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Einsatz eines Datenaufzeichnungsgerätes für die Qualitätsüberwachung von Wetterradaren

Ob Flugzeuge oder das Wetter – eine funktionierende Radartechnik spielt eine fundamentale Rolle. Dabei ist die technische Performance von Radarantennen von hoher Relevanz. Deshalb arbeitet armasuisse Wissenschaft und Technologie zusammen mit MeteoSchweiz an einem Gerät, welches die Qualität von Wetterradaren und -antennen überprüft.

15.04.2020 | armauisse Wissenschaft und Technologie, Sensorik

Lema Radar
Radar Monte Lema

Wetterradare, wie das abgebildete Radar Monte Lema im Tessin, scannen den Himmel systematisch nach Niederschlag ab. Dabei übernimmt das Radar sowohl die Funktion eines Senders als auch die eines Empfängers. In einem gemeinsamen Projekt entwickeln armasuisse Wissenschaft und Technologie (W+T) und MeteoSchweiz einen sogenannten Puls-Logger, ein Daten-aufzeichnungsgerät, welches die gesendeten Signale eines Wetterradars überwacht und dadurch die Qualität sicherstellt.

Befindet sich das Wetterradar im Sende-Modus, werden Radarpulse generiert, welche in eine bestimme Richtung ausgesendet werden. Die physikalischen Parameter dieser Pulse variieren je nach Einsatzgebiet des Radars. Dazu gehören z.B. die Frequenz und Amplitude der elektro-magnetischen Trägerwellen, die Pulsdauer und die zeitliche Wiederholungsrate der Pulse.

Werden gesendete Radarpulse reflektiert, bspw. an einem Regentropfen, verändern sich ihre physikalischen Parameter. Nun im Empfangs-Modus, fängt das Wetterradar diese reflektierten Radarpulse auf und analysiert nebst der Laufzeit auch die Veränderung der Puls-Form. Somit kann das Radar nicht nur die Entfernung zum Niederschlagsgebiet, sondern auch den Niederschlagstyp wie etwa Nieselregen, Starkregen, etc. sowie die Ausbreitungsrichtung und -geschwindigkeit bestimmen.

Damit die Zuverlässigkeit dieser Auswertungen gewährleistet werden kann, ist das Wetterradar auf möglichst genaue Pulsangaben angewiesen. Eine einwandfreie technische Performance der Wetterradarantenne im Sende-Modus ist hierfür unabdingbar. Da auch externe Faktoren am Betriebs-standort deren Antennencharakteristik beeinflussen können, ist eine Überprüfung der Wirkweise von Radarantennen unter Laborbedingungen unzureichend und zu aufwendig.

W+T und MeteoSchweiz wollen deshalb ein remote, also aus der Entfernung betriebenes Datenaufzeichnungsgerät, auch Puls-Logger genannt, direkt an einem Radarbetriebsstandort einsetzen. Der Puls-Logger, welcher äusserlich an eine externe Festplatte erinnert, soll vor Ort das Wetterradar während des Betriebs überwachen und die Qualität der gesendeten Radarpulse analysieren. Bei diesem Puls-Logger handelt es sich um ein sogenanntes Software-Defined-Radio (SDR). Das bedeutet, dass ein Teil der Signal-verarbeitung mit Hilfe einer Software verwirklicht wird. Dieser SDR Puls-Logger zeichnet die gesendeten Wetterradar-Pulse über ein eigenes Antennensystem auf und nicht etwa über jenes des Wetterradars. Dadurch wird die Qualitätssicherung zusätzlich gestärkt. Die dazu notwendige Software hat der Fachbereich Sensorik (WTS) als Open Source in der Programmiersprache Python 3 entwickelt. Die Software des Puls-Loggers analysiert die durch das Wetterradar gesendeten und etwa an einem Regentropfen reflektierten Pulse und stellt anschliessend die daraus resultierenden Puls-Parameter und Antennencharakteristika benutzerfreundlich dar.

Dank diesem Puls-Logger können die Wetterkontrollstationen der Wetterradare jederzeit und allerorts auf diese visuell aufbereiteten Daten zugreifen und sich einen Überblick über systemrelevante Kenngrössen der Radarantenne verschaffen. Somit kann ganz einfach per Remotezugriff die Funktionstüchtigkeit der Wetterradarantennen im Sende-Modus überprüft sowie die Angaben für die Analyse der Wetterlage verwendet werden – und dies ganz ohne zeitaufwendige Anreise zu einem Wetterradar.


Im Moment befindet sich der Puls-Logger im Labor in Thun und wird von WTS auf seine Langzeitstabilität untersucht.

puls-logger
Puls-Logger: Datenaufzeichnungsgerät für die Qualitätsüberwachung von Wetterdaten