Description: Im Projekt "Ein kostengünstiges mechanisch gesteuertes polarimetrisches Phased-Array Doppler Wetterradar, Phase 2" entwickelt das Fraunhofer FHR in Kooperation mit dem Institut für Geowissenschaften, Abteilung Meteorologie der Uni Bonn einen Prototyp eines Phased-Array-Radars (PAR) auf Basis einer AESA-Antennenapertur (Active Electronically Scanned Array), mit dem Ziel innerhalb einer Minute eine volumetrische Wetterkarte zu erstellen. Ein PAR-Wetterradar ist optimal geeignet, um die zeitliche Auflösung durch elektronische Strahlschwenkung zu verbessern. Aus Kostengründen konnte sich diese Technologie bisher aber nicht gegenüber Reflektorsystemen durchsetzen. In Phase I wird eine neuartige Antennenlösung zur Entkopplung von Strahlschwenkung und Fokussierung untersucht, um so Komplexität und Kosten zu minimieren. Anstatt wie üblich die Apertur sowohl für die Strahlschwenkung als auch für die Fokussierung zu verwenden, fokussiert ein Parabolzylinder im Azimut, während ein kompakter PAR in seiner Brennlinie die elektronische Schwenkung sowie die Fokussierung in der Höhe ermöglicht. Zur Erzeugung polarimetrischer Momente hoher Qualität wurde eine spezielle aktive Antennenansteuerung entwickelt, um eine Unterdrückung der Kreuzpolarisation von über 40 dB in Broadside und über 30 dB bei einer Strahlneigung von 45° zu erreichen.In Phase II wird die Implementierung der Strahlschwenkung zur Fertigstellung und operationalen Bewertung des Prototyps angestrebt. Im Wesentlichen sollen Strahlbeschleunigungstechniken zur schnellen Erzeugung volumetrischer Wetterkarten untersucht werden, da die einfache Verkürzung der Verweilzeit (Dwell Time) zu größeren statistischen Unsicherheiten bei den polarimetrischen Momenten führen würde. Mit Beam Multiplexing (BMX, sequentielle Übertragung von Impulspaaren entlang verschiedener Richtungen) sollen die Dekorrelation von Stichproben erhöht und schnellere Scans bei gleichbleibender Datenqualität erzielt werden. Darüber hinaus soll mit einem herkömmlichen Step-Scan-Verfahren das BMX für die unteren Elevationen in Abhängigkeit von der spezifischen Wetterereignisstatistik adaptiv ergänzt werden. Die sorgfältige Realisierung eines solchen adaptiven Scannens wird als wesentlicher Schritt angesehen, um das Scan-Beschleunigungspotential von PARs voll auszuschöpfen und ein automatisiertes priorisiertes Tracking potenziell gefährlicher Wetterereignisse zu erreichen.Die Universität Bonn wird die Messungen der überlappenden X-Band-Forschungsradare für eine eingehende Bewertung des neuen PAR und seiner polarimetrischen Fähigkeiten nutzen. Darüber hinaus ermöglicht die neue Technologie die Überwachung der vorkonvektiven Umgebung mit einer höheren zeitlichen Auflösung, was wiederum die Fähigkeit verbessert, Wasserdampffelder aus vom Radar erfassten Änderungen des Brechungsindex abzuleiten. Wir werden die neuen Fähigkeiten bewerten und somit zum fünften Ziel des SPP beitragen, d.h. zur radarbasierten Erfassung der Konvektionsinitiierung.
Types:
SupportProgram
Origins:
/Bund/UBA/UFORDAT
Tags:
Bonn
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Bildschirm
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Synergistische Wirkung
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Blei
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Brüden
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Meteorologie
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Radar
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Pflanzensamen
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Wasserdampf
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Generationsdauer
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Umweltindex
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Daten
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Geowissenschaften
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Technischer Fortschritt
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Umweltveränderung
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Wetter
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Transmission
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Betriebswirtschaftliche Bewertung
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Ortsbestimmung
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Prototyp
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Region:
Nordrhein-Westfalen
Bounding boxes:
6.76339° .. 6.76339° x 51.21895° .. 51.21895°
License: cc-by-nc-nd/4.0
Language: Deutsch
Organisations
Time ranges:
2018-01-01 - 2025-06-30
Alternatives
-
Language: Englisch/English
Title: A Low-cost Mechanically-Steered Phased-Array Polarimetric Doppler Weather Radar, Phase 2
Description: Within the project "Low-cost Mechanically-Steered Phased-Array Polarimetric Doppler Weather Radar", develops Fraunhofer FHR in cooperation with the Institute for Geosciences, Department of Meteorology of the University Bonn (UBonn) a Phased-Array Radar (PAR) prototype based on an Active Electronically Scanned Array (AESA) antenna aperture with the final goal of servicing up to one volumetric weather map per minute.A PAR weather radar is optimally suited to improve temporal resolution via instantaneous beam steering. However, wide adoption of such technology has been so far constrained by an inherent increase of cost to actually achieve the same performance of reflector-based solutions.Within Phase I, a unique antenna solution is investigated to effectively decouple beam steering and gain generation, thus yielding minimization of complexity and cost. Instead of directly using an AESA aperture to achieve both beam steering and gain generation, a parabolic cylinder realizes beam focusing in azimuth while a compact PAR positioned in its focal line provides electronic steering as well as focusing in elevation. To support generation of high-quality polarimetric moments, a specialized active antenna excitation technique has been validated to reach more than 40 dB integral cross-polarization discrimination at broadside and above 30 dB at 45° beam tilt.In Phase II, implementation of beam steering is proposed for finalization and operational assessment of the forerunner prototype. Moreover, investigation of beam acceleration techniques is proposed for timely generation of volumetric weather maps, as simplistic reduction of dwell time would lead to larger statistical uncertainties on the polarimetric moments. Implementation of Beam Multiplexing (BMX) is proposed, a technique consisting of sequential transmission of pulse pairs along different directions in order to increase the decorrelation of samples and achieve faster scans without compromising data quality. Furthermore, traditional step-scan scanning is proposed to adaptively complement BMX for the lower elevations depending on the specific weather event statistics with the goal of achieving shortened volumetric scan time without reduction of data quality. Careful realization of such adaptive scanning will be instrumental to fully exploit the scan speed-up potential of PARs and achieve automated prioritized tracking of potentially harmful events.The partner at UBonn will exploit the measurements of available overlapping X-band research radars for an in-depth evaluation of the new PAR and its polarimetric capabilities. Furthermore, the new technology enables to monitor the pre-convective environment with higher temporal resolution, which again improves the capabilities to derive water vapor fields from radar-detected changes in refractive index. We will assess the new capabilities and thus contribute to the fifth objective of the SPP, i.e. radar-based detection of the initiation of convection.
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