Atmosferos tyrimuose dažnai naudojama šviesos aptikimo ir nuotolio nustatymo (LIDAR) sistema. Kai kurios skirtingos LIDAR sistemos yra Mie ir Rayleigh LIDAR, Ramano ir diferencinės sugerties LIDAR, Doplerio ir fluorescencinės LIDAR sistemos bei sistemos, naudojamos kaip paprasti nuotolio ieškikliai arba aukščiamačiai. Konstrukcijos skiriasi priklausomai nuo tiriamo dalyko, reikalaujamo matavimo tikslumo ir jų panaudojimo aplinkybių. Kiekvienas sistemos tipas yra turimos aparatinės ir programinės įrangos galimybių įvertinimo produktas ir tai, kaip ją galima panaudoti matavimo tikslams pasiekti.
LIDAR sistema paprastai matuoja lazerio atgalinę sklaidą, kuri yra atspindėta lazerio šviesa. Jis gali būti specialiai sukurtas matuoti tiesioginę lazerio atgalinę sklaidą, bangos ilgio poslinkį, dviejų bangos ilgių absorbcijos greičio skirtumą arba atgalinės šviesos dažnio pokytį. Pagrindinę sistemą sudaro siųstuvas, imtuvas ir duomenų analizės komponentas. LIDAR sistemos konstrukcijos turi arba bistatinę, arba monostatinę konfigūraciją. Monostatinėje sistemoje siųstuvas ir imtuvas yra kartu, o bistatinėje sistemoje jie yra atskiri.
Kitas dizaino aspektas yra dviašio arba bendraašio jutiklio išdėstymas. Dviašiame išdėstyme siųstuvo ir imtuvo ašys turi skirtingą orientaciją. Imtuvas gali aptikti atgal išsklaidytą šviesą tik tada, kai objektas yra už tam tikro atstumo. Koaksialiniu būdu siųstuvo ir imtuvo ašys yra vienodos.
LIDAR sistemos, kuriose naudojami impulsiniai lazeriai, paprastai turi monostatinę konfigūraciją, tačiau gali turėti dviašį arba bendraašį jutiklių išdėstymą. Sistemos, kuriose naudojamas nuolatinių bangų lazeris, paprastai turi bistatinę konfigūraciją. Jei objekto diapazonas yra gana arti, dažniausiai pirmenybė teikiama bendraašiam siųstuvo ir imtuvo išdėstymui. Jei beveik taikinio galimybė nėra problema, gali būti pritaikytas dviašis išdėstymas, kad būtų išvengta komplikacijų dėl netoliese esančio lazerio atgalinio sklaidos.
Skirtinguose LIDAR sistemų projektuose taip pat naudojami skirtingi lazerio bangos ilgiai ir įvairūs siųstuvų ir imtuvų dažnių juostos pločio deriniai. Kiti projektavimo aspektai apima reikalavimus naudoti kaip peržiūros arba žiūrėjimo LIDAR, ir tai, ar sistema veiks nuolat, ar bus naudojama tik naktį. Kai kuriuose dizainuose naudojami derinami lazeriai. Šios parinktys yra kruopščiai parinktos siekiant konkretaus matavimo tikslo.
LIDAR sistemos duomenų analizės komponentas naudoja įvairius analizės metodus. Mie, Rayliegh, Raman ir fluorescenciniai LIDARS yra skirti analizuoti įvairių tipų lazerio atgalinės sklaidos modelius. Sklaidos modeliai priklauso nuo bangos ilgio. Mie analizė geriausiai apibūdina sklaidos modelius, kai atspindinti dalelė yra maždaug tokio pat dydžio kaip bangos ilgis. Rayleigh analizė yra tikslesnė dalelėms, kurios yra daug mažesnės už bangos ilgį.
Rayliegh ir Mie dizainai tiria elastinę atgalinę sklaidą, kurioje atspindėta šviesa yra tokio paties bangos ilgio kaip ir perduodama šviesa. Ramanas LIDAR analizuoja neelastinį atgalinį sklaidą. Tai atsiranda dėl to, kad šviesa šiek tiek pasislenka bangos ilgiu, kai ją atspindi dalelė. Poslinkio dydis gali nustatyti atspindinčių dalelių sudėtį ir atmosferos koncentraciją. Fluorecence LIDAR naudoja panašią analizę, kad ištirtų skysčių ir kietų medžiagų sklaidą atgal.
Doplerio LIDAR matuoja atgalinės šviesos dažnio poslinkius, kad nustatytų temperatūros ir vėjo greičio ar krypties pokyčius. Diferencinė sugertis praleidžia du šviesos bangos ilgius ir matuoja atmosferos sugerties skirtumą tarp dviejų bangos ilgių. Santykiniai absorbcijos skirtumai gali nustatyti aerozolių koncentracijas.
Kiekviename iš skirtingų LIDAR sistemų projektų naudojama unikali aparatinės ir programinės įrangos konfigūracija, kad būtų galima tiksliai išmatuoti konkretų kiekį tam tikromis aplinkybėmis. Bendresnės paskirties sistemos, pvz., policijos greičio matuoklis, pateikia ne tokius tikslius rezultatus. Kai kuriose sistemose duomenų analizės komponente naudojamas analizės metodas lemia sistemos techninės įrangos dizainą. Kitais atvejais turima aparatinė įranga lemia, kokius sistemos dizainus galima naudoti.