DE3536659C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wolkenhöhenmessung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Art sind aus der CH-PS 6 28 139 und der DE 29 24 490 A1 bekannt. Die bekannten Vorrichtungen geben als Wolkenhöhe bzw. -höhen den oder die Höhenwerte an, die dem bzw. den größten gespeicherten Signalwerten zugeordnet sind. Sie arbeiten solange einwandfrei, als kein Niederschlag auftritt. Wenn es regnet oder schneit, werden die vom Sender ausgesandten Lichtimpulse nicht nur von der oder den Wolken sondern auch von den Regentropfen bzw. Schneeflocken zugestreut. Die dadurch entstehenden Signalwerte können dabei größer als die den Wolken entsprechenden Signalwert sein. Bei den bekannten Geräten besteht deshalb die Gefahr, daß während Niederschlägen eine falsche Wolkenhöhe angezeigt wird.

Die Gefahr solcher Falschanzeigen besteht ebenfalls bei der aus der GB-PS 11 50 502 bekannten Vorrichtung, bei der das Ausgangs­ signal des Empfängers über einen Verstärker einer Auswertungsein­ richtung mit zwei Differenziervorrichtungen zugeführt wird, wel­ che die (zeit- bzw. höhenabhängige) Funktion des verstärkten Sig­ nals zweimal differenziert, wobei die Wolkenhöhe entprechend der Zeit angegeben wird, die vom Zeitpunkt der Aussendung des Licht­ impulses bis zu dem Zeitpunkt verstrichen ist, in dem die zweimal differenzierte Funktion von positiv zu negativ ändert. Der Null­ durchgang der zweiten Ableitung von positiv zu negativ erfolgt bekanntlich beim Maximum der ersten Ableitung, das seinerseits beim größten Anstieg der ursprünglichen Funktion auftritt. Als Wolkenhöhe wird somit die Höhe angezeigt, bei welcher der größte Anstieg der Funktion erfolgt, die Funktion also die steilste An­ stiegsflanke hat. Damit wird zwar bei Schönwetterbedingungen die richtige Wolkenhöhe angezeigt, nicht aber bei Regen und Schnee: Regen und Schnee führen ebenso wie eine Wolke zu einem verhält­ nismäßig steilen Anstieg der Funktion, wobei die bekannte Vor­ richtung am "Ort" der (steilsten) Anstiegsflanke der durch Regen bzw. Schnee bedingten Erhebung der Funktion fälschlicherweise die Wolkenhöhe anzeigt.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Wolken vom Niederschlag zu unterscheiden.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1.

Mit dem Patentanspruch 3 wird zusätzlich die Aufgabe gelöst, einen Niederschlag anzuzeigen.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbei­ spiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Wolkenhöhenmessung mit dem Lichtimpulsweg zwischen der Vorrichtung und einer Wolke,

Fig. 2 ein Blockschema der Vorrichtung,

Fig. 3 ein vereinfachtes Flußdiagramm des Betriebs­ programms der Auswertungseinrichtung der Vor­ richtung,

Fig. 4a bis 4e Diagramme der im Programmablauf gemäß dem Fluß­ diagramm von Fig. 3 erhaltenen Funktionen F 1, F 2, F 3, F 5, F 6 im Fall der Detektion einer Wolke bei Niederschlag, und

Fig. 5a, 5b Diagramme der Funktionen F 1, F 2, F 3 im Fall der Detektion einer Wolke ohne Niederschlag.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet grundsätzlich nach dem gleichen Meßprinzip wie die in der CH-PS 6 28 139 und der DE 29 24 490 A1 beschriebenen Vorrichtungen. Die für die Messung erforderlichen Einheiten der Vorrich­ tung und deren Funktion werden deshalb im folgenden, soweit mit den bekannten Einheiten übereinstimmend, nur kurz erläutert.

Die Vorrichtung hat einen aus einem Diodenlaser-Array bestehenden Sender 1, der von einer Steuereinheit 2 ge­ steuert periodisch kurze Lichtimpulse 3 hoher Anstiegs­ steilheit aussendet. Ein (nicht dargestellter) Thermostat sorgt dafür, daß die Betriebstemperatur des Laser-Arrays konstant ist. Die Steuereinheit 2 überwacht die Licht­ ausgangsleistung des Laser-Arrays mittels eines Photode­ tektors 4 und regelt die Amplitude der das Laser-Array betreibenden Stromimpulse so, daß die Lichtausgangsleitung konstant ist. Die Lichtausgangsleistung ist dabei so klein bemessen, daß man beim Betrieb des Laser-Arrays ohne Gefahr für die Augen in die Sendeoptik hineinschauen kann. Die von der Wolke reflektierten Lichtimpulse 5 werden von einem einen Photodetektor aufweisenden Empfänger 6 empfangen und über einen Verstärker 7 und einen Analog-Schalter 8 auf einen Integrator 9 gegeben. Der Analog-Schalter 8 bildet zusammen mit seiner Steuerein­ heit 10 eine Gating-Einrichtung, welche das Ausgangssignal des Verstärkers 7 während Zeitschlitzen durch­ läßt, die in bezug auf die Aussendung der Lichtimpulse 3 zeitlich verschoben sind. Der Integrator 9 integriert jeweils über eine vorbestimmte Anzahl Zeitschlitze mit gleicher zeitlicher Verschiebung in bezug auf die Aus­ sendung der Lichtimpulse 3. Sein integriertes Signal wird mittels eines Analog/Digital-Wandlers 11 in einen digitalen Signalwert umgewandelt und über ein Interface 12 an einen mit einem Datenspeicher 13 ausgerüsteten Mikroprozessor 14 gegeben. Nach der Integration über die vorbestimmte Anzahl Zeitschlitze speichert der Mikro­ prozessor 14 den integrierten Signalwert im Datenspei­ cher 13 und stellt den Integrator 9 auf Null zurück. Anschließend steuert der Mikroprozessor 14 die Gating- Einrichtung 8, 10 so, daß der Zeitschlitz eine geringfügig größere zeitliche Verschiebung in bezug auf die Aussendung der Lichtimpulse 3 hat und der Integrator 9 integriert wiederum über die vorbestimmte Anzahl Zeitschlitze. In dieser Weise speichert der Mikroprozes­ sor 14 die integrierten Signalwerte geordnet nach der durch die zeitliche Verschiebung der Zeitschlitze gege­ benen Höhe H im Datenspeicher 13. (Die einem Signalwert zugeordnete Höhe ist das Produkt aus der zeitlichen Ver­ schiebung des dem Signalwert zugeordneten Zeitschlitzes und der halben Lichtgeschwindigkeit.)

Die Fenster 20, 21, durch welche die Lichtimpulse 3 und 5 ausgesandt und empfangen werden, sind mit einer Schei­ benheizung 22 versehen. Außerdem ist ein Gebläse 23 vorgesehen, daß so angeordnet ist, daß der Luftstrom horizontal über beide Fenster 20, 21 hinwegstreicht. Die Scheibenheizung 22 wird eingeschaltet, wenn ein Temperaturfühler 28 anzeigt, daß die Temperatur unter dem Gefrierpunkt liegt. Das Gebläse 23 wird eingeschal­ tet, wenn der Mikroprozessor 14 wie weiter unten erläutert, bei der Auswertung der Meßergebnisse Niederschlag fest­ stellt. Die Scheibenheizung 22 und das Gebläse 23 ver­ hindern, daß Regentropfen oder Schneeflocken die Trans­ mission der Lichtimpulse 3 und 5 durch die Fenster 20, 21 beeinträchtigen. Dadurch, daß das Gebläse 23 nicht dauernd sondern nur bei Niederschlag eingeschaltet wird, ist der Stromverbrauch gering und die Lebensdauer des Gebläses groß. Um eine Beeinträchtigung der Transmis­ sion infolge Verschmutzung der Fenster 20, 21 festzu­ stellen, ist ein Photodetektor 25 vorgesehen, der vom Fenster 20 reflektierte Lichtimpulse 3 detektiert. Das vom Photodetektor 25 detektierte Signal steigt mit der Verschmutzung des Fensters 20 an und der Mikroprozessor 14 gibt über eine Eingabe/Ausgabe-Steuereinheit 26 an eine Anzeigevorrichtung 27 einen Befehl zur Anzeige "Fenster reinigen", wenn das Ausgangssignal des Photo­ detektors 25 einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Der Befehl zur Anzeige "Fenster reinigen" wird je­ doch gesperrt, solange der Mikroprozessor 14 Niederschlag feststellt, da in diesem Fall das vom Photodetek­ tor 25 detektierte Signal von auf dem Fenster 20 be­ findlichen Regentropfen oder Schneeflocken verursacht sein kann, die vom Gebläse 23 bzw. der Scheibenheizung 22 selbsttätig entfernt werden.

Die Sende- und Empfangsoptik 28, 29 (Fig. 1) sind neben­ einander angeordnet, so daß das vom Sender 1 ausgesandte Strahlenbündel 3 und das vom Empfänger 6 empfangene Strah­ lenbündel 5 einander mit zunehmender Höhe immer stärker überlappen. Im unteren Höhenmeßbereich gelangen die aus­ gesandten Lichtimpulse 3 nur durch Mehrfachstreuung (Multiscatter) zurück in den Empfänger 6. Deshalb sind die empfangenen Signale im unteren Höhenmeßbereich klein und werden mit zunehmender Höhe wegen der grösser werden­ den Überlappung der beiden Strahlenbündel 3, 5 und damit der zunehmenden direkten Zurückstreuung bzw. Reflexion größer, wobei sie aber mit steigender Höhe entsprechend dem quadratischen Abstandsgesetz wieder abnehmen. Um diese Unterschiede auszugleichen, kann die Anzahl der Zeitschlitze, über welche der Integrator 9 jeweils inte­ griert, vom Mikroprozessor 14 in Abhängigkeit von der Höhe, d. h. der zeitlichen Verschiebung der Zeitschlitze in bezug auf die Aussendung der Lichtimpulse 3 so geändert werden, daß die Größe des integrierten Signalwerts bei konstanten atmosphärischen Bedingungen über den gan­ zen Höhenmessbereich konstant ist.

Der Mikroprozessor 14 bildet die Auswertungseinrichtung der dargestellten Vorrichtung. Das Betriebsprogramm des Mikroprozessors 14 für die Auswertung wird weiter unten anhand des vereinfachten Flußdiagramms von Fig. 3 näher erläutert. Es basiert auf folgenden, der Erfindung zu­ grundeliegenden Erkenntnissen: Wenn man die im Daten­ speicher 13 nach der Höhe geordnet gespeicherten, inte­ grierten Signalwerte in Abhängigkeit der Höhe aufträgt, so erhält man bei einer im Messbereich liegenden Wolke im Falle von Niederschlag zum Beispiel die in Fig. 4a dargestellte Funktion F 1 (H) und ohne Niederschlag z. B. die in Fig. 5a dargestellte Funktion F 1 (H). Es hat sich gezeigt, daß die Erhebungen der Funktion F 1 (H) sowohl durch Wolken als auch durch Niederschlag bedingt sein können, wobei die Größe der Spitzenwerte (Maxima) der Erhebungen nichts darüber aussagt, ob die betreffende Erhebung durch eine Wolke oder durch Niederschlag be­ dingt ist. Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, daß eine durch eine Wolke bedingte Erhebung sich von einer durch Niederschlag bedingten Erhebung dadurch unterscheidet, daß sie eine steile Anstiegs- und vor allem auch eine steile Abstiegsflanke hat. Das ist vermutlich physika­ lisch dadurch zu erklären, dass die Dichte der Wasser­ tropfen in der Wolke größer ist als im herabfallenden Niederschlag. Ausgehend von dieser Erkenntnis, besteht das Prinzip der erfindungsgemässen Auswertung darin, die Funktion F 1 (H) zu qlätten, die geglättete Funktion zu differenzieren und das oder die Maxima und Minima der differenzierten Funktion zu bestimmen. Ein aufeinan­ derfolgendes Maximum/Minimum-Paar zeigt dann eine Wolke an, falls das Maximum und das Minimum einen be­ stimmten, experimentell festgelegten, konstanten Schwellwert C 1, C 2 überschreitet bzw. unterschreitet. Um sicherzustellen, daß das Maximum-Minimum-Paar nicht durch zufälligeIntegration hoher Rauschsignale bedingt ist, kann zusätzlich geprüft werden, ob sich die ursprüng­ liche, durch die Messung erhaltene Funktion F 1 (H) auf der Höhe des Maximum/Minimum-Paars ausreichend über das Rauschen hinaus erhebt.

Das Betriebsprogramm der Auswertungseinrichtung des Mikroprozessors 14 beginnt gemäss dem Flussdiagramm von Fig. 3 mit der Eingabe 30 der im Datenspeicher 13 nach der Höhe H geordnet gespeicherten integrierten Signal­ werte, aus denen sich z. B. die in Fig. 4a dargestellte Funktion F 1 (H) ergibt. In einem zweiten Programmschritt 31 wird die Funktion F 1 (H) geglättet. Die glatte Funk­ tion ist mit F 2 (H) bezeichnet und in Fig. 4b darge­ stellt. Diese glatte Funktion F 2 (H) wird im nächsten Schritt 32 nach der Höhe H differenziert, wobei die in Fig. 4c dargestellte, differenzierte Funktion F 3 (H) er­ halten wird. Im folgenden Programmschritt 33 werden nun die drei größten Maxima, d. h. die drei größten positi­ ven Amplituden F 3 max₁ und die drei kleinsten Minima, d .h. die drei größten negativen Amplituden F 3 min1 der differenzierten Funktion F 3 (H) bestimmt. (Die Bestimmung von mehr als drei Wolkenlagen ist in der Praxis nicht von Interesse.) Anschliessend wird mit einem logischen Entscheidungsschritt 34 geprüft, ob die drei Maxima F 3 max₁ grösser als der experimentell vorbestimmte, kon­ stante Schwellwert C 1 und ob die drei Minima F 3 min, kleiner als der Schwellwert C 2 sind. Die Maxima und Minima F 3 max₁ und F 3 min₁, die größer bzw. kleiner als die Schwellwerte C 1, C 2 sind, werden im Entscheidungsschritt 3 4 weiter daraufhin geprüft, ob sie entsprechend ihren zugeordneten Höhen in der Reihenfolge Maximum/Minimum/Maximum usf. aufeinanderfolgen. Dabei wird zuerst geprüft, ob der der kleinsten Höhe zugeordnete Wert ein Maximum oder ein Minimum ist. Ist er ein Minimum, so wird er gelöscht. Ist er ein Maximum, so wird geprüft, ob der der nächstgrößeren Höhe zugeordnete Wert ein Maximum oder Minimum ist. Ist der letztere Wert wieder ein Maximum, so wird das erstgenannte Maximum gelöscht. Ist der der nächstgrößeren Höhe zugeordnete Wert ein Minimum, so wird der Höhenbereich des Maximum/Minimum-Paares F 3 max/ F 3 min gespeichert. Folgt auf das Minimum ein weiteres Minimum, so wird das letztere gelöscht. Folgt ein Maxi­ mum, so wird geprüft, ob auf dieses Maximum wieder ein Minimum folgt; und wenn ja, wird auch der Höhenbereich dieses zweiten Maximum/Minimum-Paars F 3 max/F 3 min gespeichert. Im Ergebnis wird mit dem Entscheidungsschritt 34 festgestellt, ob ein oder mehrere in bezug auf die Höhe aufeinanderfolgende Maximum/Minimum-Paare F 3 max/ F 3 min vorliegen, die größer als die Schwellwerte C 1 und C 2 sind, und es werden die diesen Paaren zugeord­ neten Höhenbereiche gespeichert.

Um den Entscheidungsschritt 34 noch am Beispiel von Fig. 4c zu erläutern. wird in diesem Beispiel angenommen, daß die drei Maxima F 3 max ₁, F 3 max ₂, F 3 max ₃ größer als der Schwellwert C 1 und die drei Minima F 3 min ₁, F 3 min ₂, F 3 min ₃ kleiner als der Schwellwert C 2 sind, die Schwellwerte C 1, C 2 also sehr klein gewählt sind. (In der Praxis sind die Schwellwerte C 1, C 2 größer gewählt, so daß nur die die effektive Wolke anzeigenden Werte F 3 max ₂ und F 3 min ₁ die Schwellen überschreiten.) Bei der Prüfung der Reihenfolge der sechs Maxima und Minima ergibt sich: Der erste Wert F 3 max ₁ ist zwar ein Maximum, er wird aber gelöscht, weil der nächstfolgende Wert F 3 max ₂ wie­ der ein Maximum ist. Auf das Maximum F 3 max ₂ folgt F 3 min ₁, also ein Minimum. Somit wird der dem Paar F 3 max ₂/F 3 min ₁ zugeordnete Höhenbereich gespeichert. Auf dieses Paar folgt ein weiteres Maximum/Minimum-Paar F 3 max ₃/F 3 min ₂, dessen Höhenbereich ebenfalls gespeichert wird. Auf das Minimum F 3 min ₂ folgt das Minimum F 3 min ₃, das gelöscht wird.

Wenn im Entscheidungsschritt 34 kein Maximum/Minimum- Paar ermittelt wird, heißt das, das keine Wolke regi­ striert wird. In diesem Fall folgt auf die "nein"-Ent­ scheidung des Schritts 34 ein Programmschritt 35, bei dem die glatte Funktion F 2 (H) über die Höhe integriert und im nächsten Entscheidungsschritt 36 geprüft wird, ob das Integral F 5 größer als ein experimentell be­ stimmter Schwellwert C 3 ist. Wenn ja, bedeutet das, daß ohne Vorliegen einer Wolke eine starke Rückstreuung der ausgesandten Lichtimpulse 3 zum Empfänger 6 stattgefun­ den hat, dass also Niederschlag vorliegt. Der Mikropro­ zessor 14 gibt dann einerseits über die E/A-Steuerein­ heit 26 einen Anzeigebefehl 37 an die Anzeigevorrich­ tung 27, die anzeigt: "Keine Wolke registriert - Nieder­ schlag" und andererseits einen Einschaltbefehl 38 an das Gebläse 23. Wenn nein, wenn also F 5 kleiner als C 3 ist und somit kein Niederschlag vorliegt, wird ein Aus­ schaltbefehl 39 an das Gebläse 23 gegeben und der An­ zeigevorrichtung 27 der Anzeigebefehl 40 erteilt:
"Keine Wolke registriert".

Wenn im Entscheidungsschritt 34, wie im Beispiel von Fig. 4c, ein oder mehrere Maximum/Minimum-Paare F 3 max/ F 3 min festgestellt werden, ist zu vermuten, daß auf der Höhe des oder jedes Maximums eine Wolke vorliegt. Mit den folgenden Programmschritten 41 bis 49 wird ge­ prüft, ob Niederschlag vorliegt und ob an den den Maxi­ ma zugeordneten Höhen Signalwerte der Funktion F 1(H) vorliegen, die sich ausreichend über das Rauschen er­ heben und dadurch das Vorliegen einer Wolke bestätigen. Im Schritt 41 wird eine Funktion F 4(H) gebildet, die mit der glatten Funktion F 2(H) übereinstimmt, bei der jedoch die Funktionsintervalle der Funktion F 2(H), die in den den Maximum/Minimum-Paaren F 3 max/F 3 min zugeord­ neten Höhenbereichen liegen, je durch einen linearen Funktionsteil ersetzt sind. Die Kurve F 4(H) unterschei­ det sich von der Kurve F 2(H) also dadurch, daß die Kur­ venteile (Erhebungen) von F 2(H), die in den durch die F 3 max/F 3 min-Paare definierten Höhenbereichen liegen, weg­ gelassen sind, und die entstandenen Lücken je durch eine Gerade überbrückt sind.

Zur Feststellung Niederschlag wirkt die Funktion F 4(H) im nächsten Programmschritt 42 über den ganzen Höhenmeß­ bereich integriert und der Integralwert bei der maximalen Höhe des Meßbereichs F 5(Hmax) im folgenden Entscheidungs­ schritt 43 mit einem experimentell festgelegten, konstan­ ten Schwellwert C 3 verglichen. Da die durch Wolken ver­ ursachten Erhebungen der Funktion F 2(H) in der Funktion F 4(H) durch lineare Funktionsteile ersetzt sind, hängt das Integral F 5(H) größer als der Schwellwert C 3, so wird ein Anzeigebefehl 44 "Niederschlag" und ein Einschaltbefehl 45 für das Gebläse 23 ausgegeben; ist es kleiner, wird ein Ausschaltbefehl 46 für das Gebläse 23 ausgegeben. Im Beispiel von Fig. 4d erkennt man, daß das Integral F 5(H) sehr groß, der Schwellwert C 3 also überschritten und demzufolge Niederschlag angezeigt wird. Der Vergleich mit der in Fig. 4d ebenfalls dargestellten, ursprünglichen Meßfunktion F 1(H) zeigt dabei, daß die Größe des Integrals F 5(H) durch die erste Erhebung der Funktion F 1(H) bzw. F 2(H) bedingt ist, deren langsamer Abfall in der differenzierten Funktion F 3(H) gemäß Fig. 4c kein Minimum ergeben hat, so daß die Erhebung in der Funktion F 4(H) nicht durch einen geraden Kurventeil ersetzt wurde.

Anschließend wird eine Rauschfunktion R(H) gebildet. Dazu wird, wie bei 47 angegeben, die absolute Differenz zwischen den Funktionen F 1(H) und F 2(H) für jeden Höhen­ wert gebildet und mit einem konstanten Faktor C 4 von z.B. drei multipliziert. Anschließend wird im Schritt 48 die Summe F 6(H) aus der Funktion F 4(H) und der Rausch­ funktion R(H) gebildet. Im nächsten Entscheidungsschritt 49 wird geprüft, ob die Differenz zwischen den Funktio­ nen F 1(H) und F 6(H) in den durch die F 3 max/F 3 min-Paare definierten Höhenbereichen größer als ein vorgegebener; konstanter Schwellwert C 5 ist. Wenn nein, wird der An­ zeigebefehl 40 "Keine Wolke registriert" ausgegeben, weil in diesem Fall die im Schritt 33 ermittelten F 3 max/ F 3 min-Paare durch nicht genügend über das Rauschen hinausragende Erhebungen verursacht wurden. Wenn ja, wird ein Befehl 50 für die Anzeige der Wolkenhöhe oder -höhen ausgegeben. Und zwar werden die Höhen H angezeigt, bei denen die Maxima derjenigen F 3 max/F 3 min-Paare liegen, in deren Höhenbereichen die Differenz zwischen den Wer­ ten der Funktionen F 1(H) und F 6(H) größer als der Schwellwert C 5 ist. (Als Schwellwert C 5 kann Null gewählt werden, wenn der konstante Faktor C 4 genügend groß ge­ wählt ist.)

Im Beispiel von Fig. 4e erkennt man, daß die Differenz zwischen den Werten der Funktionen F 1(H) und F 6(H) nur im Höhenbereich des ersten Maximum/Minimum-Paares F 3 max₂/ F 3 min₁ von Fig. 4c größer als der Schwellwert C 5 sein kann. Im Höhenbereich des zweiten Maximum/Minimum-Paares F 3 max₃/F 3 min₂ ist F 1(H) kleiner als F 6(H), weshalb dieses zweite Paar nicht auf eine Wolke sondern auf Rauschen zurückzuführen ist. Dementsprechend wird als Wolkenhöhe die Höhe H = 4200 Fuß angezeigt, auf der das Maximum F 3 max₂ liegt.

In Fig. 5a und b sind die Funktionen F 1(H), F 2(H) und F 3(H) aufgezeichnet, die sich erheben, wenn eine Wolke auf der Höhe H = 3900 Fuß und kein Niederschlag vorliegt. Man erkennt, daß im Entscheidungsschritt 34 ein einziges Maximum/Minimum-Paar F 3 max₁/F 3 min₁ festgestellt wird, sich im Entscheidungsschritt 43 zeigen wird, daß der Integralwert F 5(Hmax) kleiner als C 3 ist, und daß schließlich im Entscheidungsschritt 49 festgestellt werden wird, daß die Werte der Funktion F 1(H) im Höhenbereich des Maximum/Minimum-Paares F 3 max₁/F 3 min₁ wesentlich größer (um C 5 größer) sind, als diejenigen der Funktion F 6(H), so daß die Wolkenhöhe an der Stelle von F 3 max₁ angezeigt wird.

Das Betriebsprogramm des die Auswertungseinrichtung bil­ denden Mikroprozessors 14 kann selbstverständlich auch anders, als in Fig. 3 dargestellt, ausgebildet sein. Im einfachsten Fall kann es nur die Programmschritte 30-34 umfassen und - im Gegensatz zum Betriebsprogramm von Fig. 3, das auch die Bestimmung mehrerer, schwach reflektierender Wolken ermöglicht - nur für die Bestimmung einer stark reflektierenden Wolke ausgelegt sein. Dabei wird als Wolkenhöhe die Höhe des größten Maximums F 3, das auch die Bestimmung mehrerer, schwach reflektierender Wolken ermöglicht - nur für die Bestimmung einer stark reflektierenden Wolke ausgelegt sein. Dabei wird als Wolkenhöhe die Höhe die größten Maximums F 3 max der differenzierten Funktion angegeben, falls dieses Maximum F 3 max den Schwellwert C 1 über­ schreitet und das darauffolgende Minimum F 3 min den Schwell­ wert C 2 unterschreitet. Um auch in diesem Betriebsprogramm die ermittelte Wolkenhöhe noch in einfacher Weise zu überprüfen, kann in einem weiteren Entscheidungsschritt z. B. der der ermittelten Wolkenhöhe (Höhe von F 3 max) zugeordnete, integrierte Signalwert F 1(H _Wolke ) daraufhin geprüft werden, ob er eine fest vorgegebene Rauschschwelle überschreitet. Es sind natürlich auch noch umfangreichere Betriebsprogramme als in Fig. 3 dargestellt möglich, die für spezielle atmosphärische Bedingungen, wie Nebel uzsw. besondere Unterprogramme aufweisen.

Um zu vermeiden, daß das im Fokus der Sendeoptik 28 angeordnete Laser-Array 1 bei starker Sonneneinstrahlung durch die entstehende Hitze zerstört wird, kann ein die Sonnenstrahlung messender (nicht dargestellter) weite­ rer Photodetektor und eine (ebenfalls nicht dargestellte) lichtreflektierende Abdeckscheibe (Shutter) vorgesehen sein, die von einer elektromechanischen Vorrichtung selbsttätig in den Strahlengang zwischen dem Array 1 und der Sendeoptik 28 bewegt wird, wenn das Ausgangs­ signal des Photodetektors einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. In diesem Fall wird zudem die Sender­ Steuereinheit 2 ausgeschaltet. Zum Schutz des Empfängers 6 kann eine entsprechende Abdeckscheibe vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Wolkenhöhenmessung, mit einem Lichtimpulse (3) aussendenden Sender (1), einem einen Photodetektor auf­ weisenden Empfänger (6), der die von der bzw. den Wolken re­ flektierten Lichtimpulse (5) empfängt, einer Gating-Einrich­ tung (8, 10), welche das Ausgangssinal des Empfängers (6) während Zeitschlitzen durchläßt, einen Integrator (9), der über jeweils einen mehrere Zeitschlitze mit gleicher zeitli­ cher Verschiebung in bezug auf die Aussendung der Lichtimpul­ se (3) umfassenden Zeitabschnitt integriert, und einem Spei­ cher (13), in dem die integrierten Signalwerte (F 1) nach der durch die zeitliche Verschiebung der Zeitschlitze gegebenen Höhe (H) gespeichert werden, gekennzeichnet durch eine Aus­ wertungseinrichtung (14), die eine glatte Funktion (F 2) der Signalwerte in Abhängigkeit der Höhe (H) bildet, die glatte Funktion (F 2) nach der Höhe differenziert, das oder die Maxi­ ma und Minima (F 3 max₁, F 3 min₁) der differenzierten Funktion (F 3) bestimmt, die größer bzw. kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert (C 1, C 2) sind, das oder die Maxima (F 3 max₁) aus­ wählt, auf die mit zunehmender Höhe (H) ein Minimum (F 3 min₁) folgt, und entweder die dem bzw. den ausgewählten Maxima (F 3 max₁) zugeordneten Höhen als Wolkenhöhen anzeigt, oder diese Höhen unter der Voraussetzung als Wolkenhöhen anzeigt, daß die ihnen zugeordneten, integrierten Signalwerte (F 1) eine Schwelle (C 5 + F 6) überschreiten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinrichtung (14) nach der Bestimmung und Auswahl der Maxima (F 3 max₁) und Minima (F 3 min₁) der differenzierten Funktion (F 3) in der glatten Funktion (F 2) die Funktionsin­ tervalle, die zwischen den den ausgewählten Maxima (F 3 max₁) und darauffolgenden Minima (F 3 min₁) zugeordneten Höhen (H) liegen, je durch einen linearen Funktionsteil ersetzt, zur glatten Funktion (F 4) mit den linearen Funktionsteilen einen konstanten oder höhenabhängigen Rauschpegel (R) addiert, und die dem bzw. den ausgewählten Maxima (F 3 max₁) zugeordneten Höhen unter der Voraussetzung als Wolkenhöhen anzeigt, daß die dem Höhenbereich zwischen dem ausgewählten Maximum (F 3 max₁) und dem darauffolgenden Minimum (F 3 min₁) zugeordne­ ten, integrierten Signalwerte (F 1) größer oder um eine Kon­ stante (C 5) größer sind als die diesem Höhenbereich zugeord­ neten Werte der durch die Addition des Rauschpegels (R) er­ haltenen Funktion (F 6).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinrichtung (14) die glatte Funktion (F 2) oder die glatte Funktion (F 4) mit den linearen Funktionstei­ len zwischen den ausgewählten Maxima (F 3 max₁) und darauffol­ genden Minima (F 3 min₁) zugeordneten Höhen (H) über den Höhen­ meßbereich integriert, und ein Niederschlagsanzeigesignal (37, 44) abgibt, wenn das Integral (F 5) größer als ein vor­ bestimmter Schwellwert (C 3) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein Gebläse (23), das auf die optischen Aus- und Eintrittsflächen (20, 21) der Vorrichtung wirkt, durch welche die Lichtimpulse (3, 5) aus der Vorrichtung aus- und eintreten, und das von der Auswertungseinrichtung (14) so gesteuert (38, 39, 45, 46) ist, daß es während des Vorliegens von Niederschlagsanzeige­ signalen (37, 44) eingeschaltet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein zweiter Photodetektor (25) so angeordnet ist, daß er von der optischen Austrittsfläche (20) der Vor­ richtung infolge Verschmutzung zurückreflektierte Lichtimpul­ se (3) detektiert, und daß die Auswertungseinrichtung (14) einen Befehl zur Anzeige der Verschmutzung bzw. der erforder­ lichen Reinigung an eine Anzeigeeinrichtung (27) gibt, wenn das Ausgangssignal des zweiten Photodetektors (25) einen be­ stimmten Schwellwert überschreitet.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Abgabe des Befehls zur Anzeige der Verschmut­ zung bzw. der erforderlichen Reinigung gesperrt ist, solange die Auswertungseinrichtung (14) Niederschlagsanzeigesignale (27, 44) angibt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (22) zur Heizung der optischen Aus- und Eintrittsflächen (20, 21) der Vorrichtung, durch welche die Lichtimpulse (3, 5) aus der Vorrichtung aus- und eintreten, und einen Temperaturfühler (28), der die Einschaltung der Heizeinrichtung (22) auslöst, wenn die Temperatur unter dem Gefrierpunkt fällt.