LEIBNIZ-INsTITUT FöUR ATMOsPHöARENPHYsIK e. V. an der ...

19 Simultane DBS- und SA-Messungen mit einem VHF-Radar
während des Auftretens von PMSE
(M. Zecha, W. Singer, P. Hoffmann, D. Keuer, H. Bardey, J. Röttger)
Im VHF-Bereich um 50 MHz lassen sich durch geeignete Anordnungen von Einzelantennen
relativ kostengünstige und leistungsfähige Radargeräte konstruieren. Der Antennengewinn und
die Breite des effektiven Radarstrahls werden dabei hauptsächlich durch die Anzahl und das
Arrangement der Einzelantennen bestimmt. Werden für bestimmte Antennengruppen zusätzliche
Phasenwege eingefügt, kann dieser Radarstrahl außerdem auf einfache Weise in verschiedene
Richtungen geschwenkt werden. Dadurch können auch Messungen außerhalb des Zenits
durchgeführt und die Resultate sehr gut mit den Ergebnissen anderer Experimente (z. B. raketengetragenen
Messungen, vgl. Kap. 18) verglichen werden, wenn diese im selben Meßvolumen
durchgeführt wurden.
Für die Untersuchung dynamischer Eigenschaften ist die Kombination der Emfangssignale
aus mehreren Schwenkrichtungen notwendig. Dieses Verfahren wird als Doppler beam-swinging
(DBS) bezeichnet. Die Messungen werden hierbei nacheinander in verschiedenen Messvolumen
sowie, aufgrund der Neigung des Radarstrahls, in verschiedenen Höhenbereichen mit verschiedenen
effektiven Höhenauflösungen durchgeführt, wie in Abb. 19.1 (links) an einem Beispiel
dargestellt ist. Wenn die Atmosphäre hier unterschiedliche Eigenschaften besitzt, können nur
mittlere Werte bestimmt werden.
Abb. 19.1 Darstellung des Prinzips der DBS und SA Messungen und der entsprechenden
räumlichen Auflösungen am Beispiel des ALOMAR SOUSY Radars.
Ein anderes Messverfahren verzichtet auf das Schwenken des Radarstrahls. Es wird nur in vertikale
Richtung gesendet und die simultan an mehreren, nahe beieinanderstehenden Empfangsantennen
aufgenommenen Signale werden analysiert und verglichen. Die Messungen können somit
gleichzeitig und im selben Messvolumen durchgeführt werden (vgl. Abb. 19.1 rechts). Aufgrund
der üblicherweise kleineren Empfangsantennen wird die Signalstärke bei diesem sogenannten
spaced antenna (SA) Verfahren jedoch geringer sein als beim DBS-Verfahren. Außerdem steigt
der technische Aufwand.
Messungen in der Mesosphäre mit VHF-Radars während des Auftretens von polaren mesosphärischen
Sommerechos (PMSE) wurden vor 1997 nur mit dem DBS-Verfahren durchgeführt.
Da aber bekannt ist, dass diese PMSE einerseits sehr starke räumliche und zeitliche
Variationen zeigen und andererseits sehr starke Echos auftreten, sollten die Vorteile des SA-
Verfahrens gerade für diese Untersuchungen überwiegen. Um die Ergebnisse beider Verfahren
jedoch direkt miteinander vergleichen zu können, ist es sogar notwendig, die Untersuchungen
mit beiden Verfahren parallel durchzuführen.