Sustav detekcije i određivanja svjetla (LIDAR) često se koristi u studijama atmosfere. Neki od različitih dizajna LIDAR sustava su Mie i Rayleigh LIDAR, Raman i LIDAR diferencijalne apsorpcije, Doppler i fluorescentni LIDAR, te sustavi koji se koriste kao jednostavni daljinomjeri ili visinomjeri. Dizajni se razlikuju ovisno o predmetu koji se proučava, potrebnoj preciznosti mjerenja i okolnostima njihove primjene. Svaka vrsta sustava je proizvod procjene sposobnosti hardvera i softvera koji su dostupni i kako se mogu koristiti za postizanje ciljeva mjerenja.
LIDAR sustav obično mjeri lasersko povratno raspršenje, koje je reflektirano lasersko svjetlo. Može biti dizajniran posebno za mjerenje izravnog laserskog povratnog raspršenja, povratnog raspršenja s pomakom valne duljine, razlike u stopama apsorpcije između dvije valne duljine ili promjene frekvencije u povratno raspršenom svjetlu. Osnovni sustav sastoji se od odašiljača, prijemnika i komponente za analizu podataka. Dizajni LIDAR sustava imaju ili bistatičku ili monostatsku konfiguraciju. U monostatičkom sustavu odašiljač i prijemnik su smješteni zajedno, dok su u bistatičkom dizajnu to dvoje odvojeno.
Drugo razmatranje dizajna je korištenje biaksijalnog ili koaksijalnog senzorskog rasporeda. U biaksijalnom rasporedu, os odašiljača i prijemnika imaju različitu orijentaciju. Prijamnik može detektirati raspršenu svjetlost unatrag samo kada je subjekt izvan određene udaljenosti. Os odašiljača i prijemnika su u koaksijalnom rasporedu iste.
LIDAR sustavi koji koriste pulsne lasere obično imaju monostatsku konfiguraciju, ali mogu imati ili biaksijalni ili koaksijalni raspored senzora. Sustavi koji koriste laser s kontinuiranim valom obično imaju bistatičku konfiguraciju. Ako je domet subjekta relativno blizu, općenito se preferira koaksijalni raspored odašiljača i prijemnika. Ako sposobnost blizu cilja nije problem, može se usvojiti biaksijalni raspored kako bi se izbjegle komplikacije od obližnjeg laserskog povratnog raspršenja.
Različiti dizajni LIDAR sustava također koriste različite valne duljine lasera i različite kombinacije širine pojasa za odašiljače i prijemnike. Ostala razmatranja dizajna uključuju zahtjeve za korištenje kao LIDAR za gledanje prema gore ili prema dolje, te hoće li sustav biti u kontinuiranom radu ili će se koristiti samo noću. Neki dizajni koriste podesive lasere. Ove su opcije pažljivo odabrane za postizanje određenog cilja mjerenja.
Komponenta analize podataka LIDAR sustava koristi različite analitičke tehnike. Mie, Rayliegh, Raman i fluorescentni LIDARS dizajnirani su za analizu različitih vrsta laserskih uzoraka povratnog raspršenja. Obrasci raspršivanja ovise o valnoj duljini. Mieova analiza najbolje opisuje obrasce raspršenja kada je reflektirajuća čestica otprilike iste veličine kao valna duljina. Rayleighova analiza je točnija za čestice mnogo manje od valne duljine.
Dizajni Rayliegha i Miea ispituju elastično povratno raspršivanje, u kojem je reflektirana svjetlost iste valne duljine kao i svjetlost koja se prenosi. Raman LIDAR analizira neelastično povratno raspršenje. To je posljedica laganog pomaka svjetlosti u valnoj duljini kada se reflektira od čestice. Količina pomaka može identificirati sastav i atmosfersku koncentraciju reflektirajućih čestica. Fluorecentni LIDAR koristi sličnu analizu za ispitivanje povratnog raspršenja tekućina i krutih tvari.
Doppler LIDAR mjeri pomake u frekvenciji raspršene svjetlosti kako bi se odredile promjene temperature i brzine ili smjera vjetra. Diferencijalna apsorpcija prenosi dvije valne duljine svjetlosti i mjeri razliku u atmosferskoj apsorpciji između dvije valne duljine. Relativne razlike u apsorpciji mogu identificirati koncentracije aerosola.
Svaki od različitih dizajna LIDAR sustava koristi jedinstvenu konfiguraciju hardvera i softvera za precizno mjerenje određene količine u ograničenom nizu okolnosti. Sustavi opće namjene, kao što je policijski detektor brzine, daju manje precizne rezultate. U nekim sustavima, analitička metoda koja se koristi u komponenti analize podataka određuje dizajn hardvera sustava. U drugima, raspoloživi hardver diktira koji se dizajni sustava mogu koristiti.