Kurzfassung
Es wird die Inbetriebnahme und Anwendung eines 94 GHz Wolken-Profilers
beschrieben. Die Sendeleistung dieses Radarsystems wird ausschließlich
mit Halbleiter-Bauelementen erzeugt. Es wird dargestellt, wie aus den
aufgenommenen Doppler-Spektren die Parameter des Vertikalwinds
bestimmt werden.
Zunächst werden in einem theoretischen Teil die notwendigen Grundlagen
eingeführt. Das Streuverhalten von elektromagnetischen Wellen an
Hydrometeoren wird für den Fall eines 94 GHz RADARs
hergeleitet. Danach wird die Auswertung der Rückstreusignale bei einem
FM-CW-Doppler-RADAR erläutert. Schließlich wird die Bestimmung von
Vertikalwind-Parametern aus Doppler-Spektren von vertikal
ausgerichteten RADARs gezeigt.
Im zweiten Teil wird das RADAR-System vorgestellt. In allen Kapiteln
wird dabei auch auf die einzelnen Entwicklungsschritte
eingegangen. Zuerst wird das Radar-Frontend beschrieben. Dann folgt
die Vorstellung der Signalverarbeitungs-Hardware. Eine Darstellung der
Eigenschaften des Gesamtsystems beschließt diesen Teil.
Im dritten Teil der Arbeit werden Messungen aus den verschiedenen
Entwicklungsstufen des Systems vorgestellt. Frühere Messungen werden
vor allem zum Aufzeigen von Problemen dieser Entwicklungstufen und zur
Darstellung grundlegender Verfahren, zum Beispiel der Kalibrierung,
benutzt. Anhand von Fallbeispielen aus der letzten Entwicklungsstufe
des RADARs wird die Bestimmung von Vertikalwind-Parametern vorgeführt.
Zusammenfassung und Ausblick schließen die Arbeit ab.
Implementing and operation of a 94 GHz cloud profiler is described. The transmitted power for this RADAR system is generated using semiconductor devices exclusively. The derivation of vertical wind parameters from recorded Doppler spectra is demonstrated. In the beginning, necessary fundamentals are introduced in a theoretical part. Scattering of electromagnetic waves from hydrometeors for the case of a 94 GHz RADAR is deduced. Subsequently, the evaluation of backscatter signals for an FM-CW Doppler RADAR is demonstrated. A description on the derivation of vertical wind parameters from Doppler spectra closes the first part. In the second part, the RADAR system is introduced. Steps taken during the system development are mentioned in all chapters. The RADAR front end is described first. Subsequently, the signal processing system is presented. Closing this part, the properties of the RADAR system are specified. Measurements from different states of system development are shown in the third part. Early data are used to point out problems of first development states and to sketch fundamental procedures like calibration. The derivation of atmospheric parameters is demonstrated by case studies from data taken in the actual state of development. Conclusion and outlook finalize this work.