Logo ZeTeM

Zentrum für Technomathematik

ZeTeM > Forschung und Anwendungen > Projekte > Störfeste Analyseverfahren für SODAR

Kontakt Sitemap Impressum [ English | Deutsch ]

Störfeste Analyseverfahren für SODAR

Arbeitsgruppe:AG Technomathematik
Leitung: Prof. Dr. Dr. h.c. Peter Maaß ((0421) 218-63801, E-Mail: pmaass@math.uni-bremen.de)
Bearbeiter: Dr. Kamil Kazimierski
Projektpartner: METEK GmbH, Elmshorn
Laufzeit: 01.10.2006 - 30.09.2008
Bild des Projekts Störfeste Analyseverfahren für SODAR

In vielen Bereichen der Messtechnik sind gemessene Signale ohne eine aufwändige Signalverarbeitung nur bedingt für weitere Analyseschritte einsetzbar. Dasselbe ist bei der SODAR-Technik der Fall, wo gemessene Schallsignale oft durch Umgebungslärm unbrauchbar werden.

Ein SODAR (sound detection and ranging) ist ein meteorologisches Messgerät, welches vom Boden aus ein vertikales Windprofil bis in mehrere hundert Meter Höhe erstellen kann. Dazu werden Schallimpulse in mehrere Richtungen ausgesandt, von denen ein winziger Bruchteil an atmosphärischen Dichteinhomogenitäten rückgestreut wird. Wesentlich dabei ist, dass die reflektierten rückgestreuten Wellen proportional zur radialen Windrichtung Doppler-verschoben werden. Anhand von mindestens drei linear unabhängigen Richtungen kann so die Windgeschwindigkeit rekonstruiert werden. Da aufgrund der endlichen Schallgeschwindigkeit Signale aus größerer Höhe später aufgefangen werden, kann so ein vertikales Windprofil erstellt werden.

SODARs werden zum Beispiel zur Überwachung der Ausbreitung von Industrieemissionen, für Umweltverträglichkeitsuntersuchungen, zur Abschätzung der Energieausbeute an geplanten Windenergiestandorten oder in der Atmosphärenforschung benötigt. Die potentielle Einwirkung von Störsignalen schränkt die Einsatzmöglichkeiten von SODARs in der Praxis stark ein, da die für einen zufrieden stellenden Betrieb erforderlichen Bedingungen (geringer Umgebungslärm sowie Freiheit von reflektierenden Objekten in der Nähe des Schallstrahls) an vielen der oben genannten Standorte nicht zu erfüllen sind - zumindest nicht ohne eine aufwändige Signalverarbeitung.

Erst in den letzten Jahren haben sich neue Möglichkeiten aufgetan. Zum ersten bestand ein Problem in der Datenspeicherung. Um Algorithmen zu evaluieren, müssen Daten zu allen möglichen Wettersituationen und Umgebungsbedingungen gesammelt werden. Da die Geräte aber bis zu 7~GB an Daten pro Tag generieren, können die Daten nicht ohne Weiteres über einen großen Zeitraum hinweg gespeichert werden.

Zum zweiten benötigt man eine große Rechenleistung, um aufwändige Algorithmen auf eine solche Datenmenge anzuwenden. Aus Erfahrungen, die das ZeTeM im EU-CRAFT-Projekt MEPROS (Vertrags-Nr. EVK2-CT-2002-30002, Laufzeit: 11.02-10.04) mit ähnlichen Daten von so genannten Radar Wind Profilern (RWP) gemacht hat, kann man schließen, dass die Algorithmen knapp in Echtzeit auf einem heutigen Desktop-PC laufen. Das heißt, dass Daten von einem Tag knapp 24 Stunden Berechnungszeit benötigen. Die Evaluation von Daten von mindestens einem halben Jahr ist also mit erheblichem Rechneraufwand verbunden.

Zum dritten hat die Erforschung von Methoden zur Bereinigung solcher Daten in jüngerer Zeit große Fortschritte gemacht. Im Projekt MEPROS konnte für RWP-Daten gezeigt werden, dass Zeit-Frequenz-Verfahren wie die diskrete Gabor- oder die Wavelet-Transformation und besonders geeignet sind. Für SODAR ist aufgrund der Heterogenität von Störquellen eine Vielzahl von Ansätzen notwendig; die in MEPROS entwickelten Methoden scheinen nur teilweise geeignet. Zeit-Frequenz-Ansätze für SODAR sind noch wenig erforscht.