���������������������������� � ��������������������������������������� ����������� ����� �� ��������� ��@����E�������������������9��������� ������������������� � ������������������������������

-������� ������������������������������9���� �������� ���������� ��� ��� �������")67���� �����������������������E�����9�����M���������E���������3������������������� ����� ����������� ���������������9����� ���������������������� ����������������� ���� ���������������������� ������9�� ������-������������������������������������������������ ����������� �������9���� ����� ����������������� ����������������������������� ��������������������� �������9�������������������������� ����� ���������9�����������������������������������

��������������������� � ��������������0�9���������� ������������������ ��������9������������������ ����������������������������� ������������� ������� ��������������� ��������������������������������������������&����������� �����������������")67�

=���")67��������������������� ������9��������������������������������������� ����� ����������������������������������9���������������������� � � ���������������������� ������������������� ���

5� ��)������������"��#�.)����[1] KILLINGER, Dennis. CHURNSIDE, James. ROTH, Laurence.

Handbook of optics. Vol 1. Chapter 44. Atmospheric Optics.p.44.2,44.4-44.21

[2] TARDIF, Robert. Boundary Layer Aerosol backscattering andits relationship to relative humidity from a combined Ramanelastic backscattering LIDAR. Project for ATOC 5235 RemoteSensing of the atmosphere and oceans. Lidar remote sensing.p.4.2002. http://www.rap.ucar.edu/staff/tardif/CUprojects/ATOC5235/

[3] WILCOX, William E. Development and experimental verificationof a high resolution, tunable LIDAR computer simulation modelfor atmospheric laser remote sensing. p.15-17,18-32. 1995

[4] ALPERS. EIXMANN. HÖFFNER. KÖPNICK. SCHNEIDER,VON ZAHN. The Rayleigh/Mie/Raman LIDAR at IAP

Kühlungsborn, Germany (54°N, 12°E). http://www.iap-kborn.de/optik/aer_trop/_vti_cnf/aer_trop_d.htm

[5] BLANC, Carlos. CUESTA, Juan. GIMENEZ, Pablo. PEREYRA,Gonzalo. Sistema de control electrónico del LIDAR MWLS.Cap. 5. p. 44-47, 76-82. 2001.

[6] PHILIPS SEMICONDUCTORS. 1N4148 – 1N4448 High speeddiodes datasheet. http://www.semiconductors.philips.com.

[7] NATIONAL SEMICONDUCTOR. LMH6702 datasheet.www.national.com

[8] BURR – BROWN. OPA648 datasheet. http://www.datasheetarchive.com

[9] MEASURES, Raymond. Laser Remote Sensing. Fundamentalsand applications. Ch. 6. p. 205-219. Ch. 5. p. 173 – 174. Ch 1.27-34. Ch. 7. p. 255-265. Ch.2. p. 42. Ch. 4. p. 142-145. Ch. 8.p. 296-300. 1992. Ed. Krieger Publishing Company.

[10] SPIRICON INC. Laser Beam Profiling. Chapter 2. Theory ofOperation. www.spiricon.com/pdf/ch2a.pdf

[11] GIGAHERTZ-OPTIK. Properties and concepts of light and co-lor. p. 4-8. http://www.gigahertz-optik.de/pdf/catalogue/Tutorials.pdf

[12] NEWPORT CORP. High Energy Nd:YAG Laser Mirrors.www.newport.com/High-Energy_NdYAG_e3534.pdf

[13] MELLES GRIOT. Beam Samplers. www.mellesgriot.com

[14] LASER COMPONENTS Ltd. Diffractive Optics from Holo /Or.www.lasercomponents.com/pdf/holoor/diff_opt.pdf

[15] LAMBDA / TEN OPTIS. Laser Beam Expanders. http://www.mcphersoninc.com/lambdaten/laserbeamexpanders.htm

[16] MEADE INSTRUMENTS CORPORATION. 8", 10", 12", 14",16" LX200GPS Schmidt-Cassegrain Telescopes. 7"LX200GPS Maksutov-Cassegrain Telescope with Autostar IIHand Controller. Instruction Manual. www.meade.com

[17] HAMAMATSU PHOTONICS. Low Light Level in the NIR. NIRphotomultiplier tube R5509-42. http://www.hamamatsu.com

[18] HAMAMATSU PHOTONICS. PMT Handbook. Ch. 1. p.12-18.Ch. 3. p64. Ch 7. p. 158-187. Ch. 3. p. 35. 1996.

[19] BENDER, Jon, WEST, Alan. Atmospheric Absorption of Muonsfrom Cosmic Rays. http://www.mountmichaelhs.com/crop/papers/atmosabsorp.htm

�.�� ������,��� �/,��/�=������Ingeniero electrónico, Universidad Distrital Francisco José de Cal-das. Presentó su trabajo de grado, la cual obtuvo calificación demeritoria en el Diseño y Conceptualización teórica de un sistemaLIDAR para mediciones atmosféricas. Se desempeñó como ase-sor de soporte técnico, soporte de segundo nivel, soporte para elconvenio REDP y team leader en SITEL de Colombia (internet –ETB) de 2002 a 2003. Posteriormente trabajó como soporte desegundo nivel en Contact Center Americas para internet – ETB de2003 a 2004. También se desempeñó como torre de control ADSLen SITEL de Colombia para internet – TELECOM de 2004 a 2005.Participó como contratista para el desarrollo de sistemas electróni-cos de control y medición de un sistema LIDAR en el Centro Inter-nacional de Física durante 2003. Actualmente es analista de desa-rrollo en Contact Center Ameritas. [email protected]

������������� ������ �8*����� Ingeniero Electrónico, Especialista en Bioingeniería. Magister enTeleinformática de la Universidad Distrital Francisco José de Cal-das. Docente desde 1977 en instituciones como: Escuela Colom-biana de Carreras Industriales, Universidad Antonio Nariño, Uni-versidad Santo Tomas, Universidad de La Salle, Universidad Incay Universidad Distrital. También ha ejercido diversos cargos en ins-tituciones del área hospitalaria y como coordinador de las especia-lizaciones en Teleinformática, Telecomunicaciones móviles,Bioingeniería y de la Maestría en Teleinformática en la Universi-dad Distrital. Actualmente se desempeña como profesor en el áreade Bioingeniería en la Universidad Distrital, y es Codirector yCoinvestigador del Grupo de Investigación en Telemedicina [email protected]