DE10112078B4 - Apparatus for radioacoustic remote measurement of meteorological parameters - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zur radioakustischen Fernmessung meteorologischer 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 elektromagnetischen Wellen die Schallausbreitungsgeschwindigkeit bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass um mindestens eine elektromagnetische Antenne zwei oder mehr Schallquellen räumlich angeordnet sind und die Amplitude oder die Amplitude und Phase der von ihnen ausgesendeten akustischen Wellen in Abhängigkeit des darüber liegenden Höhenprofils des Windvektors variiert wird, insbesondere dass nur eine in Abhängigkeit des Höhenprofils des Windvektors wechselnde Auswahl der Schallquellen betrieben wird.contraption for radioacoustic remote measurement of meteorological variables, which emit electromagnetic waves and acoustic waves into the atmosphere, the electromagnetic waves scattered back on the acoustic waves Waves is received and about the Frequency or phase angle of the received electromagnetic waves determines the sound propagation speed, characterized that at least one electromagnetic antenna two or more sound sources spatial are arranged and the amplitude or the amplitude and phase of the of them emitted acoustic waves in dependence of it lying height profile of the wind vector is varied, in particular that only one depending of the height profile the wind vector changing selection of sound sources is operated.

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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 Windgeschwindigkeit und -richtung, welche die Bewegung des Mediums gegenüber dem ortsfesten System beschreiben. Neben den Mittelwerten können andere statistische oder daraus abgeleitete Größen bestimmt werden, insbesondere zur Turbulenzmessung.radio Acoustic Probing systems (RASS) are used to meteorological from the ground To televise sizes, which depend on the propagation speed of the sound. This are essentially the temperature of the air (more precisely, the virtual Temperature), which is the speed of sound within the medium influenced, and the wind speed and direction, which the Movement of the medium opposite describe the fixed system. Besides the means others can statistical or derived variables, in particular for turbulence measurement.

Anwendungen für RASS liegen u. a. in der meteorologischen Forschung und Routinemessung, der Luftqualitätsüberwachung und der Flugsicherheit.applications for RASS lie u. a. in meteorological research and routine measurement, the Air Quality Monitoring and the flight safety.

Im Betrieb sendet ein RASS elektromagnetische Wellen und akustische Wellen in die Atmosphäre aus, empfängt die an den akustischen Wellen zurückgestreuten elektromagnetischen Wellen und bestimmt deren meist relative Frequenz- oder Phasenverschiebungen. Unter Anwendung der Theorie des Dopplereffekts und unter Berücksichtigung der Geometrie der Wellenabstrahlung wird daraus die Schallausbreitungsgeschwindigkeit, meist bezogen auf eine Raumrichtung, ermittelt.in the Operation sends a RASS electromagnetic waves and acoustic Waves in the atmosphere out, receiving the electromagnetic waves scattered back on the acoustic waves Waves and determines their mostly relative frequency or phase shifts. Using the theory of the Doppler effect and taking into account the geometry of the wave radiation becomes the sound propagation velocity, usually based on a spatial direction, determined.

Zur Messung des horizontalen oder dreidimensionalen Windvektors müssen die elektromagnetischen oder die akustischen Wellen oder beide in mehr als eine bevorzugte Raumrichtung (Vorzugsrichtung) ausgesendet werden. Zum Erreichen veränderbarer Vorzugsrichtungen können Phasen-Array-Antennen oder Phasen-Array-Schallquellen verwendet werden, bei denen einzelne nebeneinander angeordnete Elemente mit definierter aufeinander bezogener Phasenverschiebung abstrahlen.to Measurement of the horizontal or three-dimensional wind vector must be the electromagnetic or the acoustic waves or both in more as a preferred spatial direction (preferred direction) are emitted. To achieve changeable Preferred directions can Phase array antennas or phase array sound sources are used where individual juxtaposed elements with defined radiate towards each other related phase shift.

Eine räumlich aufgelöste Messung von Wind- und Temperaturprofilen wird über die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen oder der akustischen Wellen oder beider Wellen erreicht, zu deren Ermittlung die elektromagnetischen Wellen bzw. die akustischen Wellen bzw. beide Wellen puls- oder frequenzmoduliert sind (z. B. elektromagnetischer Pulsbetrieb oder elektromagnetischer FM-CW-Betrieb oder elektromagnetischer CW-Betrieb mit akustischem Pulsbetrieb).A spatial resolution Measurement of wind and temperature profiles is over the life of the electromagnetic Waves or the acoustic waves or both waves, to determine the electromagnetic waves or the acoustic Waves or both waves are pulse or frequency modulated (eg electromagnetic pulsed operation or electromagnetic FM-CW operation or electromagnetic CW operation with acoustic pulse operation).

Ein dem Stand der Technik entsprechendes RASS wird z. B. von W. M. Angevine, W. L. Ecklund, D. A. Carter, K. S. Gage und K. P. Moran in der Zeitschrift "Journal of Atmospheric and Oceanic Technology", Jahrgang 1994, Band 11, Seiten 42–49, beschrieben.One The prior art RASS is z. By W. M. Angevine, W.L. Ecklund, D.A. Carter, K.S. Gage and K.P. Moran in the journal "Journal of Atmospheric and Oceanic Technology ", Volume 1994, Volume 11, pages 42-49.

Ein grundsätzliches Problem des RASS ist die Verdriftung der akustischen Wellen durch den Wind, wie sie in den 1a und 2a (Vertikalschnitt) sowie 1b und 2b (Horizontalaufsicht) für sechs Messhöhen verdeutlicht wird. Es wurden hier identische Positionen der elektromagnetischen und der akustischen Aussendung angenommen (1). Beim von Angevine et al. beschriebenen RASS 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 RASS is the drifting of the acoustic waves through the wind, as in the 1a and 2a (Vertical section) as well 1b and 2 B (Horizontal supervision) for six measuring heights is clarified. Identical positions of the electromagnetic and the acoustic transmission were assumed here ( 1 ). When Angevine et al. This is approximately achieved by the fact that four sound sources are mounted directly on the sides of a square electromagnetic antenna and operated simultaneously.

Die wirksamen Strahlenbündel (2) werden durch die Abstrahlcharakteristika 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 Windstille (1a und 1b) die elektromagnetischen Wellen aus allen Höhen annähernd auf die Antennenposition (1) zurückfokussiert. Durch atmosphärische Turbulenz werden die Wellenfronten leicht gestört, wodurch der Brennfleck (4) aufgeweitet 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 transmitted acoustic and electromagnetic wavefronts ( 3 ), especially in the far field, are used in calm weather ( 1a and 1b ) the electromagnetic waves from all heights approximately to the antenna position ( 1 ) backfocused. Atmospheric turbulence easily disturbs the wavefronts, causing the focal spot ( 4 ) is widened.

Bei nicht zu vernachlässigender Windgeschwindigkeit (2a und 2b) fokussieren die Strahlenbündel (2) aus den verschiedenen Höhen (3) nicht auf den gleichen Ort. Der Brenn fleck (4) wird in Abhängigkeit der Messhöhe horizontal verschoben 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 wachsenden Turbulenzeffekts zu.At not insignificant wind speed ( 2a and 2 B ) focus the beams ( 2 ) from the different heights ( 3 ) not in the same place. The focal spot ( 4 ) is shifted horizontally depending on the measuring height and in the example of the illustration no longer hits the antenna. The size of the displacement vector is in very good approximation the product of the mean horizontal wind vector and the sound propagation time up to the measuring height. The size of the focal spot increases with the measured height due to the growing turbulence effect.

Beim bisher bekannten RASS führt die Windverdriftung der akustischen Wellen entweder zu einer Einschränkung des Windgeschwindigkeitsbereichs, 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 Tropospheric 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, beschreiben Anlagen, bei denen die Position der Schallquelle mechanisch über eine motorgesteuerte Verstelleinrichtung verändert werden kann. Dieses Verfahren hat drei wesentliche Nachteile: Erstens ist der technische Aufwand und die Anfälligkeit 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 unbekanntem Windprofil, insbesondere nach einer Betriebsunterbrechung, die optimale Position der Schallquelle erst zeitraubend über mechanische Verstellungen ermittelt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile zu vermeiden.In the previously known RASS, the wind drift of the acoustic waves either leads to a limitation of the wind speed range within which a measurement is possible, or to a limitation of the possible measuring height. Often the Windverdriftung is compensated by the fact that the sound source is carried out spatially and their position of the lettering is offset in opposite directions. G. Peters, P. Thomas and M. Bauer in "Third International Symposium on Tropospheric Profiling", Extended Abstracts, pages 320-322, and D. Engelbart, H. Steinhagen, U. Gorsdorf, J. Lippmann and J. Neisser in the journal "Contributions to the physics of the atmosphere", born in 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-driven adjustment. This Ver Driving has three major disadvantages: First, the technical complexity and the susceptibility of a motor-driven adjustment is considerable. Secondly, the position of the sound source can be optimized only for one measurement height, u. U. can therefore be measured at the same time only in a height range. Third, with an unknown wind profile, especially after a business interruption, the optimal position of the sound source must be determined only time consuming by mechanical adjustments. The invention has for its object to avoid the above-mentioned disadvantages.

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 Windpro fils nur ein Teil der Schallquellen akustische Wellen aussendet, die zu einem auf die Antenne treffenden Reflex elektromagnetischer Wellen führen.The Task is solved by that several sound sources in fixed spatial distance from each other are arranged and a (changing) selection from it at the same time is operated. The selection takes into account that in dependence Windpro fils only a part of the sound sources acoustic waves which emanates to a reflex affecting the antenna electromagnetic Waves lead.

Den ausschließlichen Betrieb der nur jeweils erforderlichen Schallquellen gebietet die Minimierung des Energiebedarfs, der Zahl der schaltungstechnisch benötigten Leistungskomponenten und der Lärmbelästigung. Zur weiteren Energieoptimierung und Lärmreduzierung kann die Amplitude einzelner Schallquellen soweit vermindert werden, wie es das Signal-zu-Rauschverhältnis bei der Messung des Reflexes aus dem zugeordneten Höhenbereich erlaubt.The exclusive Operation of only each required sound sources dictates the Minimization of energy demand, the number of circuit technology required Power components and noise pollution. For further energy optimization and noise reduction, the amplitude individual sound sources are reduced as much as the signal-to-noise ratio at the measurement of the reflex from the assigned altitude 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 mikroklimatischen Besonderheiten des Messortes zu berücksichtigen.meaningful Arrangements of the sound sources, in particular 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 Wind direction) as well as the measuring height to be achieved according to the above in easy way to be found. When determining the focal spot size are because its turbulence dependence to consider the given microclimatic peculiarities of the place of measurement.

Welche Schallquellen einer Anordnung bei einer Messung jeweils betrieben werden sollten, lässt sich anhand der beschriebenen 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 Windprofil genutzt werden, etwa solche die über einen (konventionellen) Radar-Betrieb der RASS-Anlage gewonnen werden. Beim Radar-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 operated during a measurement respectively should be, can be easily derive from the described geometric considerations, if the wind profile is known. In the realization of the invention can this over an algorithm in which the measured with the RASS itself Wind profile is received. Alternatively or in addition, other information about the Wind profile be used, such as those over a (conventional) Radar operation of the RASS plant can be obtained. When radar operation is the frequency or phase shift of turbulent inhomogeneities or Particles (and not on sound waves) backscattered electromagnetic Waves evaluated.

Der Algorithmus zur Festlegung der Amplitude bzw. zur Auswahl der betriebenen Schallquellen kann in der digitalen Rechner einheit des RASS erfolgen, in der auch die Auswertung der Frequenz oder Phase stattfindet. Die weitere schaltungsmäßige Umsetzung dieser Steuerung innerhalb der Anlage kann auf verschiedene einfache Weisen realisiert werden, so dass es hier keiner weiteren Ausführung bedarf. Das Signal-zu-Rauschverhältnis kann bei einer distanzaufgelösten Messung für jede Distanzstufe ebenfalls in der Rechnereinheit separat ermittelt werden und in die Steuerung eingehen.Of the Algorithm for determining the amplitude or to select the operated Sound sources can take place in the digital computer unit of the RASS, in which the evaluation of the frequency or phase takes place. The further circuit-wise implementation This control within the facility can be based on various simple Wise things are realized so that it needs no further execution here. The Signal-to-noise ratio can be at a distance-resolved Measurement for each distance level also determined separately in the computer unit and get into the control.

3a zeigt das Beispiel einer Anordnung von Schallquellen (5) um eine elektromagnetische Antenne (1) in der Aufsicht. Für die Windverhältnisse, wie sie in 2 angenommen wurden, wäre es sinnvoll, die in der Zeichnung mit schwarz gefüllten Kreisen gekennzeichneten Schallquellen zu betreiben. 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 daher möglich. 3a shows the example of an arrangement of sound sources ( 5 ) around an electromagnetic antenna ( 1 ) in the supervision. For the wind conditions, as in 2 It would be useful to operate the sound sources marked with black circles in the drawing. 3b shows the resulting focal spots ( 4 ). It can be seen that from each of the six height ranges a focal spot hits the antenna. The simultaneous measurement of the wind or the temperature in each of these heights is therefore possible.

Entsprechend ist in 3c ein Beispiel für eine sinnvolle Auswahl der betriebenen Schallquellen (schwarz gefüllte Kreise) für einen mit der Höhe von Nord auf Nordost drehenden Wind gegeben. Auch hier würde aus jedem der sechs Höhenbereiche ein Brennfleck auf die Antenne fallen.Accordingly, in 3c an example of a sensible selection of powered sound sources (black circles) for a wind turning north to northeast. Again, from each of the six altitude ranges, a focal spot would fall on the antenna.

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 wesentlich schneller bestimmt werden, als dies bei der mechanischen Positionierung einer Schallquelle möglich wäre.is the wind direction is not known after a business interruption, can be with a concurrent or expiring one after the other Operation of several groups of sound sources (approximately in a radial arrangement) the prevailing wind direction is determined much faster, as would be possible with the mechanical positioning of a sound source.

Im Beispiel der 3a und 3c ist der Abstand der Schallquellen größer als die Wellenlänge des Schalls. Durch eine höhere Packungsdichte lässt sich auch die gegenteilige Situation realisieren. Da jede Schallquelle dann notwendigerweise kleiner ist als die Wellenlänge, lässt sich innerhalb der Schallquelle keine nennenswerte Vorzugsrichtung mehr erreichen. Es ist dann jedoch möglich, durch eine kohärente Steuerungen der Phasendifferenzen zwischen den einzelnen Schallquellen die Richtung des ausgesendeten Schalls zu beeinflussen.In the example of 3a and 3c the distance of the sound sources is greater than the wavelength of the sound. Due to a higher packing density, the opposite situation can be realized. Since each sound source is then necessarily smaller than the wavelength, no appreciable preferred direction can be achieved within the sound source more. However, it is then possible to influence the direction of the emitted sound by a coherent control 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 Pulsbetrieb 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 Überlegungen zur Anordnung und Auswahl der Schallquellen lassen sich auf solche Anordnungen analog übertragen.The above description is not only related to those types of RASS that alternately transmit and receive with the same antenna (monostatic systems, in particular with pulsed operation or alternating operation), but also on sol systems in which different antennas, often simultaneous, transmit and receive (bistatic systems, in particular FM-CW operation or CW operation). The geometric considerations for the arrangement and selection of the sound sources can be analogously transferred to such arrangements.

Claims (11)

Vorrichtung zur radioakustischen Fernmessung meteorologischer 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 elektromagnetischen Wellen die Schallausbreitungsgeschwindigkeit bestimmt, dadurch gekennzeichnet, dass um mindestens eine elektromagnetische Antenne zwei oder mehr Schallquellen räumlich angeordnet sind und die Amplitude oder die Amplitude und Phase der von ihnen ausgesendeten akustischen Wellen in Abhängigkeit des darüber liegenden Höhenprofils des Windvektors variiert wird, insbesondere dass nur eine in Abhängigkeit des Höhenprofils des Windvektors wechselnde Auswahl der Schallquellen betrieben wird.Apparatus for radioacoustic remote measurement of meteorological magnitudes, which emits electromagnetic waves and acoustic waves into the atmosphere, which receives electromagnetic waves scattered back on the acoustic waves and determines the sound propagation velocity via the frequency or phase angle of the received electromagnetic waves, characterized in that at least one electromagnetic antenna two or more sound sources are spatially arranged and the amplitude or the amplitude and phase of the acoustic waves emitted by them is varied in dependence on the overlying height profile of the wind vector, in particular that only one depending on the height profile of the wind vector changing selection of the sound sources is operated. 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 Wellen von einer anderen Antenne empfangen werden.Device according to claim 1, characterized that uses an alternating and receiving antenna or at least two antennas are used, the ones of an electromagnetic waves emitted from an antenna other antenna are received. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch 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 frequenzmoduliert werden.Device according to one of the preceding claims characterized characterized in that a distance resolution of the measurement over the Term of electromagnetic waves or acoustic waves or both waves and that to determine the maturity the electromagnetic waves or the acoustic waves or both waves are pulse or frequency modulated. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit die Temperatur oder die virtuelle Temperatur der Luft abgeleitet wird.Device according to one of the preceding claims characterized characterized in that from the measurement of the sound propagation velocity the temperature or the virtual temperature of the air is derived becomes. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche da durch gekennzeichnet, dass die elektromagnetischen Wellen oder die akustischen Wellen oder beide Wellen in eine Anzahl verschiedener Vorzugsrichtungen ausgesendet werden.Device according to one of the preceding claims characterized by characterized in that the electromagnetic waves or the acoustic Waves or both waves in a number of different preferred directions to be sent out. Vorrichtung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass aus der Messung der Schallausbreitungsgeschwindigkeit in den verschiedenen Vorzugsrichtungen Informationen über das Höhenprofil des Windvektors abgeleitet werden.Device according to claim 5, characterized that from the measurement of the sound propagation velocity in the different preferred directions derived information about the height profile of the wind vector become. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzugsrichtungen der Antenne durch Phasenunterschiede zwischen einzelnen Elementen innerhalb der Antenne, insbesondere ausgeführt in Form einer Phasen-Array-Antenne, realisiert werden.Device according to claims 5 or 6, characterized that the preferred directions of the antenna by phase differences between individual elements within the antenna, in particular accomplished in the form of a phase array antenna, will be realized. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5, 6, oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorzugsrichtungen der Schallquellen durch Phasenunterschiede zwischen einzelnen Elementen innerhalb der Schallquelle, insbesondere ausgeführt in Form einer Phasen-Array-Schallquelle, oder durch Phasenunterschiede zwischen den Schallquellen realisiert werden.Device according to claims 5, 6 or 7, characterized that the preferred directions of the sound sources by phase differences between individual elements within the sound source, in particular executed in shape a phase array sound source, or by phase differences between be realized the sound sources. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere gleichzeitig oder über einen laufenden Wechsel der Betriebsart, in einem Radarmodus Informationen über das Höhenprofil des Windvektors aus der Rückstreuung elektromagnetischer Wellen an nicht schallbedingten Inhomogenitäten der Atmosphäre gewonnen werden.Device according to one of the preceding claims characterized characterized in that, in particular simultaneously or via a running change of mode, in a radar mode information about that height profile of the wind vector from the backscatter electromagnetic waves at non - sound inhomogeneities of the the atmosphere be won. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6, 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass gewonnene Informationen über das Höhenprofil des Windvektors zur Steuerung der in Anspruch 1 beschriebenen Variation der Amplitude oder der Amplitude und Phase der aussendenden Schallquellen, insbesondere zu deren Auswahl für den Betrieb benutzt werden.Device according to claims 6, 7, 8 or 9 thereby characterized in that information obtained about the height profile of the wind vector for Control of the amplitude variation described in claim 1 or the amplitude and phase of the emitting sound sources, in particular to their selection for the operation can be used. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das den verschiedenen Messhöhen zugeordnete Signal-zu-Rauschverhältnis zur Steuerung der in Anspruch 1 beschriebenen Variation der Amplitude oder der Amplitude und Phase der aussendenden Schallquellen, insbesondere zu deren Auswahl für den Betrieb benutzt werden.Device according to one of the preceding claims characterized in that the signal-to-noise ratio assigned to the different measurement heights is assigned to Control of the amplitude variation described in claim 1 or the amplitude and phase of the emitting sound sources, in particular to their selection for the operation can be used.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
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Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AGEVINE, Wayne M. et al.: Improved Radio Acoustic Sounding Techniques. In: Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, Volume 11, 1994, S. 42-49 *
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, BAUER, 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
PETERS, Gerhard, THOMAS, Peter, BAUER, 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 *

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