DE69023324T2

DE69023324T2 - Verfahren und System zur Messung von atmosphärischen Windfeldern mittels räumlich versetzten, schräg strahlenden Antennen.

Info

Publication number: DE69023324T2
Application number: DE69023324T
Authority: DE
Inventors: Chou Han Dr Liu; Juergen Dr Roettger
Original assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Current assignee: Max Planck Gesellschaft zur Foerderung der Wissenschaften eV
Priority date: 1990-01-02
Filing date: 1990-01-02
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2010-01-03
Also published as: FI906426L; FI906426A0; DE69023324D1; US5136296A; FI906426A7; EP0436048A1; EP0436048B1; JPH0420861A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme, die zur Messung atmosphärischer Windfelder mit räumlich beabstandeten Antennen arbeiten. Solche Verfahren und Systeme sind aus DE-C-30 26 424 bekannt.
Es gibt grundsätzlich zwei Verfahren, die bei Radarsystemen zur Untersuchung der Mesosphäre, der Stratosphäre und der Troposphäre verwendet werden ("MST-Radars"), insbesondere zur Messung von Windgeschwindigkeiten. Das eine Verfahren arbeitet mit einem schmalen, in verschiedene Richtungen gerichteten Radarstrahlungsbündel und mißt die Dopperverschiebung von Echos, die von Irregularitäten gestreut werden. Dieses Verfahren wird gewöhnlich als "Doppler-Verfahren" bezeichnet und aus diesem Grunde werden diese Radars auch "Doppler-Radars" genannt. Das andere Verfahren arbeitet mit drei oder mehr räumlich beabstandeten Antennen und die empfangenen Echos werden kreuzkorreliert um die Driftgeschwindigkeit von Irregularitäten zu bestimmen, es wird "Verfahren mit räumlich beabstandeten Antennen" oder "SA-Verfahren"genannt. Da sich die Irregularitäten gewöhnlich mit der Windgeschwindigkeit bewegen, sind beide Verfahren in der Lage, die Windgeschwindigkeit zu messen. Obwohl beide Verfahren auf dem gleichen physikalischen Mechanismus basieren, kann die technische Verwirklichung in der Praxis das eine oder das andere dieser Verfahren begünstigen. Das mit beabstandeten Antennen arbeitende Verfahren kann auch in der Raumdomänen-Radarinterferometer-Betriebsart Anwendung finden, die für die Untersuchung der Struktur der streuenden oder reflektierenden Irregularitäten von Vorteil ist. Bei allen diesen Verfahren findet ein phasenkohärentes Radarsystem Anwendung, für das Doppler- und das Interferometer-Verfahren ist es sogar erforderlich.
Die normalen Anwendungen von Stratosphären-Troposphären- (ST-) Radars und Windprofilern sind in einer Zusammenfassung von Röttger und Larsen (UHF/VHF Radar Techniques for Atmospheric Research and Wind Profiler Applications; in: Radar in Meterology (D. Atlas, Herausg.) veröffentlicht durch Amer. Meteor. Soc., Boston, MA, 1989) beschrieben. Die normale Anwendung von mit beabstandeten Antennen arbeitenden Windprofilern ist im Einzelnen beschrieben von Larsen und Röttger (Spaced Antenna Technique for Radar Wind Profiling; J. Atmos. Ocean. Techn., 6, 920 - 938, 1989).
Das gewöhnliche Geschwindigkeits-Azimuth-Darstellungs- (VAD-) Verfahren wird üblicherweise angewendet, um verschiedene wichtige kinematische Eigenschaften des Windfeldes herzuleiten, wie die mittlere Windkomponente, die Divergenz, die Rotation, die Dehn- und Scherverformung, der Impulsfluß und mit gewissen Einschränkungen die Vertikalgeschwindigkeit. Diese Größen sind für viele meterologische Anwendungen und Modell- Initialisierungen für die Wettervorhersage äußerst notwendig. Das VAD-Verfahren verwendet die mit einem Schrägstrahl- Dopplerradar um einen vollen Azimuthkreis gemessenen Radialgeschwindigkeiten. Es ist ursprünglich von Lhermitte und Atlas eingeführt worden (Precipitation Motion by Pulse Doppler; Proc. 9th Weather Radar Conf., Boston Mass. 218 - 223, 1961). Browning und Wexler (The Determination of Kinematic Properties of a Wind Field using Doppler Radar; J. Appl. Meterol., 7, 105 - 113, 1968) berücksichtigten die Gradienten des Windfeldes quer zum VAD-Kreis und schlossen sie in ihre Auswertungen ein. Sie entwickelten die horizontalen Windkomponenten in eine abgebrochene Taylor-Reihe und Fourier-analysierten die gemessenen radialen Geschwindigkeitskomponenten, um einige der oben erwähnten kinematischen Parameter zu erhalten. Das VAD- Verfahren ist in den folgenden Jahren durch verschiedene Autoren in vielen Einzelheiten weiter entwickelt worden. Es war jedoch unmöglich, es mit ST-Radars und Windprofiler anzuwenden, und zwar wegen der im Vergleich zur kontinuierlichen Steuerbarkeit der Doppler-Radars begrenzten Steuerbarkeit dieser Systeme. Bei den ST-Radarsystemen war die Variation durch die kinematischen Eigenschaften eine Quelle von Fehlern bei der Bestimmung horizontaler Winde wegen der sehr eingeschränkten Strahlpositionen (z. B. Koscielny et al., An Evaluation of the Accuracy of some Radar Wind Profiling Techniques; J. Atmos. Ocean. Techn., 1, 309 - 320, 1984).
Das ursprüngliche Verfahren nimmt an, daß die horizontale Inhomogenität der Vertikalgeschwindigkeit und Terme höherer Ordnung der Taylor-Entwicklung als nur der Term erster Ordnung vernachlässigt werden können. Als Folge davon können Irregularitäten kleiner Abmessungen im Windfeld und der Einfluß örtlich varuerender Vertikalgeschwindigkeiten (insbesondere bei Verwendung kleiner Zenithwinkel) zu erheblichen Unsicherheiten in den Ergebnissen führen. Diese wurden im Laufe der Jahre intensiv studiert und die Analysetechnik wurde für die Anwendung in Doppler-Wetterradars effektiv optimiert (z. B. Smith und Rabin, Estimation of Divergence in Prestorm Boundary Layer; J. Atmos. Ocean. Techn. 6, 459 - 475, 1989), es verbleiben jedoch unvermeidbare Mängel, da nur eine Geschwindigkeitskomponente zu einer bestimmten Zeit und an einem bestimmten Ort gemessen werden kann. Diese Anwendungen sind auch auf Doppler-Wetterradars beschränkt, die Niederschlag benötigen, um Signal-zu-Rauschen-Verhältnisse zu erhalten, die für die Signalverarbeitung ausreichen.
Die ST-Radars oder Windprofiler erlauben die Ermittlung von Echos aus der klaren Luft und erlauben zuverlässige mittlere Windprofile bis zu Höhen von 20 - 30 km zu erhalten (z. B. Röttger und Larsen, 1989). Mit der sehr begrenzten Anzahl von Strahlpositionen dieser Klarluft-VHF/UHF-Doppler-ST-Radars oder Windprofiler ist die Information über die erwähnten kinematischen Parameter keineswegs genau ableitbar. Selbst mit mehr Strahlpositionen kann der vollständige dreidimensionale Geschwindigkeitsvektor prinzipiell noch nicht im gleichen Volumen gemessen werden.
Diese Probleme werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein mit räumlich beabstandeten Antennen arbeitendes Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Messung atmosphärischer Windfelder in einem vorgegebenen Volumen der Atmosphäre gelöst, bei dem
- ein gepulstes Strahlungsbündel hochfrequenter Radarwellen in einer vorbestimmten Senderichtung in das Volumen der Atmosphäre gesendet wird,
- Teile der Radarwellen, die von dem genannten Volumen zurückkehren, aus vorgegebenen Empfangsrichtungen an einer Mehrzahl von räumlich getrennten Empfangspositionen empfangen werden,
- die empfangenen Wellen verarbeitet werden, um Information über die Windgeschwindigkeit in dem besagten Volumen zu gewinnen,
und bei dem jede der besagten Sende- und Empfangsrichtungen mit der Vertikalen einen Winkel bilden, der größer ist als der Strahlungsbündelöffnungswinkel.
Ein mit beabstandeten Antennen arbeitendes Radarsystem zur Durchführung dieses Verfahrens ist im Anspruch 2 angegeben.
Die vorliegende Erfindung verbessert die Situation erheblich durch Vorschlagen eines neuen Verfahrens und Systems, die mit beabstandeten Antennen arbeiten. Anstatt das Antennenbündel vertikal auszurichten, was bei allen existierenden, mit beabstandeten Antennen arbeitenden Systemen der Fall ist und was bisher als die bei diesen Anwendungen einzig mögliche Konfiguration angesehen wurde (siehe die Übersicht von Hocking, May und Röttger, Interpretation Reliability and Accuracies of Parameters Deduced by the Spaced Antenna Method in Middle Atmosphere Applications; PAGOPH (Journ. Pure and Applied Geophysics) 130, 571 - 604, 1989) sind die Antennenstrahlungsbündel von der Vertikalen weg in verschiedene feste Richtungen gerichtet. Dies hat den außerordentlichen Vorteil, daß der dreidimensionale Windvektor mit einem einzigen Windprofiler an verschiedenen getrennten Orten gemessen werden kann. Vorzugsweise wird ein System von mindestens drei örtlich getrennten Windprofilersystemen verwendet, um diese Größen zu messen (z. B. Ecklund et al., Observations of Vertikal Motions in the Troposphere and Lower Stratosphere using three Closely Spaced ST Radars; Radio Science, 20, 1196 - 1206, 1985).
Anders als bei der gewöhnlichen Messung von nur der Radialgeschwindigkeit bei bestimmten Strahlungsbündelpositionen mit der Doppler-Technik (auch als Doppler-Bündel-Schwenk- (DBS-) Technik bezeichnet) erlaubt das Verfahren gemäß der Erfindung die dreidimensionale Geschwindigkeit an diesen bestimmten Bündelpositionen zu messen, d. h. an verschiedenen Örtern. Dies erübrigt, die Homogenität des vertikalen Windfeldes anzunehmen und sollte sogar Information über die horizontale Scherung des vertikalen Windfeldes zusätzlich zu den oben erwähnten Parametern liefern. Die einzigen Einschränkungen, die verbleiben aber nicht zwingend sind, sind die wenigen Strahlungsbündelrichtungen, die üblicherweise in ST-Radars und Windprofilern verwendet werden. Dies kann jedoch durch schnelle elektronische Strahlungsbündelsteuerung mit einer aktiv phasengesteuerten Anordnung überwunden werden (wie derjenigen, die bei der MU- Radaranlage in Japan benutzt wird; Fukao et al., The MU Radar with an Active Phased-Array-System, 1 und 2; Radio Science, 20, 1155 - 1168 and 1169 - 174, 1985).
Das Verfahren gemäß der Erfindung, das als "Schräg-SA- Verfahren" (oblique spaced antenna method = etwa Schräg- Antennendiversity-Verfahren) bezeichnet werden kann, gewinnt die horizontale Windkomponente durch die mit beabstandeten Antennen arbeitende Technik mit schrägen Strahlungsbündeln. Vertikale Strahlungsbündel können hinzugefügt werden, um die Auflösung zu verbessern. Das Schräg-SA-Verfahren ist ein neuer Lösungsweg, da die Technik mit beabstandeten Antennen bisher nur mit Vertikalstrahlantennen verwendet wurde. Es arbeitet sehr zufriedenstellend und liefert zusätzliche Information über das Windfeld, die bisher nicht erreichbar war. Das vorliegende Verfahren liefert z. B. zuverlässige und unabhängige Schätzungen des vollständigen horizontalen Windvektors an gegebenen, horizontal und vertikal getrennten Örtern.
Es ist darauf hinzuweisen, daß das neue Verfahren, das Schräg- SA-Verfahren, auch bei isotroper Turbulenzstreuung arbeitet, von der man bisher annahm, daß sie nur bei der DBS-Technik geht.
Gemäß einer weiteren Verbesserung werden die Beabstandeten- Antennen- und die Doppler-Technik (siehe Röttger und Larsen, 1989, hinsichtlich einer Beschreibung dieser Techniken bei Verwendung in UHF/VHF-Radar-Anwendungen) kombiniert, um auch die Vertikalgeschwindigkeit zu erhalten. Dies ermöglicht unabhängige Abschätzungen der dreidimensionalen Geschwindigkeit an den gegebenen, horizontal getrennten Örtern. Dies hat den Vorteil, daß drei unabhängige Windgeschwindigkeitskomponenten an einen gegebenen Ort erhältlich sind, während das traditionelle Doppler-Strahlungsbündel-Schwenkverfahren nur eine zusammengesetzte Komponente an den drei Örtern liefert.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen
Figur 1 ein Blockschaltbild eines beispielsweisen Radarsystems ist, mit dem das vorliegende Schräg-SA-Verfahren durchgeführt werden kann,
Figur 2 eine schematische Darstellung der Charakteristiken einer Sende- und einer Empfangs-Antenne eines bekannten, mit beabstandeten Antennen arbeitenden Radarsystems ist,
Figur 3 eine der Figur 2 entsprechende Darstellung einer beispielsweisen Orientierung der Charakteristiken der Sende- und Empfangsantennen eines Schräg-SA-Systems gemäß der Erfindung ist,
Figur 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Doppler- Strahlungsbündel-Schwenk- (DBS-) Verfahrens zeigt, und
Figur 5 ein Diagramm zur Erläuterung des vorliegenden Schräg- SA- (OSA- = oblique spaced antenna) Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das in Figur 1 schematisch dargestellte Radarsystem ist im Prinzip aus DE-C-30 26 424 bekannt. Es weist ein Antennensystem 30 auf, das aus drei Gruppen 32, 34, 36 besteht, die zusammen als Sende-Richtantenne und individuell als drei beabstandete Empfangs-Richtantennen betrieben werden können. Die Antennengruppen 32, 34, 36 sind individuell mit den Ausgangsanschlüssen eines Sende-Empfangs- (TR-) Schalters 38 verbunden, der es ermöglicht, die drei Antennengruppen zusammen mit einem Sender 40, der einen synchronisierten Oszillator 48 und eine modulare Leistungssenderanordnung 50 enthält, oder alternativ mit drei individuellen Empfangskanälen 42, 44, 46 zu koppeln. Jeder der Empfangskanäle enthält eine übliche Hochfrequenz- (HF-) Empfangseinheit 54, einen Bereichsmultiplexer 56, mehrere Tiefpaß-Filter oder Akkumulator-Einheiten 58 und einen Pufferspeicher 60, die wie dargestellt geschaltet sind und, wie es in DE-C-30 26 424 beschrieben ist, arbeiten. Die Ausgänge der Empfangskanäle 42, 44, 46 sind mit den Eingangsanschlüssen eines Datenprozessors 61 gekoppelt, der eine Korrelatoranordnung 62 zum Korrelieren der Kanalausgangssignale, und einen Analysator 63, der die Ausgangssignale des Korrelators 62 empfängt, enthält. Der Analysator 63 hat Ausgänge, die mit einem Aufzeichnungsgerät 64, einem Anzeige-Monitor 66 und einem Telemetrie-System 68 gekoppelt sind. Ein Haupt-Oszillator 52 liefert eine Referenzschwingung an den synchronisierten Oszillator 48 und die Empfangseinheit 54. Die Frequenz der Radarwellen, die in ein zu untersuchendes Volumen der Atmosphäre gesendet werden und infolge Reflexion oder Streuung an Diskontinuitäten in dem Volumen zurückkommen, liegt in den UHF/VHF-Bereichen. Die bevorzugten Wellenlängenbereiche sind für ein MST-Radar 6 bis 7 m und für ein ST-Radar 6 bis 0,1 m. Soweit beschrieben ist das System bekannt.
Um das vorliegende System für die Durchführung des Schräg-SA- Verfahrens geeignet zu machen, wird jede der Gruppen 31, 34, 36 des Antennenfeldes mit einer Phasenschieberanordnung versehen, die es gestattet, die Strahlungscharakteristik jeder Gruppe zu steuern oder zu neigen, sodaß sie in einen gewünschten Azimuthwinkel mit einem gewünschten Winkelabstand von der Vertikalen zeigt. Alle geeigneten Phasenschiebertechniken, wie die bei Doppler-Radarsystemen, können verwendet werden. Die Phasenschieberanordnungen 32a, 34a, 36a werden durch eine Phasensteuereinheit 70 gesteuert, die durch ein Rechnersystem realisiert werden kann, das für die Steuerung des Betriebs des Radars vorgesehen ist und das auch den TR-Schalter 38 synchron steuern kann.
Bei einem Versuchsaufbau enthält jede Antennengruppe 31, 34, 36 drei 8x8-Yagi-Arrays von 40x40 m². Die Betriebsfrequenz ist 52 Megahertz. Die Sende-Spitzenleistung für jede Gruppe beträgt 50 kW. Das Radarbündel für jede Gruppe kann durch die Phasenschieberanordnung 32a, 34a, 36a unabhängig in vier orthogonale Azimuthrichtungen mit einem festen Zenithwinkel von 17º gelenkt werden, wie es schematisch in Figur 3 dargestellt ist, und in die konventionelle vertikale Richtung, wie es schematisch in Figur 2 gezeigt ist. Die Leistungshalbwert-Bündelbreite (HPBW) für jede Gruppe ist 7,4º und für die volle Apertur 5º Beim Senden bzw. Empfangen wurden die gleichen Neigungswinkel φT und φR (Fig. 3) der Sende- und der Empfangsantennencharakteristika verwendet.
In einem Testexperiment wurde das Radar auf die folgende Betriebsart eingestellt: Die drei unabhängigen Radarstrahlungsbündel wurden so programmiert, daß sie für 124,8 s vertikal gerichtet waren, dann gleichzeitig nach Norden für 124,8 s und gleichzeitig nach Osten für 124,8 s. Dieser Prozeß wurde alle 425 s wiederholt. Die Pulswiederholungsfrequenz war 300 µs. Vierzig Bereichsfenster wurden mit 1000 kohärenten Integrationen aufgezeichnet.
Es wurden Geschwindigkeitsabschätzungen mit dem Doppler- Verfahren unter Verwendung der gleichen Datenpunkte wie im SAD- Verfahren gewonnen, um einen gleichzeitigen Vergleich der beiden Verfahren zu ermöglichen. Zwei 128-Punkt-Doppler-Spektra (entsprechend den gleichen 76,8 Sekunden von Daten) wurden zusammen gemittelt und spektrale Momente wurden nach Woodman (Spectral moment estimation in MST radars; Radio Science, 20, 1185 - 1195, 1985) für jedes der drei Strahlungsbündel berechnet. Dann wurde das Mittel der drei Geschwindigkeitsabschätzungen als Abschätzung der Sichtlinien-Geschwindigkeit in der speziellen Strahlungsbündelrichtung verwendet. Die Abschätzung der Horizontalgeschwindigkeit in der betreffenden Bündelrichtung wurde dann durch die Annahme erhalten, daß der vertikale Windbeitrag vernachlässigbar ist und daß die Sichtliniengeschwingigkeit auf dem Beitrag des horizontalen Windes beruht, d. h. vhoriz = vrad* CSC(17º). Man erhielt so also eine Abschätzung für den horizontalen Wind für schräge Stahlungsbündelrichtungen sowohl für das Doppler- als auch das SAD-Verfahren.
Die Unterschiede zwischen dem konventionellen Doppler-Bündel- Schwenkverfahren (DBS) und dem vorliegenden, mit beabstandeten Antennen arbeitenden Schrägstrahlverfahren (OSA) sollen nun unter Bezugnahme auf Figur 4 (DBS) und Figur 5 (OSA) erläutert werden. In beiden Fällen wird nur die x-z-Ebene betrachtet.

Doppler-Bündel-Schwenk-Verfahren

Gemessene Größen:

1) V&sub0; (φ&sub0;) = W&sub0; = W
2) V&sub1; (φ&sub1;) = W&sub1; + V&sub1; = W&sub1; cos φ&sub1; + V&sub1; sin φ&sub1;
3) V&sub2; (φ&sub2;) = W&sub2;* + V&sub2;* = W&sub2; cos 4)2 + V&sub2; sin φ&sub2;

Abgeleitete Größen (für konstantes z)

für (φ&sub1;) (φ&sub2;) φ = φ1,2
V&sub1;(x&sub1;) = V&sub2;(x&sub2;) = V
W&sub1;(x&sub1;) = W&sub2;(x&sub2;) = W = W&sub0;(x&sub0;)
Gleichungen in Fettdruck betreffen benötigte Größen.

Schräg-SA-Verfahren

Gemessene Größen:

1) V&sub0; (φ&sub0;) = W&sub0;(x&sub0;,z) Konventionelles
V&sub0; (φ&sub0;) = U&sub0;(x&sub0;,z) SA-Verfahren
2) V&sub1; (φ&sub1;) = W&sub1; sin φ&sub1; + U&sub1; cos φ&sub1; OSA-Verfahren
U&sub1; (φ&sub1;) = U&sub1;(x&sub1;,z)
3) V&sub2; (φ&sub2;) = W&sub2; sin φ&sub2; + U&sub2; cos φ&sub2;
U&sub2; (φ&sub2;) = U&sub2;(x&sub2;,z) Hergeleitete Größen (z = const.)
Gleichungen in Fettdruck betreffen benötigte Größen.

Unmittelbare Folgerungen (z = const.)

A) DBS 1) Ein schräges Stahlungsbündel φ&sub1; = φ
Annahme:
w&sub1; cos φ < < U&sub1; sin φ
dann: U = V&sub1; / sin φ.
2. Ein schräges Strahlungsbündel φ&sub1;
+ ein vertikales Stahlungsbündel φ
Annahme:
W&sub0; = W&sub1; = W
3. Zwei schräge Strahlungsbündel φ&sub1; = - φ&sub2;
Annahme: φ&sub1; = φ&sub2; = φ
W&sub1; = W&sub2; = W
U&sub1; = U&sub2; = U
DBS funktioniert nur, wenn die fettgedruckten Annahmen zutreffen.
W und U sind "Mittel"-Werte der vertikalen und horizonzalen (x) Windkomponenten.
B) OSA-Verfahren: Keine Annahmen.
Ergebnisse:
W&sub0;(x), W&sub1;(x&sub1;), W&sub2;(x&sub1;)
U&sub0;(x), U&sub1;(x&sub1;), U&sub2;(x&sub1;).

Anwendungen:

Die reale Windgeschwindigkeit ist gewöhnlich charakterisiert durch
W&sub0; ≠ W&sub1; ≠ W&sub2;
U&sub0; ≠ U&sub1; ≠ U&sub2;
wegen der Feldinhomogenität, die durch die Divergenz, Rotation, Scherung usw. beschrieben und durch verschiedene dynamische Prozesse verursacht werden. Dies verursacht (bekannte) Unbestimmtheiten, wenn das Windfeld durch das DSB-Verfahren ermittelt wird. Diese Unbestimmtheiten können durch das OSA- Verfahren verifiziert werden, das also korrekte Abschätzungen des mittleren Windes liefert und eine Herleitung der Divergenz und dergleichen gestattet.

Beispiel:

U&sub2; = U&sub1; + ΔU,
W&sub2; = W&sub1; + ΔW.
Dies liefert mit dem DBS-Verfahren:
da ΔW und ΔU nicht bekannt sind, kann U nur als mittlerer Wert mit unbekanntem Fehler gemessen werden.
Mit dem OSA-Verfahren ergibt sich:
U&sub1;, U&sub2;, W&sub1;, W&sub2;, (ohne den Fehler des OSA-Verfahrens)
Δu U&sub2; - U&sub1;, AW = W&sub2; - W&sub1;.
und dementsprechend die Divergenz
Dies kann für mehr Komponenten des dreidimensionalen Windfeldes fortgeführt werden, wie die Divergenz, Rotation, Dehnungs- und Scher-Verformung, den Impulsfluß sowie die mittlere vertikale und horizontale Windgeschwindigkeit u.s.w.
Der minimale Winkel der/des schrägen Strahlungsbündel/s bezüglich der vertikalen Richtung ist vorzugsweise größer als die Leistungshalbwertsbreite. Die Senderanordnung kann einen Satz phasensynchroner Sender enthalten.

Claims

1. Verfahren zur Messung von atmosphärischen Windfeldern innerhalb eines vorbestimmten atmosphärischen Volumens mittels räumlich versetzter Antennen, bei welchem

- ein gepulstes Strahlungsbundel hochfrequenter Radarwellen in einer vorbestimmten Übertragungsrichtung in das atmosphärische Volumen übertragen wird,

- Teile der Radarwellen, die von dem Volumen zurückkehren, aus vorbestimmten Empfangsrichtungen bei einer Vielzahl von räumlich versetzten Empfangspositionen empfangen werden, und

- die empfangenen Wellen verarbeitet werden, um daraus Informationen über die Windgeschwindigkeit innerhalb des Volumens abzuleiten,

dadurch gekennzeichnet, daß jede der Übertragungs- und Empfangsrichtunaen mit der Vertikalen einen Winkel bildet, der größer ist als der Strahlöffnungswinkel.

2. Radarsystem mit räumlich versetzten Antennen zur Messung von atmosphärischen Windfeldern innerhalb eines vorbestimmten atmosphärischen Volumens gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1, umfassend

- eine gerichtete Sendeantenne (30) mit einer gerichteten Charakteristik zur Übertragung eines gepulsten Strahlungsbündels hochfrequenter Radarwellen in einer vorbestimmten Übertragungsrichtung in ein atmosphärisches Volumen,

- eine Hochfrequenz-Sendestation (40)

- eine Vorrichtung (38) zur Kopplung der Sendestation (40) mit der Sendeantenne (30),

- eine Vielzahl von räumlich versetzten, gerichteten Empfangsantennen (32, 34, 36), von denen jede eine gerichtete Charakteristik zum Empfang von Radarwellen aufweist,

- eine Empfangsvorrichtung (42, 44, 46),

- eine Vorrichtung (38) zur Kopplung von jeder der Empfangsantennen (32, 34, 36) mit der Empfangsvorrichtung (42, 44, 46),

- eine Signalverarbeitungsvorrichtung (61) zum Empfang der Ausgangssignale der Empfangsvorrichtung und zum Ableiten von Informationen über die Windgeschwindigkeit innerhalb des Volumens,

gekennzeichnet durch

- eine Vorrichtung (32a, 34a, 36a, 70) zum Ausrichten der gerichteten Charakteristiken der Sende- und Empfangsantennen in mindestens eine Richtung, die mit der Vertikalen einen Winkel mindestens der Größe des Öffnungswinkels desjenigen Strahls bildet, der an seinen Begrenzungslinien auf die halbe Strahlungsleistung abgefallen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeanlage einen Satz von phasensynchronen Sendern umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Antennen eine Vielzahl von Antennenelementen umfaßt und daß die Vorrichtung zum Ausrichten der Antennencharakteristiken eine Phasenschieberanordnung (32a, 34a, 36a) aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ausrichten der Antennencharakteristiken dazu geeignet ist, die Antennencharakteristiken auf mindestens zwei verschiedene azimutale Richtungen auszurichten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Ausrichten der Antennencharakteristiken dazu geeignet ist, die Antennencharakteristik auf vier orthogonale oder mehr als vier azimutale Richtungen auszurichten.