DE1965126A1

DE1965126A1 - Akustische Sonde

Info

Publication number: DE1965126A1
Application number: DE19691965126
Authority: DE
Inventors: Mcallister Lindsay Gordon
Original assignee: Commonwealth of Australia
Current assignee: Commonwealth of Australia
Priority date: 1968-12-23
Filing date: 1969-12-27
Publication date: 1971-07-01
Also published as: AU4831768A; US3675191A; AU422241B2; FR2098474A5; DE1965126B2; GB1291849A

Description

"Akustische Sonde."

Die vorliegende Erfindung betrifft einen akustischen Wandler bzw. eine akustische Sonde, welche zur Aufzeichnung der Eigenschaften turbulenter Luft in der Troposphäre entwickelt wurde.

Die Erfindung bezieht sich im einzelnen auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung von Zuständen der höheren Atmosphäre, insbesondere in der Troposphäre und besteht aus der Erzeugung und vertikalen oder jedenfalls nahezu vertikalen Aussendung von Schallimpulsen oder Frequenzbändern in die zu erforschende Luft und der Aufzeichnung der Reflektion dieser Signale in graphischer oder tabellarischer Form zur Sichtbarmachung der vorliegenden Umstände. Ein derartiges System kann zum Studium des Zusammenwirkens von Schall und Atmosphäre benutzt werden und erlaubt die Ermittlung des Auftretens von "Zielen".

109827/0802

Entsprechend dem Verfahren und den Vorrichtungen, die nun vorgeschlagen werden, ist, falls erforderlich, eine kontinuierliche Feststellung möglichj die Erfindung leidet nicht unter den Fehlern, die auftreten, wenn Radiosonden angewendet werden, die vergleichsweise nur unzusammenhängend Daten liefern.

Die Anwendung der Erfindung ist verhältnismäßig breitbandig. Da man mit ihr Turbulenzen aufspüren und die Höhe, oberhalb welcher sie existieren, ermitteln kann, kann die Erfindung zu Anwendungen im Zusammenhang mit dem Landen von Flugzeugen, der Feststellung der Tiefe von Rauch-oder Nebelfeidern, der Einmischung von Verschmutzungen in der Atmosphäre und zu anderen atmosphärischen Beobachtungen herangezogen werden.

Zur Durchführung der Erfindung wird vorzugsweise eine Vorrichtung zum Aufzeichnen der Zustände auf Faksimilepapier oder anderem Aufzeichnungsmaterial in einer Form vorgeschlagen, welche die Höhe über der Tageszeit darstellt,wodurch ein direktes Entnehmen von Höhe und Dicke turbulenter Zonen während des Tagesablaufs und die Verschiebung dieser Zonen während des Tagesablaufes ermöglicht wird.

Es gibt verschiedene Wege zur Durchführung der Erfindung;in einer Ausführungsform werden kurze Impulse akustischer Energie bei einer ausgewählten Frequenz oder Frequenz-Vielfachbändern aufwärts gerichtet, und zwar senkrecht oder unter einem Winkel, die mit einer zweckgeeigneten Repetierhäufigkeit durch e.ine hochpegelige akustische Antenne abgestrahlt werden.

So wurde beispielsweise gefunden, daß bei einer Verwendung von 950 Hz bei einer Puls-Folgefrequenz von 0,5 Impulse pro

109827/0802

_ 3 —

Sekunde und einer Impuls-Spitzenleistung von 100 Watt gute Aufzeichnungen erzielt wurden, weil ein Teil der akustischen Energie, die auf die turbulente Luft auftrifft, reflektiert xvird und diese Energie durch eine akustische Anordnung empfangen werden kann, und sodann verstärkt und auf einem Faksimileschreiber als Dichtenmodulation auf dem Papier aufgezeichnet werden kann. Die Aufzeichnung kann die Höhe turbulenter Zonen in der unteren Atmosphäre über der Tageszeit darstellen, was, wie erwähnt, ein kontinuierliches Sammeln von Daten ermöglicht, die sofort brauchbar sind, so daß, falls gewünscht, über jeden einzelnen Zeitintervall Aussagen äk getroffen werden können.

In einem Beispiel wurden kurze Impulse von 50 ms Dauer bei einer Trägerfrequenz von 900 Hz und einer Repetierfrequenz von 10 s benutzt. Die Impulse wurden von einer Anordnung aufwärts abgestrahlt, die mittels elektromagnetischer Relais von Sende- auf Empfangsbetrieb umgeschaltet werden konnte.

Anstelle einer einzelnen, geschalteten Anordnung können auch mehrere benutzt werden, wobei man sie im Sendebetrieb gemeinsam abstrahlen läßt, im Empfangsbetrieb die reflektierten Signale jedoch den einzelnen Anordnungen unabhängig entnimmt. Λ

Unter Verwendung derartiger Vorrichtungen verschiedenster Bauart wurden durch eine Sonde Strukturbilder bis zu 5500 Fuß (etwa 1,9 km) aufgenommen, die den Durchzug von Kaltfronten, See- und Landwindzirkulationen, Bergwindsysteme, Radioinversionen und Üageszeitabhängige thermische Streifen darstellen.

Es wurde durch theoretische Überlegung und experimentelle Untermauerung herausgefunden, daß die akustische Energie von zufallsverteilten Teaperaturwechseln (in der Größenordnung

109827/0802

von 0,1⁰G) reflektiert werden, die von Turbulenzen in der 'Atmosphäre herrühren. Durch Benutzung der solcherart lokalisierten Bereiche von Turbulenzen als Abtastziel war es möglich, die Bewegung der umgebenden, nicht turbulenten Luft abzuleiten, wenn die Struktur verhältnismäßig einfach war.

Da die Sonde die Fähigkeit hat, Turbulenzen und die Höhe, oberhalb welcher sie vorhanden ist, ausfindig zu machen, kann, sie, wie schon gesagt, im Zusammenhang mit dem Landen von Flugzeugen, der Feststellung von Rauch- und Nebel schichtdicken und dergleichen benutzt werden. Während diese Nachforschungen auf geringere Höhen bis etwa 5500 Fuß (etwa 1,7 km) gerichtet waren, zeigten anfängliche Studien, die auf den Ergebnissen der Strömungsarbeit beruhten, daß durch Benutzung von Frequenzen bei etwa 200 Hz und einem 50 Fuß-(etwa 15 m) Beton-Parabolspiegel das Feststellen von Klarluft turbulenz en bis etwa 40 000 Fuß (etwa 12 km) möglich ist.

Da keine befriedigende Fern-Wahrnehmungstechnik zur Feststellung von Klarluftturbulenzen in solchen Höhen entwickelt war, bringt die Erfindung speziell auf diesem Gebiet einen merklichen Fortschritt.

Die Erfindung bringt auch ein Verfahren zur Benutzung der Sonde zur Messung der mittleren Windgeschwindigkeit und der Windrichtung, was durch Aufzeichnen derjenigen Zeit erreicht wird, welche für die Verschiebung der einzelnen Aufzeichnungen der Turbulenz über das Antennenfeld benötigt wird.Dies ist eine Funktion der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung in der Höhe der angepeilten Turbulenz.

Eine weitere Information gewinnt man durch Feststellung des Winkels, unter welchem die reflektierte Energie auftrifft. Da sich die Schallenergie relativ zum bewegten Luftstrom

109827/0802

^ bewegt, driftet die rücklauf ende Energie mit dem Windestrom abwärts. Somit ist der Ankunftswinkel ein Maß der Windgeschwindigkeit und seiner Sichtung. Da sich die Windrichtung und seine Geschwindigkeit von einer einfachen, auf dem Boden befindlichen Vorrichtung messen lassen, liegen Anwendungen beider Flughafenkontrolle, meteorologischen Forschung, Aufstellung und Ausrichtung von Geschützen, Einmischungen von Gasverunreinigungen und dergleichen auf der Hand.

Die Empfindlichkeit des Systems kann durch Anwendung der Vorteile elektromagnetischer Radartechnik gesteigert werden. Es können zusätzliche Parameter gewonnen werden, wenn man von dem vorliegenden, vertikalgerichteten, monostatischen System abläßt und zu bistatischen oder tristatischen Anordnungen übergeht. Ein solches System sei nun anhand der flachauftreffenden monostatischen Version und im Zusammenhang mit Spektralverschiebungen zur Erzielung von Daten über die Turbulenz und die spektrale Streuung erläutert.

Zum besseren Verständnis der Erfindung sei im folgenden auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen:

Fig. 1 zeigt eine akustische Sende- und Empfangseinrichtung mit vier Gruppen von Lautsprechern (Wandlern) mit seitlichen Abschirmungen zur Abschirmung des Grundgeräusches, die wechselweise mit einem Signal verbunden wird und dann wieder auf Empfang geschaltet wird.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung, wie das System unter Verwendung einer derartigen Anordnung Höhe, Geschwindigkeit und Richtung aufzeichnen kann.

109827/0802

Fig. 3 zeigt eine modifizierte Form, die einen am Boden gebildeten Parabolspiegel benutzt, in dessen Brennachse ein Wandler angeordnet ist, der abwechselnd Signale erzeugt oder empfängt.

Fig. 4 zeigt schematisch die Wirkungsweise der Vorrichtung bei räumlich distanziert angeordneten Wandlern unter Benutzung der monostatischen und bistatischen Funktion.

Fig. 5 zeigt eine akustische Aufzeichnung der Sonde von -thermischen Zonen, die während eines Experimentes beobachtet wurden.

Fig. 6 ist eine Aufzeichnung einer durchziehenden Kaltfront und zeigt auch die Aufzeichnung von Wind und Temperatur.

Fig. 7 zeigt einen horizontalen Ausfluß kontinentaler Luft auf das Meer und

Fig. 8 zeigt eine Aufzeichnung aufbrechender Wellen in einer Strahlungsinversion.

109827/0802

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 erkennt man eine Anzahl von Gebern, die an einer horizontalen oder nahezu horizontalen Fläche angeordnet sind. Die Geber sind in vier Gruppen 1,2,3 und 4- angeordnet, damit sie in Intervallen starke Impulssignale aufwärts senden können. Zwischenwände 5 aus Holz oder anderem Material,die sich nach oben und außen erheben, bilden Boxen, die zur Reduzierung der Grundreflektion dienen. Das erzeugte Signal kann an alle Geber der Anordnungen angelegt und von allen Gebern empfangen werden; andere Versionen dieses Schemas sind auch möglich,und zwar insbesondere zur Bestimmung der Windrichtung.

Wenn in dieser Beschreibung das Wort "Geber" gebraucht wird, so sei damit Jede Vorrichtung gemeint, mit welcher sich elektrische Energie in physikalische Bewegung umwandeln läßt.

In einem Versuchsaufbau wurde eine Anordnung von 196 Stück 8-inch-Lautsprechern 6 in den Boxen verwendet, welche eine Spitzenimpulsleistung von 500 Watt abgeben. Zum Wetterschutz wurden dünne Plastikfolien über die Lautsprecher ausgespannt.

Anstelle einer übertragenen Einzelfrequenz können Frequenzbänder benutzt werden, wie beispielsweise das mehrfrequente "Zirpen*, welches man in der Radar-Technik benutzt.

Solch ein System kann, einfach als ein akustisches Radarsystem benutzt werden, welches die Höhe von Zielen, wie etwa einer Temperaturumkehr aufzeichnet. Wesentlich mehr Daten aber können durch ein System beobachtet werden, wie es unter spezieller Bezugnahme auf die Fig.2 gezeigt ist, wo die Messung der Hauptwindgeschwindigkeit und der Rich-

109827/0802

tung durch die Benutzung der Empfangswinkeltechnik durchgeführt wird.

In diesem System gelangt aufwärts gerichtete und von der Turbulenz zum Ausgangspunkt zurückgestreute Energie unter einem Vertikalwinkel zurück, welcher eine Funktion der Hauptwindgeschwindigkeit zur (Turbulenzζone ist. Dieser kleine Winkel kann in den folgenden Empfängern gemessen werden zur Ermittlung eines Parameters, der eine Funktion der Hauptwindgeschwindigkeit ist. Unter Benutzung von vier Gebergruppen 1, 2, 3 und 4, wie Fig. 1 zeigt, werden zunächst alle vier in der Betriebsart "Senden" betätigt,wobei eine Relaisgruppe 6 zur Umschaltung von "Senden" auf "Empfangen" benutzt wird. In der Betriebsart "Empfangen" ist jede der vier Gruppen 1, 2, 3 und 4 mit einem separaten Mehrfaeh-Koppler 7 verbunden, deren jeder, wie Fig. 2 zeigt, drei Ausgänge aufweist.

In der Betriebsart "Senden" werden die Geber oder Wandler durch einen akkustischen Sender 8 betätigt, der durch einen Generator 9 getastet wird.

In der Betriebsart "Empfang** werden die Ausgänge wie folgt kombiniert: 1+2+3+4, 1+2, 3+4; 2+3 und 1+4.

Die Amplituden-Information (Aufbau und Höhe der Turbulenz etc)wird durch die Kombination 1+2+3+4 erreicht und über einen akkustischen Empfänger 11 in üblicher Weise zur Überprüfung der zu messenden Atmosphäre mittels eines Faksimile-Schreibers aufgezeichnet.

Die Zeitverzögerung oder Phasendifferenz zwischen den Ausgängen 1+2 und 3+4 ist eine Funktion der NS-Komponente des Windes und wird in dem N-S-Geschwindigkeitsdetektor 12 gemessen. Ähnlich werden die Ausgänge 2+3 und 1+4 in dem W-O-Geschwindigkeitsdetektor 13 zur Erzielung der W-O-

109827/0802

_ 9 Komponente der Windgeschwindigkeit gemessen.

Um dies zu erreichen, ist der Ausgang 1+2 mit einem Mischer 14- verbunden und durch einen Festoszillator 15 in der Frequnz verändert. Die Zwischenfrequenz gelangt über einen Verstärker und einen Begrenzer 17 an einen Phasendetektor 16.

Der Ausgang 3+4- ist mit einem Mischer 18 verbunden und wird durch einen Oszillator 19 veränderlicher Frequenz in der Frequenz verändert. Der Ausgang des Mischers 18 gelangt über einen Verstärker und Begrenzer 20 an den Phasendetektor 16. Der Ausgang des Phasendetektors 16 wird durch einen Tiefpaß 21 gefiltert und zur Steuerung der Frequenz des Oszillators 19 herangezogen. Wenn die beiden Eingänge 1+2 und 3+4- in Phase sind (kein Wind) , wird die Ausgangsgröße des Detektors 16 Null und Frequenz und Phase der Oszillatoren 15 und 19 werden gleich. Liegt Wind vor,so er-scheint die Phasendifferenz in der Phasendifferenz zwischen den Oszillatoren 15 und 19 und diese Phase, die ein Maß für die Hauptwindgeschwindigkeit ist, wird in dem linearen Phasendetektor 22 gemessen und auf einem Anzeige-Instrument 23 oder einem ähnlichen Analog-Aufζeichner abgelesen.

Ein ähnliches System umfaßt der W-O Geschwindigkeitsdetektor 13ϊ wodurch eine Windzusammensetzung gelesen werden kann, was Schlüsse auf die Richtung zuläßt.

Nun sei auf die Form der Vorrichtung Bezug genommen, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Ein parabolförmiger Reflektor 27t äer ^aus geeignetem Material von ausreichender Dichte zur Erzielung guter akkustischer Reflektionseigenschaften, wie etwa Beton, geformt ist und im Brennpunkt einen an Stäben 28 gehaltenen Wandler 29 aufweist, der aus einem Lautsprecher 30 und einem Horn 31 bestehen kann, ist hier

109827/0802

- ίο -

dargestellt. In kurzen Abständen werden Schallwellen-Impulse durch den Wandler erzeugt und, wie durch die Linien 52 angedeutet, senkrecht nach oben in die Atmospähre reflektiert; der reflektierte Schall aus der Atmosphäre wird, wie schematisch durch die Linien 35 dargestellt, gesammelt.

Der Wandler 29 ist mit einer geeigneten,pulsgetasteten Schallquelle verbunden und empfängt auch die zurückgeworfenen Schallwellen und bringt sie zu einem Aufzeichnungsgerät, welches die Zeitintervalle und die Intensität aufzeichnet, die ein Maß für die Höhe von Inversionsschichten oder der·gleichen und die Intensität der Störung darstellen.

Das System ist grundsätzlich nicht auf eine senkrechte Ausrichtung angewiesen} Fig. 4- zeigt, wie zwei Wandler A und B derart unter einem Vertikalwinkel angeordnet sind, daß ein vom Wandler A erzeugtes Signal bei seiner Rückkunft sowohl im Punkte A, als auch im Punkte B ausgewertet werden kann. Auf diese Art kann die Doppier-Technik benutzt werden, um eine radiale Windgeschwindigkeit aufzudecken.

Beispiele von Resultaten, welche durch die allgemeinen Systeme der oben beschriebenen Art erzielt wurden, sollen nun erläutert werden; sie sind in den Fig. 5-8 dargestellt.

Beispiel 1 (Fig. 5)

Dieses Beispiel demonsfcfeiert die Aufzeichnungen, die beobachtet wurden, wenn thermische Schichten in der Atmospähre vorhanden sind.

109827/0802

In diesem Falle zeigte sich eine ziemlich gleichförmige Verteilung der Wiederkehr innerhalb der Gruppe von Schichten und die Echogruppen waren am Grund hart und breit aber ließen nach oben hin nach und verjüngten sich bis zu einem Punkt, wo sie völlig aufhörten. Sie waren bis zum Vollausschlag des Instrumentes (300 m) ausgebreitet und wurden von Bereichen abgebauter oder nicht mehr wahrnehmbarer Echos umgeben. Die Dauer der Schichten war unterschiedlich und bewegte sich in einem Bereich von 10 Sek. bis zu 2 Minuten, was bei dem vorherrschenden Wind, eine horizontale Ausdehnung von 70 bis 840 m ausmacht. Solche Schichten wurden während des Tages von 1100 bis 1p00 CST (= zentralamerikanische Ortszeit) beobachtet, erreichten eine maximale Auftritthäufigkeit von 30 bis 40 pro Stunde während der heißesten Tageszeit und verschwanden schnell, als die Temperatur am Boden zum Abend hin zu sinken begann.

Dieses Beispiel zeigt, daß die starken Echos den Reflektionen kurzfristiger Temperatureinbrüche entsprechen, die durch ther mische Convektion innerhalb des Kerns oder des superadiabatischen Bereiches der Schicht erzeugt sind.

Dieses Beispiel zeigt Ergebnisse, die bei einem Versuch am äußersten sudwestlichen Punkt der Insel Kangaroo in Südaustralien gewonnen wurden. Hieran kann man den Temperaturaufbau bei Ozeanumgebung studieren, wenn warme, trockene Ostluft vom Lande her über die See zieht. Der Aufstellungsort war auf einer nahegelegenen Halbinsel, welche mit 50 bis 60 m hohen Kliffen in die See hineinragt und eine recht gute Annäherung einer ozeanischen Umgebung darstellt. Ein Windmesser, eine Windfahne und ein Temperaturfühler waren in einer Höhe von 8 m über der Oberfläche angeordnet.

Am 8. Dezember 1968 lag das Zentrum des Hochdruckbereiches

109827/0802

über Tasmania und West- auf Nord-Ost-Winde bliesen vom Kontinent her zu der Insel. Eine Ni ed er druck-Rinne lag nach Westen hin in der großen australischen Bucht und bewegte sich in Richtung der Insel.

Die gezeigte Schallaufzeichnung wurde vor, während und nach dem Durchzug der Führungskante der Front gemacht. Sie kann in drei Zeitabschnitte eingeteilt werden, und zwar 04-35-04-55, 04-55-0508 und O5O8-O515 CST.

In der ersten Periode kam der Wind an der Erdoberfläche von Osten und pendelte zwischen 2 und 12 m/s. Die mittlere Temperatur in 8m Höhe betrug 16°C und bewegte sich zwischen 15 0 und 20 C. Der Charakter der Temperaturaufzeichnung war sehr spitzig und zeigte Warmlufteinbrüche, die von oben her in die Kaltluft der Oberfläche eingeführt wurden.

Im Bereich 04-55-0508 CST wuchs die mittlere Windgeschwindigkeit an und der Wind wendete von Osten auf Nordosten. Die Temperatur stieg rapide und die Aufzeichnung zeigte weiterhin spitzigen Charakter. Die Schallaufzeichnung zeigt, daß die Tiefe der turbulenten Mischung während dieser Zeit von 200 m auf etwa 50 m abnahm. Die vertikalen Schlieren auf der Aufzeichnung wurden durch mechanische Vibration durch harte Windstöße in der Luft verursacht. Die folgende Erläuterung bezieht sich auf die Schallaufzeichnung bis O5O8 OST. Von 04-35-04-55 GST wurden die unteren 200 m der Luft, welche sich vom Kontinent her horizontal zur See bewegten, durch turbulente Mischung abgekühlt. Die Tiefe dieser Misch-Schicht ist durch die Schallaufzeichnung klar gezeigt als Rückstrahlung von den Temperaturwechseln innerhalb der turbulenten Luft. Die Böenhaftigkeit des Windes und der Spitzenverlauf der Temperaturaufzeichnung zeigen, daß

109827/0802

Luft aus einer Höhe von 200 m entgegen den aufsteigenden Kräften (bouyancy forces) abwärts eingebracht wurden« Bei 04-55 OST war die Kaltluft an der Oberfläche vollständig aufgezehrt und die Charakteristik der warmen, darüberziehenden Luft beherrschte augenscheinlich die Oberflache.

Die Führungskante der Front passierte den Aufstellungsort um O5O8 CST, wobei die Windgeschwindigkeit merklich nachließ und die Windrichtung auf Südwest umsprang, während die Temperatur rapide absank (noch etwas pberhalb der Seetemperatur von 14 C) und nur noch geringe Änderungen zeigte. Der Druck stieg rasch um 0,03 inch ( = 0,76 mia). Das Anwachsen der Höhe der Luftmassen-Grenzschicht ist aus der Schallaufzeichnung zu entnehmen,als schräglaufendes Band von Rückläufen von der turbulenten Mischzone durch die Grenzschicht. Man bemerke den relativ klaren Bereich unterhalb der Grenzschicht im Gegensatz zu dem ausgefüllten Bereich unterhalb 200 m von 0435 - O45O CST.

Beispiel 3 ( Fig. 7)

Am 11.Dezember 1968 blies der Wind in dem oben bezeichne- % ten Gebiet mit 8 Knoten aus dem Nordosten vom Festland her. Unter diesen Umständen hatte die Luft einen langen Weg über den Kontinent und es trat eine beträchtliche Erwärmung auf. Die Oberflächentemperatur an dem Kap betrug 18⁰C und es wurden nur geringe Änderungen in der Größenordnung von 0,5⁰C aufgezeichnet. Entsprechend wurden auch nur geringe Änderungen der Windgeschwindigkeit registriert,Der Hochdruckbereich lag mit seinem Kern über Tasmania und als die in Fig. 7 gezeigte Aufzeichnung erfolgte, war der Druck stetig. Der Bereich oberhalb von. 120 m war rein von akustischen Rückläufern, was einer etwa laminaren Strömung in dieser Höhe ent-

109827/0802

spricht. Die gut festliegende obere Grenze des turbulenten Mischbereiches (Oberbereich der Temperaturinversion) ist zu sehen; auch erkennt man eine gut umrissene untere Grenze zu der Zone heftiger Mischung zwischen der unteren Meeresluftmasse und der oberen Kontinentalluftmasse. Die Rückstrahlungen im Bereich der Meeresluftlasse rühren vermutlich von der Aufwärtsmischung der Kaltluft von der Meeresoberfläche. Man bemerke die klaren Bereiche sofort unterhalb der Temperaturinversion. Dies bedeutet , daß der Luftfluß an diesen Stellen aufwärts zu der Inversionszone gerichtet war. Die sinusförmige Bewegung der Inversionsschicht ist zwischen 1813 und 1826 CST besonders gut ausgeprägt.

Beispiel 4- (Fig. 8)

Diese Aufzeichnung entstand im Winter am 29·April 1969» als sich bei Salisbury in Südaustralien über Nacht eine starke Strahlungsinversion gebildet hatte. Die Maximaltemperatur des vorangegangenen Tages erreichte 24-⁰C und die Minimaltemperatur von 9 C wurde um 04-00 CST am 29.4-. 1969 auf gezeichnet. Der, Taupunkt wurde um 0200 CST am 29«4-.1969 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt war der Wind in 10 m mit 1 m/sec sehr schwach und kam aus dem Norden. Während des vorangegangenen Tages blies ein leichter Nordbis Nordwestwind. Der akustische Wandler war in einem offenen, flachen Feld aufgestellt und die nächstgelegenen Bämme, Gebäude oder dergl· waren 500 m entfernt. Das bedeutendste Merkmal dieser Aufzeichnung sind die abreißenden Schwerkraftwellen (breaking gravity wares), die sich in einer Höhe zwischen 100 und 230 m bei etwa 0225 CST zeigen.Währerd dies ein selten gutes Beispiel der abreißenden Wellenstruktur ist,können die charakteristi-

109827/0802

sehen Fischgrätenlinie (linie der negativen Schleife),die gewundene Amplitude der Welle, der V-förmige Zwischenbereich zwischen der Fischgräten-Linie und der Linie der positiven Schleife, und der relativ klare Bereich unterhalb der Amplitude der Welle in vielen Aufzeichnungen identifiziert werden, die unter der Bedingung von schwachem Wind· und einem beständigen Temperaturprofil aufgezeichnet wurden.

Aus dem Gesagten möge hervorgegangen sein, daß die Erfindung eine merkliche Verbesserung zur Ermittlung von Zuständen in der Troposphäre bringt, wobei die durch Benutzung eines akustischen Wandlers gewonnene Information zur Anwendung auf den verschiedensten Gebieten geeignet erscheinen läßt, einschließlich solcher Anwendungen, wo Zustände in der Luft, wie etwa das Vorhandensein von Nebel,Rauch und dergl. von Bedeutung ist.

Patentansprüche 109827/0802

Claims

Patentansprüche ί

T) Verfahren zum Aufzeichnen atmosphärischer Zustände, gekennzeichnet durch das Aussenden aufwärtsgerichteter, periodischer Impulse akustischer Energie auf einem bestimmten Frequenzband und mit einem Wiederholungsintervall, der länger ist, als zum Empfang eines von einem Ziel reflektierten Signales notwendig, das Empfangen der reflektierten Energie und das Aufzeichnen der Zeit und/oder der Intensität und/oder der Dauer und /oder der Richtung der zurückkommenden Energie·
2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch geke nnzeichnet, daß die reflektierte Energie zur Erzeugung einer akustischen Radaraufzeichnung, welche die Höhe des Zieles Turbulenz zeigt, in der Amplitudenrelation zum Zeitablauf eines Tages mit einem Faksimileschreiber aufgezeichnet wird.
3) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch geke nnzeichnet , daß zur Anzeige der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung mittels des Dopplereff-ektes der Ankunftswinkel der zurückkomenden Energie relativ zur Sendequelle aufgezeichnet wird.
4-) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gek ennzeichnet , daß mehrere akustische Wandleranordnungen benutzt werden, die wechselweise von Senden auf Empfangen umgeschaltet werden und daß die Ausgangssignale der Anordnungen zur Ermittlung der mittleren Verschiebung des Zieles beim Empfang zumindest teilweise unabhängig voneinander analysiert werden.

109827/0802
5) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere akustische Wandleranordnungen benutzt werden, die wechselweise von Senden auf Empfangen umgeschaltet werden und daß in der Betriebsart Senden alle Einheiten gemeinsam betätigt werden und daß in der Betriebsart Empfang die Ausgangssig'nale der An-Ordnungen gemeinsam mit einem Amplitudenschreiber verbunden werden, aber die Ausgangssignale einzelner Anordnungsgruppen zur Ermittlung der Windgeschwindigkeit und der Windrichtung unabhängig voneinander analysiert werdeno
6) Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß das Senden und Empfangen monostatisch erfolgt.
7) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gek enn zeichnet , daß das Senden und Empfangen bistatisch erfolgt.
8) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gek enn zeichnet , daß das Signal etwa bei 950 Hz und einer Wiederholung von ungefähr 0,5 Impulsen pro Sekunde liegt.
9) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Signal durch einen Wan eier erzeugt und seine Reflektion empfangen wird, der im Brennpunkt eines parabol-

förmigen Reflektors angeordnet ist·
10) Vorrichtung zur Aufzeichnung atmosphärischer Zustände, wie etwa Inversionsschichten, Windgeschwindigkeiten oder Windrichtungen, g e k e η η zeich-

108827/0802

net durch· einen Wandler zur Abstrahlung von akustischen Energieimpulsen auf einem ausgewählten Frequenzband sowie Mittel zum Empfang und Aufzeichnen der vom Ziel reflektierten Energie .
11) Vorrichtung nach Anspruch 10,dadurch gekennzeichnet , daß der Wandler aus einer oder mehreren Lautsprecher-Gruppen besteht,die auf das Zielgebiet ausgerichtet sind und daß Mittel zum alternativen Umschalten der Lautsprecher von Sende- auf Empfangsbetrieb mit einer zwischenzeitlichen Verzögerung vorgesehen sind, wodurch diese Gruppen akustische Energie in die Amtmosphä·» re senden und reflektierte Energie empfangen.
12) Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Gruppen vorhanden sind, die im Sendebetrieb * gemeinsam betätigt, aber im Empfangsbetrieb selektiv mit Anzeigemitteln verbunden werden, wodurch sowohl Verschiebungen des Zieles als auch seine Entfernung und die Intensität der reflektierten Energie aufgezeichnet werden·
13) Vorrichtung nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet , daß zur Aufzeichnung der Dopplerverschiebung im bistatischen und/oder monostatischen Betrieb unter Winkeln mehrere Anordnungen in räumlicher Entfernung voneinander und unter einem Winkel angeordnet sind.

14·) Vorrichtung nach Anspruch 10 ,dadurch gekennzeichnet , daß der Wandler im Brennpunkt eines Paraboloids angeordnet ist, und daß

109827/0802

Mittel zum alternativen Schalten desselben auf Sende- oder Emp fang s"b et rieb und Mittel zum Anlegen eines Signales an den Wandler im Sendebetrieb und Mittel zum Aufzeichnen der reflektierten Energie, die im Empfangsbetrieb durch den Wandler empfangen wird, vorgesehen sind.

109827/0802