Das Ostsee-Wind-Radar OSWIN

Von September 1997 bis September 1998 wurde auf dem Institutsgelände in Kühlungsborn (54.1° N; 11.8° E) ein VHF-Radar zur Untersuchung der Dynamik und Struktur der Tropo-, Strato- und Mesosphäre betrieben. Die Sende- und Empfangstechnik wurde Anfang Oktober 1998 nach Andenes/Norwegen (69.01° N; 16.03° E) transportiert und ist dort seit dem 12. Oktober 1998 als Alomar Wind Radar (ALWIN) in kontinuierlichem und unbeaufsichtigten Betrieb (Latteck et al, 1999).

Im Sommer 1999 wurde in Kühlungsborn mit dem bestehenden Antennenfeld und einer neuen Sende-Empfangstechnik das neue OSWIN-VHF-Radar in Betrieb genommen. Höhenprofile des 3-D Windvektors und der Radarreflektivität können nach der Spaced-Antenna (SA) und Doppler-Beam-Swinging (DBS) Methode in einem kontinuierlichen und unbeaufsichtigten Betrieb bestimmt werden.

Das System setzt sich aus den im Blockschaltbild dargestellten Baugruppen zusammen. Der neue Röhrensender der FirmaATRAD besteht aus sechs Teilsystemen von jeweils 15 kW Sendeleistung, deren Ausgangssignale über je einen passiven Sende-Empfangs-Schalter der Antennensteuereinheit zugeführt werden. Diese ermöglicht einen automatischen Betrieb der Sende-Empfangsantenne im SA- und DBS-Mode.

Technische Parameter

Frequenz

53,5 MHz

Spitzenleistung

90 kW

Mittlere Leistung

4,5 kW (bei 5% Duty Cycle)

3dB-Strahlbreite

Impulslänge

1 ... 32 µs

Pulswiederholfrequenz

< 50 kHz

Höhenbereiche

(0,4) 1 ... 18 km (65 ... 95 km)

Höhenauflösung

150 m, 300 m, 600 m, 1000 m

Zeitauflösung

~ 1 min

Sendesignal

Einzelimpuls, Komplementärkodes

Impulsformen

Rechteck,  modifizierter Gauß (für max. Leistung)

Die Sende-Empfangsantenne besteht aus 144 Vier-Elemente-Yagi-Antennen, die in quadratischen Subsystemen aus jeweils 4 Antennen in einer 6x6 Matrix angeordnet sind. Der Abstand der Einzelantennen untereinander beträgt λ/√2. Die Antennen sind im Winkel von 45° zur Nord-Süd-Achse ausgerichtet, damit im DBS-Mode in zonaler (Ost-West) und meridionaler (Nord-Süd) Richtung eine identische Antennencharakteristik genutzt werden kann. Im SA-Mode ist das Antennenfeld im Empfangsfall in sechs Einzelfelder zu je 6 Subsystemen aufgeteilt, die maximal sechs Empfangskanälen zugeordnet werden können. Im DBS-Mode ist es möglich, die Antennenkeule in jeweils drei Zenitwinkeln (7°, 13°, 20°) in die vier Himmelsrichtungen Nord, Süd, Ost und West zu schwenken. Dieses wird im Sendebetrieb durch phasenverzögerte Einspeisung der sechs Antennenzeilen oder -spalten und im Empfangsbetrieb durch softwaregestütztes Postbeam-Steering (PBS) realisiert.

Das Empfangssystem enthält sechs Kanäle, in denen die Signale in ihren Quadraturkomponenten vorverarbeitet werden. Die anschließende Analyse der Rohdaten kann in Echtzeit oder als Postprozeß auf dem integrierten Host-PC oder auf jedem mit dem Internet verbundenen Rechner durchgeführt werden.

Durch den Einsatz von Einzelimpuls- und kodierten Mehrimpulssignalen im kombinierten Betrieb können durchgehende Windprofile im Bereich von 1 bis 18 km berechnet werden. Prinzipiell sind auch Messungen im Grenzschichtbereich ab 400 m möglich bei Anwendung einer modifizierten SA-Methodik.

Ein wesentlicher Schwerpunkt für den Einsatz des OSWIN-VHF-Radars ist die Untersuchung mesosphärischer Radarechos im Sommer (MSE) und im Winter (MWE).

Seit dem Jahr 2002  besitzt das OSWIN-VHF-Radar zusätzlich die Möglichkeit, mit einer separaten Sendeantenne und einem räumlich abgesetzten Empfangsantennenfeld kontinuierliche Untersuchungen an den Ionisationsspuren einfallender Meteoroide durchzuführen. Aus der Echoamplitude, der radialen Geschwindigkeit und der Lebensdauer dieser Echos kann das Windfeld im Bereich zwischen etwa 80 bis 110 km und die mittlere Temperatur bei 87 km Höhe abgeleitet werden.

 

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