DE69620752T2 - System zur erkennung und vermessung von bewegungen der atmosphäre - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein System zum Messen und Feststellen von Geschwindigkeit, Turbulenz, Wirbeln und ähnlichen Unregelmäßigkeiten und Phänomenen in der Luft, einschließlich zum Klassifizieren von solchen Phänomenen. Diese können die Windgeschwindigkeit, Klarluftturbulenz ebenso wie Luftfahrzeug-induzierte Wirbel und Turbulenzen umfassen. Feststellen und Messen, wie beabsichtigt, findet durch Kombinieren von elektromagnetischen und akustischen Wellen statt.
• Die Erfindung umfasst ein System aus Sendern und Empfängermitteln für elektromagnetische Wellen und Sendermitteln für akustische Wellen ebenso wie ein beigeordnetes Verfahren.
• Die Erfindung betrifft im Wesentlichen das Messen der erwähnten Phänomene, die die Luftverkehrsicherheit beeinflussen, kann aber leicht auf andere Verwendungsgebiete angepasst werden.
• Diese Art von Phänomene wurden früher durch Messen der Streuung und der Doppler- Verschiebung von elektromagnetischen Strahlen gemessen, wenn sie durch die Störungen in der Luft beeinflusst werden. Ein Beispiel von diesem ist in der Internationalen Patent Anmeldung WO 93/19383 unter Verwendung von elektromagnetischen Sendern und Empfängermitteln gegeben. Der elektromagnetische Strahl wird bei einer Mikrowellenfrequenz gesendet und wird durch Störungen in der Luft gestreut. Die Empfängermittel werden an einem bistatischen Ort positioniert und gerichtet, um ein Luftvolumen abzudecken, das ebenfalls durch den Sender abgedeckt ist, und um Signale mit einem (vorzugsweise geringen) Streuwinkel zu empfangen.
• Das Streuen von elektromagnetischen Wellen durch akustische Wellen wird in Appl. Sci. Res. Section B, Bd. 6, 1957 von A. Tonning: "Scattering of electromagnetic waves by an acoustic disturbance in the atmosphere" diskutiert. Die Veröffentlichung diskutiert die Fälle von kugeligen akustistischen Wellen und ebenen akustischen Wellen.
• Diese Erfindung basiert auf der Tatsache, dass akustische Wellen Störungen in der dielektrischen Konstante in der Luft durch Ändern ihrer Dichte erzeugen. Diese Störungen werden durch den Wind und andere Phänomene in der Luft beeinflusst und streuen auch die elektromagnetische Energie. Durch Steuern des akustischen Signals und/oder der elektromagnetischen Energie kann das Streuen gesteuert werden und das empfangene Signal kann dann verwendet werden, um die anderen Störungen in der Luft zu messen. Ein zu diesem ähnliches System ist in US Patent 4,351,188 beschrieben, in dem Funkwellen zu einer kugeligen akustischen Wellenfront gesendet werden. Die elektromagnetische Welle wird reflektiert und durch die akustische Wellenfront zu elektromagnetischen Empfängern auf dem Erdboden gebündelt. Eine zweidimensionale Anordnung von Empfängern wird verwendet, um die Position zu messen, zu der die elektromagnetische Welle gebündelt wird. Diese Position und Zeitverzögerung geben einen Hinweis auf die Windgeschwindigkeit bei einer gegebenen Höhe. Ein Nachteil dieses Systems ist die Begrenzung durch die Windrichtungen, die gemessen werden können. Um eine Reflexion zu erhalten, die in der Empfänger-Anordnung gebündelt wird, muss der Wind entlang der Richtung von dem elektromagnetischen Sender, durch den akustischen Sender zu den elektromagnetischen Empfängern blasen. Um ein vollständiges? Windprofil zu erhalten, werden vier elektromagnetische und akustische Sender verwendet. Ein weiterer Nachteil in dieser Lösung ist, dass die Sender und Empfänger nahe zueinander positioniert werden müssen, was die Möglichkeit zum Verwenden von vorhandenen Elementen an der Stelle begrenzt, an der die Messung durchzuführen ist.
• Die vorliegende Erfindung vermeidet dieses Problem durch Erzeugen eines Gitters in der dielektrischen Konstante der Luft und Messen der Fluktuationen und Bewegungen dieses Gitters, um ein vollständiges Windprofil in einem gewählten Luftvolumen zu erhalten. Die neuen und spezifischen Merkmale gemäß der Erfindung werden vollständiger in den Ansprüchen dargelegt.
• Gemäß der Erfindung ist das akustische Signal im Wesentlichen periodisch. Dies wird eine allgemeine periodische Störung in der dielektrischen Konstante der Luft erzeugen. Auf diese Weise kann ein Gitter erzeugt werden, das sich bei Schallgeschwindigkeit mit einer räumlichen Wellenlänge in Abhängigkeit von der Wellenlänge (und dadurch Frequenz) der akustischen Energie bewegt. Das Gitter wird den Bragg-Bedingungen für bestimmte Kombinationen von akustischen und elektromagnetischen Frequenzen genügen und reflektiert dadurch einen Teil der elektromagnetischen Energie zu den Empfängern.
• Die verschiedenen Bewegungen in der Luft werden das Gitter auf verschiedene Weisen beeinflussen. Die Luftbewegung parallel zu der Richtung von fortpflanzender akustischer Energie wird die Dichte des Gitters ändern und die Luftbewegung senkrecht zu der akustischen Energie wird das Gitter verschieben bzw. verdrängen. Durch Messen von Parametern wie die akustischen und elektromagnetischen Frequenzen oder die Verschiebung bzw. Verdrängung oder dem Ankunftswinkel der empfangenen elektromagnetischen Wellenfront können die Luftgeschwindigkeit und -richtung festgestellt werden.
• Die Erfindung ebenso wie die resultierenden Vorteile werden detaillierter in der folgenden Beschreibung auch unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden, in denen:
• Fig. 1 ein System gemäß der Erfindung mit elektromagnetischen und akustischen Sendern und Empfängermitteln für elektromagnetische Energie schematisch veranschaulicht.
• Fig. 2a den Bereich der akustischen Frequenz veranschaulicht, die den Bragg-Bedingungen in einer Situation ohne Wind genügt.
• Fig. 2b die Verschiebung in der akustischen Frequenz veranschaulicht, die den Bragg- Bedingungen genügt, wenn das Gitter durch Wind parallel zu dem akustischen Strahl beeinflusst wird.
• Fig. 3 das System und Verfahren der Erfindung unter Verwendung von zwei Empfängern zum Feststellen des Ankunftswinkels des elektromagnetischen Strahls zeigt.
• Fig. 4 die System/Verfahren-Erfindung unter Verwendung von wenigstens 3 Empfängern veranschaulicht, um die Form der empfangenen Wellenfront zu messen.
• Fig. 5 die Geometrie beim Messen der Zeitverzögerung des elektromagnetischen Strahls veranschaulicht.
• Fig. 6 die Verschiebung bzw. Verdrängung des Gitters aufgrund von Windbewegung senkrecht zu dem akustischen Strahl veranschaulicht.
• Fig. 7 eine vollständige Anordnung zum Messen von Windbewegung durch den akustischen Strahl unter Verwendung von mehr als einem Empfänger zum Messen der Verschiebung bzw. Verdrängung des empfangenen Strahls zeigt.
• Fig. 1 veranschaulicht den allgemeinen Aufbau der Erfindung mit einem Sender 1 für elektromagnetische Wellen, Sendermitteln 2 zum Aussenden von akustischen Wellen, Empfängermitteln 3 zum Empfangen der gestreuten elektromagnetischen Wellen. Die Empfänger- und Sendermittel sind alle zu dem gleichen Luftvolumen 4 gerichtet.
• Die elektromagnetischen Wellen werden in die Richtung des ausgewählten Luftvolumens 4 gesendet, in der sie sich gegenseitig mit den akustischen Wellen beeinflussen, die vorzugsweise ein Gitter bilden, das durch Bragg-Reflexion wenigstens einen Teil der elektromagnetischen Energie zu dem bzw. den Empfänger(n) reflektiert.
• Die Elevationswinkel des elektromagnetischen Senders 1 und Empfänger(n) 3 ist kleiner als in der Figur veranschaulicht. Die Entfernung zwischen dem elektromagnetischen 1 und akustischen 2 Sendern ist vorzugsweise im Wesentlichen gleich zu der Entfernung zwischen dem akustischen Sender 2 und dem bzw. den Empfänger(n) 3 und die Elevation von akustischen Sender(n) 2 ist nahe zu 90º. Idealerweise erstrecken sich die Strahlen von den Sendern 1, 2 und das Geltungsgebiet des bzw. der Empfänger(s) im Wesentlichen in der selben Ebene.
• Das durch den akustischen Sender erzeugte Gitter besteht im Wesentlichen aus Oberflächen mit verschiedenen dielektrischen Eigenschaften. Gemäß dieser Erfindung treffen die elektromagnetischen Wellen dieses Gitter bei einem relativ kleinen Winkel und werden teilweise an jeder Oberfläche reflektiert. Wenn die Frequenzen der Wellen gemäß der Erfindung gewählt werden, erfüllen sie die Bragg-Bedingungen, und die reflektierten elektromagnetischen Strahlen, die von jeder Oberfläche reflektiert wurden, beeinflussen sich gegenseitig unter Bildung eines Störmusters mit einer Hauptreflektion zu den Empfängern. Um dies zu erhalten, ist die Entfernung zwischen dem akustischen Sender und dem zu messenden Luftvolumen geringer als die Entfernung zwischen den elektromagnetischen und akustischen Sendern.
• In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ändert eine Änderung in der Dichte des Gitters aufgrund von Bewegung in der Luft die Bedingung zur Reflexion und das Signal wird von dem Empfänger verloren. Diese Änderung wird durch Variieren der ausgesendeten akustischen Frequenz kompensiert, bis das elektromagnetische Signal wieder durch den Empfänger empfangen wird. Die Luftgeschwindigkeit, die dieser Frequenzänderung entspricht, wird durch Untersuchen der Gleichung festgestellt, die die Bragg-Bedingungen beschreibt:
• worin Faco die akustische Frequenz ist, Frf die elektromagnetische Frequenz ist, caco die Schallgeschwindigkeit ist, crf die Lichtgeschwindigkeit ist und θ der Winkel zwischen dem gesendeten und reflektierten Strahl ist.
• Mit Wind, der das Gitter beeinflusst, haben wir:
• worin V diese Komponente der Geschwindigkeit der Luft in der akustischen Fortpflanzungsrichtung ist.
• Der elektromagnetische Strahl weist eine Strahlbreite β auf und der Empfänger deckt bzw. tastet einen Winkel von etwa der gleichen Größe ab. Zusammen wählen sie ein zu messendes spezifisches Volumen von Luft 4 aus. Weil die elektromagnetische Energie in diesem Volumen reflektiert wird, sind die Reflektionswinkel durch den maximalen θmax und den minimalen θ&sub0; Winkel zwischen den gesendeten und empfangenen elektromagnetischen Wellen begrenzt. Dies begrenzt wiederum den Bereich von verwendbaren akustischen Frequenzen.
• Um Windbewegung parallel zu der akustischen Energie durch Verwendung der Kopplung von elektromagnetischen und akustischen Wellen zu messen, sollte das durch den HF-Sender entdeckte und von dem HF-Empfänger gesehene atmosphärische Volumen durch akustische Wellen in dem Frequenzbereich moduliert werden von
• worin θ&sub0; der minimale Winkel zwischen dem elektromagnetischen Strahl und der Sektor ist, der durch den Empfänger abgedeckt bzw. abgestastet ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Fig. 2a veranschaulicht den Bereich von akustischen Frequenzen, die Reflexion geben, wenn kein Wind vorhanden ist.
• Die Differenz der akustischen Frequenz aufgrund der Änderung in dem Gitter, die durch den Wind verursacht wird, kann dann ausgedrückt werden als:
• Diese Verschiebung der akustischen Frequenz ist in Fig. 2b veranschaulicht.
• Durch Aussenden von akustischen "Trillern", vorzugsweise ausgehend von der höchsten Frequenz und Korrelieren des empfangenen Signals mit dem ausgesendeten akustischen Signal kann die Windgeschwindigkeit bei einer spezifischen Höhe festgestellt werden. Durch Integrieren von diesem über die Frequenzen des akustischen Signals kann der Wind als eine Funktion der Höhe festgestellt werden. Ein ähnliches Verfahren kann durch Variieren der elektromagnetischen Frequenz verwendet werden.
• Die Änderung in dem Gitter kann natürlich auch durch Feststellen der Änderung des Winkels gemessen werden, durch den die elektromagnetische Energie empfangen wird. Eine weitere mögliche Variante in dem Schutzumfang der Erfindung wird dann das Verwenden von Empfängermitteln sein, die in der Lage sind, den Anskunftswinkel der elektromagnetischen Energie festzustellen.
• Berücksichtige, wie in Fig. 3 veranschaulicht, einen Fall, in dem die akustische Frequenz für Null-Wind mit einer HF-Frequenz für Streuungswinkel θ&sub0; = 2α&sub0; abgestimmt ist. Dies erfordert eine akustische Frequenz, die gegeben ist durch
• Wenn wir eine Windgeschwindigkeit V für eine feststehende akustische Frequenz haben, wird der abgestimmte Streuwinkel
• und aus diesen Gleichungen wird festgestellt, dass die Änderung des Ankunftswinkels ist
• Der Ankunftswinkel kann durch Messen der Phasendifferenz der Ausgang von zwei Empfangsantennen und unter Verwendung von dieser in der folgenden Gleichung gemessen werden:
• worin Δθ = 2Δα, F die Hochfrequenz ist, D der Antennenabstand ist, Δφ die Phasenauflösung ist und c die Phasengeschwindigkeit der Funkwelle ist.
• Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung zum Messen der Form der empfangenen Wellenfront unter Verwendung von drei oder mehreren Empfängern, die in einer senkrechten Anordnung positioniert sind. Eine elektromagnetische Welle wird zu dem Empfänger bei dem Streuwinkel 80 gestreut und eine bei dem Winkel θ&sub0; + Δθc gestreute Welle wird mit der ersten anti-abgestimmt, was bedeutet, dass die Wellenzahl in dem zweiten Fall durch einen Faktor 2 geändert wird. Dies kann ausgedrückt werden als:
• Folglich ist die beim Streuwinkel erforderliche Differenz für destruktive Kopplung:
• Unter Verwendung von Gleichung (8) und der Tatsache, dass Δθ0v = 2α0v+θ&sub0;, ist der minimale Ankunftswinkel mit einer senkrechten Windgeschwindigkeit V, den wir feststellen dieser:
• Substituieren von θ0v für θ&sub0; in Gleichung (11) ergibt die Ausdehnung des Ankunftsspektrumwinkels als eine Funktion der Windgeschwindigkeit.
• Die räumliche Korrelation in der Feldstärke bei dem Empfänger ist die Fourier-Transformation des Winkelleistungsspektrums. Unter der Voraussetzung, dass dies als eine sinc-Funktion ausgedrückt werden kann, ist die räumliche Autokorrelation der Feldstärke eine rechtwinkelige Funktion, deren Ausdehnung L gegeben ist als:
• L/λrf = 2/Δθc (14)
• Aus den vorstehenden Gleichungen kann die senkrechte Korrelationsentfernung in Wellenlänge als eine Funktion der senkrechten Windgeschwindigkeit gemessen werden.
• Das Messen der Zeitverzögerung des gesendeten Signals und dadurch der zurückgelegten Strecke, um die Windgeschwindigkeit festzustellen, ist eine weitere Technik in dem Schutzumfang der Erfindung. Unter Bezugnahme auf Fig. 5 stellen wir die folgende Beziehung fest:
• worin d die Entfernung zwischen dem Sender und dem Empfänger ist und 1 die Länge des Weges der elektromagnetischen Energie ist.
• Wissend, dass die Verzögerungszeit τ als τ&sub0; = 1&sub0;/c ausgedrückt werden kann, erhalten wir die folgende Gleichung für die minimale Verzögerungszeit:
• Aus Gleichung (8) wissen wir, dass ein Anstieg beim Wind ein Anstieg in dem Streuwinkel ergibt. Der entsprechende Anstieg bei der Zeitverzögerung kann dann ausgedrückt werden als:
• worin Δθw aus Gleichung 8 festgestellt werden kann, weil Δθw = 2Δα + θ&sub0;.
• Es kann ebenfalls interessant sein, die Verbreiterung
• des Verzögerungsspektrums zu berechnen. Dies ist gegeben durch:
• Wenn βEFF die effektive Strahlbreite des elektromagnetischen Strahls ist. Diese Szintillationsbandbreite und die Spektralform des empfangenen elektromagnetischen Strahls zeigt den Anteil an Verzerrung in dem akustischen Gitter an. Dies zeigt das Ausmass an Turbulenz und anderen Störungen kleiner Größe in der Luft an, die den akustischen Strahl von dem Sender bis zu der Wechselwirkungsfläche aufwärts beeinflussen. Durch selektives Variieren der akustischen und elektromagnetischen Frequenzen, ist es möglich, ein Profil der Turbulenz von dem akustischen Sender zu einer ausgewählten Höhe herzustellen.
• Luftbewegungen, die im Wesentlichen senkrecht zu sowohl dem akustischen als auch dem elektromagnetischen Strahl sind, können auch mit dieser Erfindung gemessen werden. Durch Seitwärts-Verschieben der Luftbewegungen wird das Gitter beeinflusst und sich wie die akustische Quelle verhalten, wie in Fig. 6 gesehen, die eine Entfernung Δx horizontal bewegt wurde, worin
• und H die Höhe ist, bei der die Messung durchgeführt wird.
• Die elektromagnetische Energie wird in eine andere Richtung reflektiert und kann an einem neuen Ort empfangen werden, der eine Entfernung Δx&sub2; bewegt wurde
• worin R&sub1; die horizontale Entfernung von dem Sender zu der Messfläche ist, und R&sub2; die horizontale Entfernung von dieser Fläche zu den Empfängern ist, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Durch Verwenden einer Anordnung von akustischen Sendern und Einstellen ihrer Frequenz und/oder Phase bis die elektromagnetische Energie durch die elektromagnetische Energie durch den Empfänger empfangen wird, können auf diese Weise die Luftbewegungen senkrecht zu der akustischen Energie gemessen werden.
• Alternativ kann eine Anordnung von Empfängern verwendet werden, um die Verschiebung bzw. Verdrängung der empfangenen Energie zu messen.
• Im Falle eines senkrechten Gradienten des Seitenwinds wird das System den integrierten Einfluss des Winds von der Höhe Null bis zu dem gemessenen Volumen messen. Wenn mehr als eine akustische Frequenz verwendet wird, wird jede Frequenz der akustischen Stimulation bei einer Höhe H gemessen, so dass sie die Bragg-Bedingung erfüllt. Durch paralleles und sequentielles Senden von verschiedenen akustischen Frequenzen wird folglich eine Information von dem horizontale Windprofil abgefragt.
• In einer ähnlichen Weise wird Wind im Wesentlichen parallel mit dem elektromagnetischen Strahl das Gitter eine Entfernung δD bewegen. Dies kann durch Beobachten der Tatsache gemessen werden, dass, wenn die akustischen Wellen eine Zeit t verwenden, um eine Höhe hs zu erreichen, sie die Bragg-Bedingung in einer Situation ohne Wind erfüllen, wobei die Wellen mehr Zeit brauchen werden, um die selbe Höhe zu erreichen, wenn das Gitter durch den Wind bewegt wird. Diese Verzögerung kann durch Messen der Phase des akustischen Signals in dem Streuvolumen gemessen werden.
• Geometrien ergeben den folgenden Ausdruck:
• Für ein homogenes Windprofil wurde das Streuvolumen eine Entfernung
• verschoben, worin ca der mittlere horizontale Wind von dem Erdboden zu dem Streuvolumen ist. Die durch das akustische Signal bewegte Entfernung ist
• hv = + δD² (23)
• und die akustische Phase ist φ = Kacohv, worin Kaco die Wellenzahl ist. Unter Verwendung von dieser und Gleichung 21 und 22 ist die Gleichung zum Feststellen der Phase des akustischen Signals:
• Aus dieser Gleichung kann die horizontale Windgeschwindigkeit Vy durch Messen der Phase der akustischen Streuwellen festgestellt werden.
• Um die akustische Phase zu messen, kann das elektromagnetische Empfängermittel mit der akustischen Quelle synchronisiert werden.
• Die Schallgeschwindigkeit, die in vielen der vorstehenden Gleichungen ein Faktor ist, ist von der Temperatur in der Luft abhängig. Es kann deshalb notwendig sein, die Temperatur in der Luft über dem akustischen Sender zu messen. Dies wird vorzugsweise unter Verwendung von Standard RASS Technologie durchgeführt, wobei das akustsiche Signal gemessen wird, das zu dem akustischen Sender zurückgestreut wird.
• Ein mögliches Problem beim Empfangen des elektromagnetischen Signals ist, Rauschen aus den gesendeten elektromagnetischen Signalen zu beseitigen, die nicht in dem erwähnten Luftvolumen gestreut werden. Dies können elektromagnetische Wellen sein, die direkt von dem Sender empfangen werden, oder Wellen, die durch andere Prozesse gestreut werden. Um dies zu vermeiden, kann der Empfänger mit der gesendeten elektromagnetischen Frequenz minus der gesendeten akustischen Frequenz phasenverriegelt sein.
• Durch Verwenden von mehr als einer elektromagnetischen Frequenz kann gleichzeitig eine räumliche Information abgefragt werden. Wenn die Information, wie die Frequenz oder die Phase, in dem gesendeten elektromagnetischen Strahl in die Richtung senkrecht zu seiner Fortpflanzungsrichtung variiert, wird es möglich werden, den Teil der Strahlen zu identifizieren, der von verschiedenen Teilen des gemessenen Volumens reflektiert wird. Beim Verwenden dieser Erfindung in Zusammenhang mit der Luftverkehrsregelung kann ein bereits vorhandener ILS-Sender verwendet werden.
• Eine weitere Möglichkeit in dem Schutzumfang dieser Erfindung ist die Verwendung von mehr als einem Satz von elektromagnetischen Sendern und Empfängern unter Verwendung von dem bzw. den gleichen akustischen Sender(n) und Messen des gleichen Luftvolumens aus einer unterschiedlichen Richtung. Dies gibt eine Fülle von Daten und präziseren Messungen. Das Verwenden von mehr als einem elektromagnetischen und akustischen Strahl, die in verschiedene Richtungen bei der gleichen Zeit gerichtet sind, liegt ebenfalls im Schutzumfang der Erfindung. Wenn mehr als zwei akustische Sender in dem System verwendet werden, können sie in Gruppen positioniert werden, die mit einer Entfernung getrennt sind, die größer als die Entfernung zwischen den Sendern in jeder Gruppe ist.

Claims (16)

1. System zum Feststellen und Messen von Unregelmäßigkeiten in atmosphärischer Luftbewegung, das aufweist:

einen Funkwellensender (1) zum Bestrahlen eines untersuchten Luftvoluznens (4) mit einem elektromagnetisehen Strahl von im wesentlichen kohärenter elektromagnetischer Wellenenergie, die in dem Luftvolumen ein resultierendes Wellenfeld erzeugt, das durch Streuung des elektromagnetischen Strahls in dem Luftvolumen (4) bewirkt wird;

wenigstens einen Empfänger (3), der in einer ausgewählten Entfernung von dem Funkwellensender positioniert ist, um das resultierende Wellenfeld zu empfangen und das empfangene resultierende Wellenfeld in einen Prozessor zum Verarbeiten und zum Messen der Unregelmäßigkeiten in der Luftbewegung einzugeben; und

einen akustischen Sender (2), der zwischen dem Funkwellensender (1) und dem wenigstens einen Empfänger (3) angeordnet ist und dazu ausgebildet ist, akustische Wellen in das Luftvolumen (4) zu senden, dadurch gekennzeichnet, daß,

der akustische Sender (2) dazu ausgebildet ist, akustische Wellen mit einer Frequenz und einer Strahlbreite zu senden, die eine Störung der dielektrisehen Konstante der Luft in dem Volumen (4) erzeugen, die zu der Streuung beitragen, welche Störung ein im wesentliches periodisches Gitter bildet, das den Bragg- Bedingungen für den elektromagnetischen Strahl genügt und dabei elektromagnetische Energie darin zu dem wenigstens einen Empfänger reflektiert,

und daß

die Entfernung zwischen dem akustischen Sender (2) und dem Luftvolumen (4) geringer ist als die Entfernung zwischen dem Funkwellensender (1) und dem akustischen Sender (2).

2. System nach Anspruch 1, bei dem der akustische Sender (2) nahe der Achse zwischen dem Funkwellensender (1) und dem wenigstens einem Empfänger (3) angeordnet ist und wobei der ausgesandte elektromagnetische Strahl, der ausgesandte akustische Strahl und der reflektierte elektromagnetische Strahl allgemeine Ebene definieren.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der akustische Sender dazu ausgebildet ist, akustische Wellen mit veränderlicher Frequenz zu senden.

4. System nach Anspruch, bei dem die Frequenz zwischen einer Mehrzahl von Frequenztrillern veränderlich ist, wobei jeder Triller Frequenzen aufweist, die den Bragg-Bedingungen in einem Bereich von Höhenintervallen genügen.

5. System nach einem vorangehenden Anspruch, das wenigstens zwei akustische Sender (2) in einer ein- oder zweidimensionalen Anordnung aufweist, wobei jeder im Stande ist, bei unterschiedlichen veränderlichen Frequenzen zu senden.

6. System nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem der Funkwellensender (I) dazu ausgebildet ist, elektromagnetische Wellen mit einer oder mehreren veränderlichen Frequenzen zu senden und wobei der wenigstens eine Empfänger (3) dazu ausgebildet ist, die Frequenz oder Frequenzen des empfangenen Signals festzustellen.

7. System nach Anspruch 6, bei dem der Funkwellensender (1) ein ILS-Sender ist.

8. System nach einem vorangehenden Anspruch, das wenigstens zwei Empfänger (3) zum Feststellen der Frequenz, der Phase und/oder des Ankunftswinkels des reflektierten elektromagnetischen Signals einschließt und dabei im Stande ist, die gemessene Luftbewegung innerhalb des untersuchten Luftvolumens zu lokalisieren.

9. System nach Anspruch 8, wenigstens drei Empfänger (3) einschließt und die Messung der Form des Wellenfeldes und das Ausmaß von Störungen und Turbulenzen kleiner Größe in dem Luftvolumen ermöglicht.

10. System nach einem vorangehenden Anspruch, das Mittel zum Messen der Fortpflanzungszeit einschließt, die durch die elektromagnetische Energie vom Sender (1) zu dem wenigstens einem Empfänger (3) benötigt wird.

11. System nach einem vorangehenden Anspruch, das Mittel zum Messen der spektralen Bandbreite und der spektralen Form der empfangenen elektromagnetischen Energie bei einer oder mehreren akustischen Frequenzen einschließt, um Turbulenz und andere Störungen zwischen dem akustischen Empfänger (2) und dem Streuvolumen (4) zu messen und zu klassifizieren.

12. System nach einem vorangehenden Anspruch, bei dem der wenigstens eine Empfänger (3) auf die gesendete elektromagnetische Frequenz minus die gesendete akustische Frequenz phasenverriegelt ist.

13. Verfahren zum Feststellen und Messen von Unregelmäßigkeiten in atmosphärischer Luftbewegung in einem Luftvolumen, das die Schritte aufweist:

das Luftvolumen mit einem elektromagnetischen Strahl von im wesentlichen kohärenter elektromagnetischer Wellenenergie von einem Funkwellensender (1) zu bestrahlen, um in dem Luftvolumen (4) ein resultierendes Wellenfeld zu erzeugen, das durch das Streuen des Strahls in demselben bewirkt wird;

wenigstens einen Empfänger (3) in einer ausgewählten Entfernung von dem Sender zu positionieren, um das resultierende Wellenfeld zu empfangen, um es in einen Prozessor zur Verarbeitung und zum Messen von Unregelmäßigkeiten in der Luftbewegung einzugeben, und einen akustischen Sender (2) zwischen dem Funkwellensender und dem wenigstens einen Empfänger (3) anzuordnen, um akustische Wellen in das Volumen zu senden;

dadurch gekennzeichnet, daß

der akustische Sender (2) dazu ausgebildet ist, akustische Wellen mit einer Frequenz und einer Strahlbreite auszusenden, die Störung in der dielektrischen Konstante von Luft in dem Volumen (4) erzeugen, die zu der Streuung beitragen, welche Störung ein im wesentlichen periodisches Gitter bildet, das den Bragg-Bedingungen für den elektromagnetischen Strahl genügt und dabei elektromagnetische Energie darin zu dem wenigstens einen Empfänger (3) reflektiert,

und daß

die Entfernung zwischen dem akustischen Sender (2) und dem Luftvolumen (4) geringer ist als die Entfernung zwischen dem Funkwellensender (1) und dem akustischen Sender.

14. Verfahren nach Anspruch 13 zum Messen von Windkomponenten entlang der Richtung des elektromagnetischen Strahls, das die Schritte einschließt, die mittlere akustische Phasenverschiebung des gesendeten akustischen Signals aufgrund der Verschiebung des Luftvolumens unter Verwendung der empfangenden gestreuten elektromagnetischen Wellen zu messen und dadurch die Windgeschwindigkeit zu berechnen.

15. Verfahren nach Anspruch 13 zum Messen des Windprofils, wobei die Luftbewegungen in dem Luftvolumen, die Komponenten parallel zur sich fortpflanzenden akustischen Energie haben, durch wenigstens eine der folgenden Techniken gemessen werden:

i) den Ankunftswinkel der gestreuten elektromagnetischen Energie als Funktion der gesendeten akustischen Frequenz zu messen;

ii) die akustischen Frequenzen festzustellen, die zu Störungen führen, die zum Streuen der elektromagnetisehen Energie zu dem wenigstens einen Empfänger beitragen, und die Geschwindigkeit und die Höhe der Luftbewegungen aufgrund der festgestellten akustischen Frequenzen und der Zeitverteilung der gesendeten und empfangenen akustischen Frequenzen zu berechnen;

iii) die Zeitverzögerung der in dem Luftvolumen gestreuten elektromagnetischen Energie als Funktion der akustischen Frequenz zu messen; und iv) die Korrelationsentfernung des empfangenen Wellenfeldes zu messen und die vertikalen Abmessungen des Streuvolumens zu berechnen.

16. Verfahren nach Anspruch 13 zum Messen von Windprofil, wobei Luftbewegungen, die Komponenten senkrecht zur ausgesandten akustischen Energie haben, durch Messen der Verschiebung der Störung in der dielektrischen Konstante in der Luft aufgrund der Bewegungen in der Luft unter Verwendung einer der folgenden Techniken gemessen werden:

i) durch Messen der Verschiebung des ausgesandten akustischen Signals durch Senden verschiedener Frequenzen an verschiedenen Orten in einer akustischen Anordnung oder Matrix und durch Korrelieren des Ankunftswinkels des elektromagnetischen Signale mit der verschobenen akustischen Streufrequenz, und

ii) durch Messen der Verschiebung der empfangenen elektromagnetischen Energie als Funktion des Ankunftswinkels und/oder veränderlicher ausgesandter akustischer Frequenzen.