Messprinzip
Das Messprinzip des MRR
Das Messprinzip des Mikro-Regen-Radars (MRR) basiert auf elektromagnetischen Strahlung mit einer Frequenz von 24 GHz. Im Gegensatz zu normalen Regen-Radar Geräten werden die Signale vertikal nach oben in die Atmosphäre gestrahlt. Ein Teil des gesendeten Signals wird beim Kontakt mit Regentropfen zur Antenne ( Parabolspiegel) zurückgeworfen und dort registriert. Die Abstrahlung erfolgt kontinuierlich (Continuous Wave im Gegensatz zum Puls-Radar).
Beim MRR handelt es sich um ein Dopplerradargerät: Beim Fallen bewegen sich die Regentropfen relativ zur am Boden befindlichen Antenne, die zugleich Sender und Empfänger ist. Somit kommt es aufgrund des Dopplereffekts bei der Rückstreuung zu einer Frequenzverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Signal. Diese Frequenz ist ein Maß für die Fallgeschwindigkeit der Regentropfen. Da Tropfen unterschiedlicher Größe unterschiedliche Fallgeschwindigkeiten haben, besteht das zurückgestreute Signal aus einer Überlagerung verschiedener Dopplerfrequenzen. Mittels Spektralanalyse dieses Signals erhält man eine breite Verteilung von Linien entsprechend der einzelnen Doppler-Frequenzen der Signalanteile.
Die Elektronik des Radargerätes ermittelt dieses Spektrum mit einer hohen zeitlichen Auflösung von 10 Sekunden und sendet es an das angeschlossene Kontroll- und Datenerfassungssystem, wo das Tropfenspektrum aus dem Dopplerspektrum mittels der Übertragungsfunktion des Radarmoduls errechnet wird. Aus dem gesamten Tropfenspektum erhält man per Integration und Mittelung über 30 Sekunden letztendlich die aktuelle Regenrate und den Flüssigwassergehalt.
Beim MRR handelt es sich um ein Dopplerradargerät: Beim Fallen bewegen sich die Regentropfen relativ zur am Boden befindlichen Antenne, die zugleich Sender und Empfänger ist. Somit kommt es aufgrund des Dopplereffekts bei der Rückstreuung zu einer Frequenzverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Signal. Diese Frequenz ist ein Maß für die Fallgeschwindigkeit der Regentropfen. Da Tropfen unterschiedlicher Größe unterschiedliche Fallgeschwindigkeiten haben, besteht das zurückgestreute Signal aus einer Überlagerung verschiedener Dopplerfrequenzen. Mittels Spektralanalyse dieses Signals erhält man eine breite Verteilung von Linien entsprechend der einzelnen Doppler-Frequenzen der Signalanteile.
Die Elektronik des Radargerätes ermittelt dieses Spektrum mit einer hohen zeitlichen Auflösung von 10 Sekunden und sendet es an das angeschlossene Kontroll- und Datenerfassungssystem, wo das Tropfenspektrum aus dem Dopplerspektrum mittels der Übertragungsfunktion des Radarmoduls errechnet wird. Aus dem gesamten Tropfenspektum erhält man per Integration und Mittelung über 30 Sekunden letztendlich die aktuelle Regenrate und den Flüssigwassergehalt.
Größen, die man aus den Messwerten erhält (mit Formeln):
| Spektrale Leistung | |
| Niederschlag/Regenrate | |
| Tropfenspektum | |
| Flüssigwassergehalt | |
|
Charakteristische Fallgeschwindigkeit = erstes Moment des Dopplerspektums ( die Fallgeschwindigkeit der Tropfen, die den größten Beitrag zum rückgestreuten Signal liefern) | |
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Reflektivität (Radar-Reflektivitätsfaktor) | |
| Logarithmische Reflektivität |
| (D=Tropfendurchmesser, N(D) =Tropfenkonzentration der Größe D, v(D)=Fallgeschwindigkeit in Abhängigkeit vom Durchmesser) = spektrale Volumenreflektivität, erhält man aus der spektralen Empfangsleistung, = Rückstreuquerschnitt |
