DE10112078A1 - Radio acoustic distance measurement device for meteorological values transmits radio waves and acoustic waves into atmosphere and measures wind profile using distributed sound sources - Google Patents

Radio acoustic distance measurement device for meteorological values transmits radio waves and acoustic waves into atmosphere and measures wind profile using distributed sound sources

Info

Publication number
DE10112078A1
DE10112078A1 DE10112078A DE10112078A DE10112078A1 DE 10112078 A1 DE10112078 A1 DE 10112078A1 DE 10112078 A DE10112078 A DE 10112078A DE 10112078 A DE10112078 A DE 10112078A DE 10112078 A1 DE10112078 A1 DE 10112078A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
waves
sound sources
acoustic
sound
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE10112078A
Other languages
German (de)
Other versions
DE10112078B4 (en
Inventor
Volker Thiermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE10112078A priority Critical patent/DE10112078B4/en
Publication of DE10112078A1 publication Critical patent/DE10112078A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE10112078B4 publication Critical patent/DE10112078B4/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/86—Combinations of radar systems with non-radar systems, e.g. sonar, direction finder
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/87—Combinations of radar systems, e.g. primary radar and secondary radar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/885—Meteorological systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Abstract

The device has at least one electromagnetic antenna and two or more sound sources that are spatially separate from each other. The amplitude and phase of the transmitted acoustic waves is varied dependent on the height profile of the wind vector, in particular an alternating selection of sound sources is made dependent on the wind vector profile.

Description

Radioakustische Sondierungssysteme (RASS) werden eingesetzt, um vom Boden aus meteorologische Größen fernzuerkunden, die von der Ausbreitungsgeschwindigkeit des Schalls abhängen. Dies sind im wesentlichen die Temperatur der Luft (genauer: die virtuelle Temperatur), welche die Schallgeschwindigkeit innerhalb des Mediums beeinflusst, und die Windgeschwindig­ keit und -richtung, welche die Bewegung des Mediums gegenüber dem ortsfesten System beschreiben. Neben den Mittelwerten können andere statistische oder daraus abgeleitete Größen be­ stimmt werden, insbesondere zur Turbulenzmessung.Radio acoustic probing systems (RASS) are used for remote sensing of meteorological parameters from the ground, the depend on the speed of sound propagation. These are essentially the temperature of the air (more precisely: the virtual temperature), which is the speed of sound influenced within the medium, and the wind speed speed and direction, which the movement of the medium opposite describe the fixed system. In addition to the mean values can be other statistical or derived quantities be correct, especially for turbulence measurement.

Anwendungen für RASS liegen u. a. in der meteorologischen Forschung und Routinemessung, der Luftqualitätsüberwachung und der Flugsicherheit.Applications for RASS include a. in the meteorological Research and routine measurement, air quality monitoring and aviation safety.

Im Betrieb sendet ein RASS elektromagnetische Wellen und akustische Wellen in die Atmosphäre aus, empfängt die an den akustischen Wellen zurückgestreuten elektromagnetischen Wel­ len und bestimmt deren meist relative Frequenz- oder Phasen­ verschiebungen. Unter Anwendung der Theorie des Doppleref­ fekts und unter Berücksichtigung der Geometrie der Wellenab­ strahlung wird daraus die Schallausbreitungsgeschwindigkeit, meist bezogen auf eine Raumrichtung, ermittelt.In operation, a RASS sends electromagnetic waves and acoustic waves into the atmosphere, receives the to the acoustic waves backscattered electromagnetic world len and determines their mostly relative frequency or phases shifts. Using the theory of Doppleref effect and taking into account the geometry of the shaft radiation becomes the speed of sound propagation, usually related to a spatial direction.

Zur Messung des horizontalen oder dreidimensionalen Windvek­ tors müssen die elektromagnetischen oder die akustischen Wel­ len oder beide in mehr als eine bevorzugte Raumrichtung (Vor­ zugsrichtung) ausgesendet werden. Zum Erreichen veränderbarer Vorzugsrichtungen können Phasen-Array-Antennen oder Phasen- Array-Schallquellen verwendet werden, bei denen einzelne ne­ beneinander angeordnete Elemente mit definierter aufeinander bezogener Phasenverschiebung abstrahlen.For measuring the horizontal or three-dimensional wind vector tors must be electromagnetic or acoustic len or both in more than one preferred spatial direction (Vor direction). To achieve changeable Preferred directions can be phase array antennas or phase Array sound sources are used in which individual ne elements arranged next to each other with defined one on top of the other Radiate related phase shift.

Eine räumlich aufgelöste Messung von Wind- und Temperaturpro­ filen wird über die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen oder der akustischen Wellen oder beider Wellen erreicht, zu deren Ermittlung die elektromagnetischen Wellen bzw. die aku­ stischen Wellen bzw. beide Wellen puls- oder frequenzmodu­ liert sind (z. B. elektromagnetischer Pulsbetrieb oder elek­ tromagnetischer FM-CW-Betrieb oder elektromagnetischer CW- Betrieb mit akustischem Pulsbetrieb).A spatially resolved measurement of wind and temperature pro Filing will take place over the duration of the electromagnetic waves  or the acoustic waves or both waves reached the determination of the electromagnetic waves or the acu static waves or both waves pulse or frequency mod (e.g. electromagnetic pulse operation or elec tromagnetic FM-CW operation or electromagnetic CW- Operation with acoustic pulse mode).

Ein dem Stand der Technik entsprechendes PASS wird z. B. von W. M. Angevine, W. L. Ecklund, D. A. Carter, K. 5. Gage und K. P. Moran in der Zeitschrift "Journal of Atmospheric and Oceanic Technology", Jahrgang 1994, Band 11, Seiten 42-49, beschrieben.A state-of-the-art PASS is e.g. B. by WM Angevine, WL Ecklund, DA Carter, K. 5. Gage and KP Moran in the journal "Journal of Atmospheric and Oceanic Technology", year 1994, volume 11 , pages 42-49.

Ein grundsätzliches Problem des PASS ist die Verdriftung der akustischen Wellen durch den Wind, wie sie in den Fig. 1a und 2a (Vertikalschnitt) sowie 1b und 2b (Horizontalaufsicht) für sechs Messhöhen verdeutlicht wird. Es wurden hier identi­ sche Positionen der elektromagnetischen und der akustischen Aussendung angenommen (1). Beim von Angevine et al. beschrie­ benen PASS ist dies dadurch annähernd erreicht, dass vier Schallquellen unmittelbar an den Seiten einer quadratischen elektromagnetische Antenne angebracht sind und gleichzeitig betrieben werden.A fundamental problem of the PASS is the drifting of the acoustic waves by the wind, as is illustrated in FIGS. 1a and 2a (vertical section) and 1b and 2b (horizontal view) for six measuring heights. Identi cal positions of the electromagnetic and acoustic transmission were assumed here ( 1 ). In the Angevine et al. described PASS this is almost achieved in that four sound sources are attached directly to the sides of a square electromagnetic antenna and are operated simultaneously.

Die wirksamen Strahlenbündel (2) werden durch die Abstrahl­ charakteristika der elektromagnetischen Antenne und der Schallquelle räumlich begrenzt. Durch die nahezu sphärische Form der ausgesendeten akustischen und elektromagnetischen Wellenfronten (3), insbesondere im Fernfeld, werden bei Wind­ stille (Fig. 1a und 1b) die elektromagnetischen Wellen aus allen Höhen annähernd auf die Antennenposition (1) zurückfo­ kussiert. Durch atmosphärische Turbulenz werden die Wellen­ fronten leicht gestört, wodurch der Brennfleck (4) aufgewei­ tet wird.The effective beams ( 2 ) are spatially limited by the radiation characteristics of the electromagnetic antenna and the sound source. Due to the almost spherical shape of the emitted acoustic and electromagnetic wave fronts ( 3 ), especially in the far field, when the wind is silent ( Fig. 1a and 1b), the electromagnetic waves from all heights approximately kissed back to the antenna position ( 1 ). The wave fronts are slightly disturbed by atmospheric turbulence, causing the focal spot ( 4 ) to expand.

Bei nicht zu vernachlässigender Windgeschwindigkeit (Fig. 2a und 2b) fokussieren die Strahlenbündel (2) aus den ver­ schiedenen Höhen (3) nicht auf den gleichen Ort. Der Brennfleck (4) wird in Abhängigkeit der Messhöhe horizontal ver­ schoben und trifft im Beispiel der Abbildung nicht mehr auf die Antenne. Die Größe des Verschiebungsvektors ist in sehr guter Näherung das Produkt aus dem mittleren horizontalen Windvektor und der Schalllaufzeit bis zur Messhöhe. Die Größe des Brennflecks nimmt mit der Messhöhe aufgrund des wachsen­ den Turbulenzeffekts zu.If the wind speed is not negligible ( Fig. 2a and 2b), the beams ( 2 ) from the different heights ( 3 ) do not focus on the same place. The focal spot ( 4 ) is moved horizontally depending on the measuring height and, in the example in the figure, no longer hits the antenna. The size of the displacement vector is, in a very good approximation, the product of the average horizontal wind vector and the sound propagation time up to the measuring height. The size of the focal spot increases with the measuring height due to the growing turbulence effect.

Beim bisher bekannten RASS führt die Windverdriftung der aku­ stischen Wellen entweder zu einer Einschränkung des Windge­ schwindigkeitsbereichs, innerhalb dessen eine Messung möglich ist, oder zu einer Begrenzung der möglichen Messhöhe. Oft wird die Windverdriftung dadurch kompensiert, dass die Schallquelle ortsbeweglich ausgeführt und ihre Position der Verdriftung entgegengerichtet versetzt ist. G. Peters, P. Thomas und M. Bauer in "Third International Symposium on Tro­ pospheric Profiling", Extended Abstracts, Seiten 320-322, sowie D. Engelbart, H. Steinhagen, U. Görsdorf, J. Lippmann und J. Neisser in der Zeitschrift "Beiträge zur Physik der Atmosphäre", Jahrgang 1996, Band 69 Nr. 1, Seiten 63-80, be­ schreiben Anlagen, bei denen die Position der Schallquelle mechanisch über eine motorgesteuerte Verstelleinrichtung ver­ ändert werden kann. Dieses Verfahren hat drei wesentliche Nachteile: Erstens ist der technische Aufwand und die Anfäl­ ligkeit einer motorgetriebenen Verstelleinrichtung erheblich. Zweitens kann die Position der Schallquelle nur für eine Messhöhe optimiert sein, u. U. kann also zeitgleich nur in einem Höhenbereich gemessen werden. Drittens muss bei unbe­ kanntem Windprofil, insbesondere nach einer Betriebsunterbre­ chung, die optimale Position der Schallquelle erst zeitrau­ bend über mechanische Verstellungen ermittelt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.In the previously known RASS, the wind drifting of the acoustic waves either leads to a restriction of the wind speed range within which a measurement is possible, or to a limitation of the possible measuring height. Wind drift is often compensated for by the fact that the sound source is designed to be portable and its position is offset from the drift. G. Peters, P. Thomas and M. Bauer in "Third International Symposium on Tro pospheric Profiling", Extended Abstracts, pages 320-322, and D. Engelbart, H. Steinhagen, U. Görsdorf, J. Lippmann and J. Neisser in the journal "Contributions to the Physics of the Atmosphere", Volume 1996, Volume 69 No. 1, pages 63-80, describe systems in which the position of the sound source can be changed mechanically via a motor-controlled adjustment device. This method has three major disadvantages: First, the technical complexity and the vulnerability of a motor-driven adjustment device are considerable. Second, the position of the sound source can only be optimized for one measuring height, u. U. can therefore only be measured in one height range at a time. Thirdly, in the case of unknown wind profiles, especially after an interruption in operation, the optimal position of the sound source has to be determined using mechanical adjustments. The invention has for its object to avoid the disadvantages mentioned above.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mehrere Schallquellen in festem räumlichen Abstand zueinander angeordnet sind und eine (wechselnde) Auswahl daraus gleichzeitig betrieben wird. Die Auswahl berücksichtigt, dass in Abhängigkeit des Windprofils nur ein Teil der Schallquellen akustische Wellen aussen­ det, die zu einem auf die Antenne treffenden Reflex elektro­ magnetischer Wellen führen.The task is solved by having multiple sound sources are arranged at a fixed spatial distance from each other and a (changing) selection is operated simultaneously. The selection takes into account that depending on the wind profile  only a part of the sound sources acoustic waves outside det, which leads to a reflex incident on the antenna magnetic waves.

Den ausschließlichen Betrieb der nur jeweils erforderlichen Schallquellen gebietet die Minimierung des Energiebedarfs, der Zahl der schaltungstechnisch benötigten Leistungskompo­ nenten und der Lärmbelästigung. Zur weiteren Energieoptimie­ rung und Lärmreduzierung kann die Amplitude einzelner Schall­ quellen soweit vermindert werden, wie es das Signal-zu- Rauschverhältnis bei der Messung des Reflexes aus dem zuge­ ordneten Höhenbereich erlaubt.The exclusive operation of the only required Sound sources require the minimization of energy requirements, the number of power components required in terms of circuitry and noise pollution. For further energy optimization Reduction and noise reduction can reduce the amplitude of individual sounds sources are reduced as far as the signal to Noise ratio when measuring the reflex from the ordered height range allowed.

Sinnvolle Anordnungen der Schallquellen, insbesondere die maximalen Abstände zwischen den Schallquellen, können aus der Größe des Brennflecks, des angestrebten Windgeschwindigkeit- Messbereichs (ggfs. als Funktion der Windrichtung) sowie der zu erreichenden Messhöhe nach dem oben Gesagten in einfacher Weise gefunden werden. Bei der Ermittlung der Brennfleckgröße sind wegen seiner Turbulenzabhängigkeit die gegebenen mikro­ klimatischen Besonderheiten des Messortes zu berücksichtigen.Useful arrangements of the sound sources, especially the maximum distances between the sound sources, can from the Size of the focal spot, the desired wind speed Measuring range (possibly as a function of the wind direction) and the measurement height to be achieved according to the above in simple Way to be found. When determining the focal spot size are the given micro due to its turbulence dependence climatic peculiarities of the measurement site to be considered.

Welche Schallquellen einer Anordnung bei einer Messung je­ weils betrieben werden sollten, lässt sich anhand der be­ schriebenen geometrischen Überlegungen leicht ableiten, wenn das Windprofil bekannt ist. In der Realisierung der Erfindung kann dies über einen Algorithmus geschehen, bei dem das mit dem RASS selbst gemessene Windprofil eingeht. Alternativ oder ergänzend können auch andere Informationen über das Windpro­ fil genutzt werden, etwa solche die über einen (konventionel­ len) Radar-Betrieb der RASS-Anlage gewonnen werden. Beim Ra­ dar-Betrieb wird die Frequenz- oder Phasenverschiebung von an turbulenten Inhomogenitäten oder Teilchen (und nicht an Schallwellen) zurückgestreuten elektromagnetischen Wellen ausgewertet.Which sound sources of an arrangement during a measurement each because should be operated, can be based on the be easily derive the written geometric considerations, if the wind profile is known. In realizing the invention this can be done using an algorithm that uses wind profile measured by the RASS. Alternatively or In addition, other information about the Windpro fil can be used, such as those using a (conventional len) Radar operation of the RASS system can be obtained. At Ra dar operation becomes the frequency or phase shift from on turbulent inhomogeneities or particles (and not at Sound waves) backscattered electromagnetic waves evaluated.

Der Algorithmus zur Festlegung der Amplitude bzw. zur Auswahl der betriebenen Schallquellen kann in der digitalen Rechnereinheit des RASS erfolgen, in der auch die Auswertung der Frequenz oder Phase stattfindet. Die weitere schaltungsmäßige Umsetzung dieser Steuerung innerhalb der Anlage kann auf ver­ schiedene einfache Weisen realisiert werden, so dass es hier keiner weiteren Ausführung bedarf. Das Signal-zu-Rauschver­ hältnis kann bei einer distanzaufgelösten Messung für jede Distanzstufe ebenfalls in der Rechnereinheit separat ermit­ telt werden und in die Steuerung eingehen.The algorithm for determining the amplitude or for selection The operated sound sources can be in the digital computer unit  of the RASS, in which the evaluation of the Frequency or phase takes place. The further circuit Implementation of this control within the system can be done on ver different simple ways can be realized, so here it is no further execution is required. The signal-to-noise ver Ratio can be for a distance-resolved measurement for each Distance level also determined separately in the computer unit be fed into the control system.

Fig. 3a zeigt das Beispiel einer Anordnung von Schallquellen (5) um eine elektromagnetische Antenne (1) in der Aufsicht. Für die Windverhältnisse, wie sie in Fig. 2 angenommen wur­ den, wäre es sinnvoll, die in der Zeichnung mit schwarz ge­ füllten Kreisen gekennzeichneten Schallquellen zu betreiben. Fig. 3b zeigt die sich ergebenden Brennflecken (4). Es ist ersichtlich, dass aus jedem der sechs Höhenbereiche ein Brennfleck auf die Antenne trifft. Die gleichzeitige Messung des Windes oder der Temperatur in jeder dieser Höhen ist da­ her möglich. Fig. 3a shows an example of an arrangement of sound sources (5) to an electromagnetic antenna (1) in plan view. For the wind conditions, as was assumed in Fig. 2, it would make sense to operate the sound sources marked with black circles in the drawing. FIG. 3b shows the resulting focal spots (4). It can be seen that a focal spot hits the antenna from each of the six height ranges. The simultaneous measurement of the wind or the temperature at each of these heights is possible.

Entsprechend ist in Fig. 3c ein Beispiel für eine sinnvolle Auswahl der betriebenen Schallquellen (schwarz gefüllte Krei­ se) für einen mit der Höhe von Nord auf Nordost drehenden Wind gegeben. Auch hier würde aus jedem der sechs Höhenberei­ che ein Brennfleck auf die Antenne fallen.Correspondingly, in Fig. 3c an example of a sensible selection of the sound sources operated (black filled circles) is given for a wind rotating with the height from north to northeast. Here too, a focal spot would fall onto the antenna from each of the six height ranges.

Ist die Windrichtung nach einer Betriebsunterbrechung nicht bekannt, kann mit einem gleichzeitigen oder kurz nacheinander ablaufenden Betrieb mehrerer Gruppen von Schallquellen (etwa in radialer Anordnung) die vorherrschende Windrichtung we­ sentlich schneller bestimmt werden, als dies bei der mecha­ nischen Positionierung einer Schallquelle möglich wäre.If the wind direction is not after a business interruption known, can be with a simultaneous or in quick succession ongoing operation of several groups of sound sources (approx in a radial arrangement) the prevailing wind direction we can be determined considerably faster than at mecha African positioning of a sound source would be possible.

Im Beispiel der Fig. 3a und 3c ist der Abstand der Schall­ quellen größer als die Wellenlänge des Schalls. Durch eine höhere Packungsdichte lässt sich auch die gegenteilige Situa­ tion realisieren. Da jede Schallquelle dann notwendigerweise kleiner ist als die Wellenlänge, lässt sich innerhalb der Schallquelle keine nennenswerte Vorzugsrichtung mehr errei­ chen. Es ist dann jedoch möglich, durch eine kohärente Steue­ rungen der Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Schall­ quellen die Richtung des ausgesendeten Schalls zu beeinflus­ sen.In the example of FIGS . 3a and 3c, the distance between the sound sources is greater than the wavelength of the sound. The opposite situation can also be realized through a higher packing density. Since each sound source is then necessarily smaller than the wavelength, no significant preferred direction can be achieved within the sound source. However, it is then possible to influence the direction of the emitted sound by means of coherent controls of the phase differences between the individual sound sources.

Die obige Beschreibung ist nicht nur auf solche Arten von RASS zu beziehen, die mit derselben Antenne im Wechsel senden und empfangen (monostatische Anlagen, insbesondere mit Puls­ betrieb oder alternierendem Betrieb), sondern auch auf solche Anlagen bei der unterschiedliche Antennen, oft gleichzeitg, aussenden und empfangen (bistatische Anlagen, insbesondere FM-CW-Betrieb oder CW-Betrieb). Die geometrischen Überlegun­ gen zur Anordnung und Auswahl der Schallquellen lassen sich auf solche Anordnungen analog übertragen.The above description is not only for such types of To obtain RASS that transmit alternately with the same antenna and receive (monostatic systems, especially with pulse operation or alternating operation), but also on such Systems with different antennas, often at the same time, send and receive (bistatic systems, in particular FM-CW operation or CW operation). The geometrical reasoning The arrangement and selection of sound sources can be transferred analogously to such arrangements.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur radioakustischen Fernmessung meteorologi­ scher Größen, welche elektromagnetische Wellen und akustische Wellen in die Atmosphäre aussendet, die an den akustischen Wellen zurückgestreuten elektromagnetischen Wellen empfängt und über die Frequenz oder Phasenlage der empfangenen elek­ tromagnetischen Wellen die Schallausbreitungsgeschwindigkeit bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass um mindestens eine elektromagnetische Antenne zwei oder mehr Schallquellen räum­ lich angeordnet sind und die Amplitude oder die Amplitude und Phase der von ihnen ausgesendeten akustischen Wellen in Ab­ hängigkeit des darüber liegenden Höhenprofils des Windvektors variiert wird, insbesondere dass nur eine in Abhängigkeit des Höhenprofils des Windvektors wechselnde Auswahl der Schall­ quellen betrieben wird.1. Device for radio-acoustic remote measurement of meteorological variables, which emits electromagnetic waves and acoustic waves into the atmosphere, receives electromagnetic waves scattered back on the acoustic waves and determines the speed of sound propagation via the frequency or phase position of the received electromagnetic waves, characterized in that by at least one electromagnetic antenna two or more sound sources are arranged spatially and the amplitude or the amplitude and phase of the acoustic waves emitted by them is varied depending on the height profile of the wind vector above it, in particular that only one selection that changes depending on the height profile of the wind vector the sound sources are operated. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine im Wechsel sendende und empfangende Antenne verwendet wird oder mindestens zwei Antennen verwendet werden, wobei die von einer Antenne ausgesendeten elektromagnetischen Wel­ len von einer anderen Antenne empfangen werden.2. Device according to claim 1, characterized in that an alternating transmitting and receiving antenna is used or at least two antennas are used, whereby the electromagnetic world emitted by an antenna len are received by another antenna. 3. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche da­ durch gekennzeichnet, dass eine Distanzauflösung der Messung über die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen oder der akustischen Wellen oder beider Wellen erfolgt und dass zur Ermittlung der Laufzeit die elektromagnetischen Wellen bzw. die akustischen Wellen bzw. beide Wellen puls- oder frequenz­ moduliert werden.3. Device according to one of the preceding claims characterized by a distance resolution of the measurement over the duration of the electromagnetic waves or the acoustic waves or both waves and that for Determining the transit time of the electromagnetic waves or the acoustic waves or both waves pulse or frequency be modulated. 4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messung der Schallaus­ breitungsgeschwindigkeit die Temperatur oder die virtuelle Temperatur der Luft abgeleitet wird.4. Device according to one of the preceding claims characterized in that from the measurement of the sound level spreading speed the temperature or the virtual Temperature of the air is derived. 5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen oder die akustischen Wellen oder beide Wellen in eine Anzahl verschiedener Vorzugsrichtungen ausgesendet werden.5. Device according to one of the preceding claims  characterized that the electromagnetic waves or the acoustic waves or both waves in a number different preferred directions. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit in den verschiedenen Vorzugsrichtungen Informationen über das Höhen­ profil des Windvektors abgeleitet werden.6. The device according to claim 5, characterized in that from the measurement of the sound propagation speed in the various preferred directions information about the heights profile of the wind vector can be derived. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6 dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Vorzugsrichtungen der Antenne durch Pha­ senunterschiede zwischen einzelnen Elementen innerhalb der Antenne, insbesondere ausgeführt in Form einer Phasen-Array- Antenne, realisiert werden.7. Device according to claims 5 or 6 characterized thereby records that the preferred directions of the antenna by Pha differences between individual elements within the Antenna, in particular in the form of a phase array Antenna. 8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5, 6, oder 7 dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Vorzugsrichtungen der Schallquellen durch Phasenunterschiede zwischen einzelnen Elementen inner­ halb der Schallquelle, insbesondere ausgeführt in Form einer Phasen-Array-Schallquelle, oder durch Phasenunterschiede zwi­ schen den Schallquellen realisiert werden.8. Device according to claims 5, 6, or 7 thereby ge indicates that the preferred directions of sound sources due to phase differences between individual elements half of the sound source, in particular in the form of a Phase array sound source, or by phase differences between between the sound sources. 9. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche da­ durch gekennzeichnet, dass, insbesondere gleichzeitig oder über einen laufenden Wechsel der Betriebsart, in einem Radar­ modus Informationen über das Höhenprofil des Windvektors aus der Rückstreuung elektromagnetischer Wellen an nicht schall­ bedingten Inhomogenitäten der Atmosphäre gewonnen werden.9. Device according to one of the preceding claims characterized in that, particularly at the same time or about an ongoing change of operating mode, in a radar mode information about the height profile of the wind vector the backscattering of electromagnetic waves on no sound conditional inhomogeneities of the atmosphere. 10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6, 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass gewonnene Informationen über das Höhen­ profil des Windvektors zur Steuerung der in Anspruch 1 be­ schriebenen Variation der Amplitude oder der Amplitude und Phase der aussendenden Schallquellen, insbesondere zu deren Auswahl für den Betrieb benutzt werden.10. Device according to claims 6, 7, 8 or 9 thereby characterized that information gained about the heights profile of the wind vector for controlling the be in claim 1 written variation in amplitude or amplitude and Phase of the emitting sound sources, especially their Selection can be used for operation. 11. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche da­ durch gekennzeichnet, dass das den verschiedenen Messhöhen zugeordnete Signal-zu-Rauschverhältnis zur Steuerung der in Anspruch 1 beschriebenen Variation der Amplitude oder der Am­ plitude und Phase der aussendenden Schallquellen, insbeson­ dere zu deren Auswahl für den Betrieb benutzt werden.11. Device according to one of the preceding claims characterized by that the different measuring heights  assigned signal-to-noise ratio for controlling the in Claim 1 variation of the amplitude or the Am plitude and phase of the emitting sound sources, in particular which are used to select them for operation.
DE10112078A 2001-03-12 2001-03-12 Apparatus for radioacoustic remote measurement of meteorological parameters Expired - Lifetime DE10112078B4 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10112078A DE10112078B4 (en) 2001-03-12 2001-03-12 Apparatus for radioacoustic remote measurement of meteorological parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10112078A DE10112078B4 (en) 2001-03-12 2001-03-12 Apparatus for radioacoustic remote measurement of meteorological parameters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE10112078A1 true DE10112078A1 (en) 2002-10-02
DE10112078B4 DE10112078B4 (en) 2007-02-15

Family

ID=7677303

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10112078A Expired - Lifetime DE10112078B4 (en) 2001-03-12 2001-03-12 Apparatus for radioacoustic remote measurement of meteorological parameters

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10112078B4 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007001057A1 (en) * 2007-01-03 2008-07-10 Thiermann, Volker, Dipl.-Meteor. Dr. Radio acoustic wind profiler for measurement of two or three dimensional vectors of e.g. wind speed, has acoustic antennas sending acoustic waves in alternate spatial directions, where electromagnetic waves run to backscattering directions
DE102008058376A1 (en) * 2008-11-20 2010-06-02 Nivus Gmbh Method and apparatus for fluid flow measurement
DE102022201680A1 (en) 2022-02-17 2023-08-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein SYSTEM WITH AN ACOUSTIC SENSOR AND METHOD FOR REAL-TIME ACQUISITION OF METEOROLOGICAL DATA

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AGEVINE *
HEYER, Ernst et al.: Witterung und Klima: eine Einführung in die Meteorologie und Klimatologie. 10. Auflage, Stuttgart, Leipzig, Teubner Verlag, 1998, ISBN 3-519-00208-6 *
PETERS, Gerhard, THOMAS, Peter, BAUR, Matthias: A New Mobile 1.29 GHz, Wind and Temperature Profi-ler, Discription and First Measurements. In: Third International Symposium on Tropospheric Profiling Extended Abstracts, Volume 2. Hamburg, 1994 *
Wayne M. et al.: Improved Radio Acoustic Sounding Techniques. In: Journal of Atomspheric and Oceanic Technology, Volume 11 1994, S. 42-49 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007001057A1 (en) * 2007-01-03 2008-07-10 Thiermann, Volker, Dipl.-Meteor. Dr. Radio acoustic wind profiler for measurement of two or three dimensional vectors of e.g. wind speed, has acoustic antennas sending acoustic waves in alternate spatial directions, where electromagnetic waves run to backscattering directions
DE102007001057B4 (en) * 2007-01-03 2010-09-02 Thiermann, Volker, Dipl.-Meteor. Dr. Apparatus for radioacoustic remote measurement of at least two components of a flow velocity vector
DE102008058376A1 (en) * 2008-11-20 2010-06-02 Nivus Gmbh Method and apparatus for fluid flow measurement
DE102022201680A1 (en) 2022-02-17 2023-08-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein SYSTEM WITH AN ACOUSTIC SENSOR AND METHOD FOR REAL-TIME ACQUISITION OF METEOROLOGICAL DATA

Also Published As

Publication number Publication date
DE10112078B4 (en) 2007-02-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69733981T2 (en) Apparatus and method for detecting a reflector in a medium
EP2824433B1 (en) Universal detection of measurement data in bodies of water
EP1478942B1 (en) Radar sensor for motor vehicles with antenna sidelobe pointing at the road surface
EP3204788B1 (en) Imaging radar sensor with horizontal digital beam forming and vertical object measurement by phase comparison, while having mutually offset transmitters
DE3427020C2 (en)
EP3182159B1 (en) Distance measuring device
EP3105554B1 (en) Determining a topology of the surface of a material filled into a container
EP2769236B1 (en) Angle-resolving radar sensor
EP3633405A1 (en) Measuring apparatus for geometric 3d-scanning of an environment having a plurality of emission channels and semiconductor photomultiplier sensors
Dong et al. Analysis of L-band multi-channel sea clutter
Browning et al. The structure of an inversion above a convective boundary layer as observed using high-power pulsed Doppler radar
DE102018208464B4 (en) Method for functional testing of a radar sensor and device suitable for carrying out the method
DE3731036A1 (en) Search radar with wide instantaneous angular field of operation
DE102016002441B3 (en) Mechanically robust optical measuring system by means of light transit time and / or reflectivity measurement
EP1640742A1 (en) Method of operating a radar sensor
DE4292497C2 (en) Antenna compact measuring system
DE10063694C2 (en) Process for distinguishing the shape of shelves in an oven and oven
DE1548490C2 (en) Method and arrangement for correlating a first and second time-variable signal recorded by two direction sensors
DE2240749A1 (en) METHOD FOR DETECTING OBJECTS IN THE AIR, IN SPACE OR UNDER WATER BY REFLECTION OF ELECTROMAGNETIC OR ACOUSTIC WAVES
DE10112078A1 (en) Radio acoustic distance measurement device for meteorological values transmits radio waves and acoustic waves into atmosphere and measures wind profile using distributed sound sources
DE102007001057B4 (en) Apparatus for radioacoustic remote measurement of at least two components of a flow velocity vector
EP2480910A1 (en) Method and device for measuring a profile of the ground
Crane Radar measurements of wind at Kwajalein
DE4341645C2 (en) Method for real-time measurement of dynamic three-dimensional deformations of a measurement object
DE102014216368A1 (en) MULTICOLOR LIDAR SYSTEM

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8364 No opposition during term of opposition
R071 Expiry of right