DE3536659A1

DE3536659A1 - Vorrichtung zur wolkenhoehenmessung

Info

Publication number: DE3536659A1
Application number: DE19853536659
Authority: DE
Inventors: Frank Dr.-Ing. 2000 Hamburg Früngel; Eberhard Dipl.-Ing. Gelbke; Horst Dipl.-Phys. 2082 Uetersen Hüttmann
Original assignee: Impulsphysik 2000 Hamburg GmbH; Impulsphysik GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1984-12-27
Filing date: 1985-10-15
Publication date: 1986-07-03
Also published as: GB2170973A; SE8505331D0; US4722599A; SE8505331L; CA1247723A; SE460156B; GB8531629D0; DE3536659C2

Description

Vorrichtung zur Wolkenhöhenmessung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wolkenhöhenmessung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Vorrichtungen dieser Art sind aus der CH-PS 628 139 und der DE-PS 29 24 490 bekannt. Die bekannten Vorrichtungen geben als Wolkenhöhe bzw. -höhen den oder die Höhenwerte an, die dem bzw. den grössten gespeicherten Signalwerten zugeordnet sind. Sie arbeiten solange einwandfrei, als kein Niederschlag auftritt. Wenn es regnet oder schneit, werden die vom Sender ausgesandten Lichtimoulse nicht nur von der oder den Wolken sondern auch von den Regentropfen bzw. Schneeflocken zurückgestreut. Die dadurch entstehenden Signalwerte können dabei grosser als die den Wolken entsprechenden Signalwert sein. Bei den bekannten Geräten besteht deshalb die Gefahr, dass während Niederschlagen eine falsche Wolkenhöhe angezeigt wird.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Wolken vom Niederschlag zu unterscheiden.

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Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand des Patentanspruchs 1.

Mit dem Patentanspruch 4 wird zusätzlich die Aufgabe gelöst, einen Niederschlag anzuzeigen.

Im folgenden werden anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Wolkenhöhenmessung mit dem Lichtimpulsweg zwischen der Vorrichtung und einer Wolke,

Fiq. 2 ein Blockschema der Vorrichtung,

Fig. 3 ein vereinfachtes Flussdiagramm des Betriebsprogramms der Auswertungseinrichtung der Vorrichtung ,

Fig. 4a Diagramme der im Programmablauf gemäss dem Fluss bis 4e diagramm von Fig. 3 erhaltenen Funktionen Fl, FZ, F3, F5, F6 im Fall der Detektion einer Wolke bei Niederschlag, und

Fig. 5a, Diagramme der Funktionen Fl, F2, F3 im Fall 5b der Detektion einer Wolke ohne Niederschlag.

Die dargestellte Vorrichtung arbeitet grundsätzlich nach dem gleichen Messprinzip wie die in der CH-PS 628 139 und der DE-PS 29 24 490 beschriebenen Vorrichtungen. Die für die Messung erforderlichen Einheiten der Vorrichtung und deren Funktion werden deshalb im folgenden, soweit mit den bekannten Einheiten übereinstimmend, nur kurz erläutert.

Die Vorrichtung hat einen aus einem Diodenlaser-Array bestehenden Sender 1, der von einer Steuereinheit 2 gesteuert periodisch kurze Lichtimpulse 3 hoher Anstiegssteilheit aussendet. Ein (nicht dargestellter) Thermostat sorgt dafür, dass die Betriebstemperatur des Laser-Arrays konstant ist. Die Steuereinheit 2 überwacht die Lichtausgangsleistung des Laser-Arrays mittels eines Photodetektors 4 und regelt die Amplitude der das Laser-Array betreibenden Stromimpulse so, dass die Lichtausgangsleästung konstant ist. Die Lichtausgangsleistung ist dabei so klein bemessen, dass man beim Betrieb des Laser-Arrays ohne Gefahr für die Augen in die Sendeoptik hineinschauen kann. Die von der Wolke reflektierten Lichtimpulse 5 werden von einem einen Photodetektor aufweisenden Empfänger 6 empfangen und über einen Verstärker 7 und einen Analog-Schalter 8 auf einen Integrator 9 gegeben. Der Analog-Schalter 8 bildet zusammen mit seiner Steuereinheit 10 eine Gating-Einrichtung, welche das Ausgangssignal des Verstärkers 7 während Zeitschlitzen durchlässt, die in bezug auf die Aussendung der Lichtimoulse 3 zeitlich verschoben sind. Der Integrator 9 integriert jeweils über eine vorbestimmte Anzahl Zeitschlitze mit gleicher zeitlicher Verschiebung in bezug auf die Aussendung der Lichtimpulse 3. Sein integriertes Signal wird mittels eines Analog/Digital-Wandlers 11 in einen digitalen Signalwert umgewandelt und über ein Interface 12 an einen mit einem Datenspeicher 13 ausgerüsteten Mikroprozessor 14 gegeben. Nach der Integration über die vorbestimmte Anzahl Zeitschlitze speichert der Mikroprozessor 14 den integrierten Signalwert im Datenspeicher 13 und stellt den Integrator 9 auf Null zurück. Anschliessend steuert der Mikroprozessor 14 die Gating-Einrichtung 8, 10 so, dass der Zeitschlitz eine geringfügig grössere zeitliche Verschiebung in bezug auf die Aussendung der Lichtimpulse 3 hat und der Integrator 9 integriert wiederum über die vorbestimmte Anzahl

Zeitschlitze. In dieser Weise speichert der Mikroprozessor 14 die integrierten Signalwerte geordnet nach der durch die zeitliche Verschiebung der Zeitschlitze gegebenen Höhe H im Datenspeicher 13. (Die einem Signalwert zugeordnete Höhe ist das Produkt aus der zeitlichen Verschiebung des dem Signalwert zugeordneten Zeitschlitzes und der halben Lichtgeschwindigkeit.)

Die Fenster 20, 21, durch welche die Lichtimpulse 3 und 5 ausgesandt und empfangen werden, sind mit einer Scheibenheizung 22 versehen. Ausserdem ist ein Gebläse 23 vorgesehen, dass so angeordnet ist, dass der Luftstrom horizontal über beide Fenster 20, 21 hinwegstreicht. Die Scheibenheizung 22 wird eingeschaltet, wenn ein Temperaturfühler 28 anzeigt, dass die Temperatur unter dem Gefrierpunkt liegt. Das Gebläse 23 wird eingeschaltet, wenn der Mikroprozessor 14 wie weiter unten erläutert, bei der Auswertung der Messergebnisse Niederschlag feststellt. Die Scheibenheizung 22 und das Gebläse 23 verhindern, dass Regentropfen oder Schneeflocken die Transmission der Lichtimpulse 3 und 5 durch die Fenster 20, 21 beeinträchtigen. Dadurch, dass das Gebläse 23 nicht dauernd sondern nur bei Niederschlag eingeschaltet wird, ist der Stromverbrauch gering und die Lebensdauer des Gebläses gross . Um eine Beeinträchtigung der Transmission infolge Verschmutzung der Fenster 20, 21 festzustellen, ist ein Photodetektor 25 vorgesehen, der vom Fenster 20 reflektierte Lichtimpulse 3 detektiert. Das vom Photodetektor 25 detektierte Signal steiqt mit der Verschmutzung des Fensters 20 an und der Mikroprozessor 14 gibt über eine Eingabe/Ausgabe-Steuereinheit 26 an eine Anzeigevorrichtung 27 einen Befehl zur Anzeige "Fenster reinigen", wenn das Ausgangssignal des Photodetektors 25 einen bestimmten Schwellwert überschreitet. Der Befehl zur Anzeige "Fenster reinigen" wird je-

doch gesperrt, solange der Mikroprozessor 14 Niederschlag feststellt, da in diesem Fall das vom Photodetektor 25 detektierte Signal von auf dem Fenster 20 befindlichen Regentropfen oder Schneeflocken verursacht sein kann, die vom Gebläse 23 bzw. der Scheibenheizung 22 selbsttätig entfernt werden.

Die Sende- und Empfangsoptik 28, 29 (Fiq. 1) sind nebeneinander angeordnet, so dass das vom Sender 1 ausgesandte Strahlenbündel 3 und das vom Empfänger 6 empfangene Strahlenbündel 5 einander mit zunehmender Höhe immer stärker überlappen. Im untern Höhenmessbereich gelangen die ausgesandten Lichtimpulse 3 nur durch Mehrfachstreuung (Multiscatter) zurück in den Empfänger 6. Deshalb sind die empfangenen Signale im unteren Höhenmessbereich klein und werden mit zunehmender Höhe wegen der grosser werdenden Ueberlappung der beiden Strahlenbündel 3, 5 und damit der zunehmenden direkten Zurückstreuung bzw. Reflexion grosser, wobei sie aber mit steigender Höhe entsprechend dem quadratischen Abstandsgesetz wieder abnehmen. Um diese Unterschiede auszugleichen, kann die Anzahl der Zeitschlitze, über welche der Inteqrator 9 jeweils integriert, vom Mikroprozessor 14 in Abhängigkeit von der Höhe, d.h. der zeitlichen Verschiebung der Zeitschlitze in bezug auf die Aussendung der Lichtimpulse 3 so geändert werden, dass die Grosse des integrierten Signalwerts bei konstanten atmosphärischen Bedingungen über den ganzen Höhenmessbereich konstant ist.

Der Mikroprozessor 14 bildet die Auswertungseinrichtung der dargestellten Vorrichtung. Das Betriebsprogramm des Mikroprozessors 14 für die Auswertung wird weiter unten anhand des vereinfachten Flussdiagramms von Fig. 3 näher erläutert. Es basiert auf folgenden, der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnissen: Wenn man die im Daten-

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speicher 13 nach der Höhe geordnet gespeicherten, integrierten Signalwerte in Abhängigkeit der Höhe aufträgt, so erhält man bei einer im Messbereich liegenden Wolke im Falle von Niederschlag zum Beispiel die in Fig. 4a dargestellte Funktion Fl(H) und ohne Niederschlag z.B. die in Fig. 5a dargestellte Funktion Fl(H). Es hat sich gezeigt, dass die Erhebungen der Funktion Fl(H) sowohl durch Wolken als auch durch Niederschlag bedingt sein können, wobei die Grosse der Spitzenwerte (Maxima) der Erhebungen nichts darüber aussagt, ob die betreffende Erhebung durch eine Wolke oder durch Niederschlag bedingt ist. Erfindungsgemäss wurde nun erkannt, dass eine durch eine Wolke bedingte Erhebung sich von einer durch Niederschlag bedingten Erhebung dadurch unterscheidet, dass sie eine steile Anstiegs- und vor allem auch eine stelle Abstiegsflanke hat. Das ist vermutlich physikalisch dadurch zu erklären, dass die Dichte der Wassertropfen in der Wolke grosser ist als im herabfallenden Niederschlag. Ausgehend von dieser Erkenntnis, besteht das Prinzip der erfindungsgemässen Auswertung darin, die Funktion Fl(H) zu glätten, die geglättete Funktion zu differenzieren und das oder die Maxima und Minima der differnzierten Funktion zu bestimmen. Ein aufeinanderfolgendes Maximum/Minimum-Paar zeigt dann eine Wolke an, falls das Maximum und das Minimum einen bestimmten, experimentell festgelegten, konstanten Schwellwert Cl, C2 überschreitet bzw. unterschreitet. Um sicherzustellen, dass das Maximum-Minimum-Paar nicht durch zufälligelntegration hoher Rauschsignale bedingt ist, kann zusätzlich geprüft werden, ob sich die ursprüngliche, durch die Messung erhaltene Funktion Fl(H) auf der Höhe des Maximum/Minimum-Paars ausreichend über das Rauschen hinaus erhebt.

Das Betriebsprogramm der Auswertungseinrichtung des Mikroprozessors 14 beginnt gemäss dem Flussdiagramm von Fig. 3 mit der Eingabe 30 der im Datensoeicher 13 nach der Höhe H geordnet gespeicherten integrierten Signalwerte, aus denen sich z.B. die in Fig. 4a dargestellte Funktion Fl(H) ergibt. In einem zweiten Programmschritt 31 wird die Funktion Fl(H) geglättet. Die glatte Funktion ist mit F2(H) bezeichnet und in Fig. 4b dargestellt. Diese glatte Funktion F2(H) wird im nächsten Schritt 32 nach der Höhe H differenziert, wobei die in Fig. 4c dargestellte, differenzierte Funktion F3(H) erhalten wird. Im folgenden Programmschritt 33 werden nun die drei grössten Maxima, d.h. die drei grössten positiven Amplituden F3max . und die drei kleinsten Minima, d.h. die drei grössten negativen Amplituden F3min^ der differenzierten Funktion F3(H) bestimmt. (Die Bestimmung von mehr als drei Wolkenlägen ist in der Praxis nicht von Interesse.) Anschliessend wird mit einem logischen Entscheidungsschritt 34 geprüft, ob die drei Maxima F3max . grosser als der experimentell vorbestimmte, konstante Schwellwert Cl, und ob die drei Minima F3min, kleiner als der Schwellwert C2 sind. Die Maxima und Minima F3max, und F3min., die grosser bzw. kleiner als die Schwellwerte Cl, C2 sind, werden im Entscheidungsschritt 34 weiter daraufhin geprüft, ob sie entsprechenä ihren zugeordneten Hohen in der Reihenfolge Maximum/Minimum/Maximum usf. aufeinanderfolgen. Dabei wird zuerst geprüft, ob der der kleinsten Höhe zugeordnete Wert ein Maximum oder ein Minimum ist. Ist er ein Minimum, so wird er gelöscht* Ist er ein Maximum, so wird geprüft, ob der der nächstgrösseren Hohe zugeordnete Wert ein Maximum oder Minimum ist. Ist der letztere Wert wieder ein Maximum, so wird das erstgenannte Maximum gelöscht. 1st der der näehstgrösseren Höhe zugeordnete Wert ein Minimum, so wird der Höhenbereich des Maximüm/Minimum^Paares F3max/

ORIGINAL INSPECTED

F3min gespeichert. Folgt auf das Minimum ein weiteres Minimum, so wird das letztere gelöscht. Folgt ein Maximum, so wird geprüft, ob auf dieses Maximum wieder ein Minimum folgt; und wenn ja, wird auch der Höhenbereich dieses zweiten Maximum/Minimum-Paars F3max/F3min gespeichert. Im Ergebnis wird mit dem Entscheidungsschritt 34 festgestellt, ob ein oder mehrere in bezug auf die Höhe aufeinanderfolgende Maximum/Minimum-Paare F3max/ F3min vorliegen, die grosser als die Schwellwerte Cl und C2 sind, und es werden die diesen Paaren zugeordneten Höhenbereiche gespeichert.

Um den Entscheidungsschritt 34 noch am Beispiel von Fig. 4c zu erläutern, wird in diesem Beispiel angenommen, dass die drei Maxima F3max.., F3max₂, F3ir.ax- grosser als der Schwellwert Cl urd die drei Minima FSmIn₁, F3min₂, F3min₃ kleiner als der Schwellwert C2 sind, die Schwellwerte Cl, C2 also sehr klein gewählt sind. (In der Praxis sind die Schwellwerte Cl, C2 grosser gewählt, so dass nur die die effektive Wolke anzeigenden Werte F3max₂ und F3min. die Schwellen überschreiten.) Bei der Prüfung der Reihenfolge der sechs Maxima und Minima ergibt sich: Der erste Wert F3max. ist zwar ein Maximum, er wird aber gelöscht, weil der nächstfolgende Wert F3max_ wieder ein Maximum ist. Auf das Maximum F3max₂ folgt F3min. , also ein Minimum. Somit wird der dem Paar F3max₂/F3min, zugeordnete Höhenbereich gespeichert. Auf dieses Paar folgt ein weiteres Maximum/Minimum-Paar F3max-/F3min₂ , dessen Höhenbereich ebenfalls gespeichert wird. Auf das Minimum F3min₂ folgt das Minimum FSmin^, das gelöscht wird.

Wenn im Entscheidungsschritt 34 kein Maximum/Minimum-Paar ermittelt wird, heisst das, das keine Wolke registriert wird. In diesem Fall folgt auf die "nein"-Entscheidung des Schritts 34 ein Programmschritt 35, bei

dem die glatte Funktion F2(H) über die Höhe integriert und im nächsten Entscheidungsschritt 36 geprüft wird, ob das Integral F5 grosser als ein experimentell bestimmter Schwellwert C3 ist. Wenn ja, bedeutet das, dass ohne Vorliegen einer Wolke eine starke Rückstreuung der ausgesandten Lichtimpulse 3 zum Empfänger 6 stattgefunden hat, dass also Niederschlag vorliegt. Der Mikroprozessor 14 gibt dann einerseits über die E/A-Steuereinheit 26 einen Anzeigebefehl 37 an die Anzeigevorrichtung 27, die anzeigt: "Keine Wolke registriert - Niederschlag" und andererseits einen Einschaltbefehl 38 an das Gebläse 23. Wenn nein, wenn also F5 kleiner als C3 ist und somit kein Niederschlag vorliegt, wird ein Ausschaltbefehl 39 an das Gebläse 23 gegeben und der Anzeigevorrichtung 27 der Anzeigebefehl 40 erteilt: "Keine Wolke registriert".

Wenn im Entscheidungsschritt 34, wie im Beispiel von Fig. 4c, ein oder mehrere Maximum/Minimum-Paare F3max/ F3min festgestellt werden, ist zu vermuten, dass auf der Höhe des oder jedes Maximums eine Wolke vorliegt. Mit den folgenden Programmschritten 41 bis 49 wird geprüft, ob Niederschlag vorliegt und ob an den den Maxima zugeordneten Höhen Signalwerte der Funktion Fl(H) vorliegen, die sich ausreichend über das Rauschen erheben und dadurch das Vorliegen einer Wolke bestätigen. Im Schritt 41 wird eine Funktion F4(H) gebildet, die mit der glatten Funktion. F2(H) übereinstimmt, bei der jedoch die Funktionsintervalle der Funktion F2(H), die in den den Maximum/Minimum-Paaren F3max/F3min zugeordneten Höhenbereichen liegen, je durch einen linearen Funktionsteil ersetzt sind. Die Kurve F4(H) unterscheidet sich von der Kurve F2(H) also dadurch, dass die Kurventeile (Erhebungen) von F2(H), die in den durch die

F3max/F3min-Paare definierten Höhenbereichen liegen, weggelassen sind, und die entstandenen Lücken je durch eine Gerade überbrückt sind.

Zur Feststellung von Niederschlag wird die Funktion F4(H) im nächsten Programmschritt 42 über den ganzen Höhenmessbereich integriert und der Integralwert bei der maximalen Höhe des Messbereichs F5(Hmax) im folgenden Entscheidungsschritt 43 mit einem experimentell festgelegten, konstanten Schwellwert c3 verglichen. Da die durch Wolken verursachten Erhebungen der Funktion F2(H) in der Funktion F4(H) durch lineare Funktionsteile ersetzt sind, hängt das Integral F5(H) nur von der durch Niederschlag bedingten Reflexion bzw. Rückstreuung der Lichtimpule 3 ab. Ist das Integral F5(H) grosser als der Schwellwert C3, so wird ein Anzeigebefehl 44 "Niederschlag" und ein Einschaltbefehl 45 für das Gebläse 23 ausgegeben; ist es kleiner, wird ein Ausschaltbefehl 46 für das Gebläse 23 ausgegeben. Im Beispiel von Fig. 4d erkennt man, dass das Integral F5(H) sehr gross, der Schwellwert C3 also überschritten und demzufolge Niederschlag angezeigt wird. Der Vergleich mit der in Fig. 4d ebenfalls dargestellten, ursprünglichen Messfunktion Fl(H) zeigt dabei, dass die Grosse des Integrals F5(H) durch die erste Erhebung der Funktion Fl(H) bzw. F2(H) bedingt ist, deren langsamer Abfall in der differenzierten Funktion F3(H) gemäss Fig. 4c kein Minimum ergeben hat, so dass die Erhebung in der Funktion F4(H) nicht durch einen geraden Kurventeil ersetzt wurde.

Anschliessend wird eine Rauschfunktion R(H) gebildet. Dazu wird, wie bei 47 angegeben, die absolute Differenz zwischen den Funktionen Fl(H) und F2(H) für jeden Höhenwert gebildet und mit einem konstanten Faktor C4 von

z.B. drei multipliziert. Anschliessend wird im Schritt

48 die Summe F6(H) aus der Funktion F4(H) und der Rauschfunktion R(H) gebildet. Im nächsten Entscheidungsschritt

49 wird geprüft, ob die Differenz zwischen den Funktionen Fl(H) und F6(H) in den durch die F3max/F3min-Paare definierten Höhenbereichen grosser als ein vorgegebener, konstanter Schwellwert C5 ist. Wenn nein, wird der Anzeigebefehl 40 "Keine Wolke registriert" ausgegeben, weil in diesem Fall die im Schritt 33 ermittelten F3max/ F3min-Paare durch nicht genügend über das Rauschen hinausragende Erhebungen verursacht wurden. Wenn ja, wird ein Befehl 50 für die Anzeige der Wolkenhöhe oder -höhen ausgegeben. Und zwar werden die Höhen H angezeigt, bei denen die Maxima derjenigen F3max/F3min-Paare liegen, in deren Höhenbereichen die Differenz zwischen den Werten der Funktionen Fl(H) und F6(H) grosser als der Schwellwert C5 ist. (Als Schwellwert C5 kann Null gewählt werden, wenn der konstante Faktor C4 genügend gross gewählt ist.)

Im Beispiel von Fig. 4e erkennt man, dass die Differenz zwischen den Werten der Funktionen Fl(H) und F6(H) nur im Höhenbereich des ersten Maximum/Minimum-Paares F3max-/ F3min. von Fig. 4c grosser als der Schwellwert C5 sein kann. Im Höhenbereich des zweiten Maximum/Minimum-Paares F3max₃/F3min₂ ist Fl(H) kleiner als F6(H), weshalb dieses zweite Paar nicht auf eine Wolke sondern auf Rauschen zurückzuführen ist. Dementsprechend wird als Wolkenhöhe die Höhe H=4200 Fuss angezeigt, auf der das Maximum F3max₂ liegt.

In Fig. 5a und b sind die Funktionen Fl(H), F2(H) und F3(H) aufgezeichnet, die sich ergeben, wenn eine Wolke auf der Höhe H = 3900 Fuss und kein Niederschlag vorliegt. Man erkennt, dass im Entscheidungsschritt 34 ein einziges

Maximum/Minimum-Paar F3max./F3min. festgestellt wird, sich im Entscheidungsschritt 43 zeigen wird, dass der Integralwert F5(Hmax) kleiner als C3 ist, und dass schliesslich im Entscheidungsschritt 49 festgestellt werden wird, dass die Werte der Funktionen Fl(H) im Höhenbereich des Maximum/Minimum-Paares F3max./F3min. wesentlich grosser (um C5 grosser) sind, als diejenigen der Funktion F6(H) , so dass die Wolkenhöhe an der Stelle von F3max. angezeigt wird.

Das Betriebsprogramm des die Auswertungseinrichtung bildenden Mikroprozessors 14 kann selbstverständlich auch anders, als in Fig. 3 dargestellt, ausgebildet sein. Im einfachsten Fall kann es nur die Programmschritte 30 - 34 umfassen und - im Gegensatz zum Betriebsprogramm von Fig. 3, das auch die Bestimmung mehrerer, schwach reflektierender Wolken ermöglicht - nur für die Bestimmung einer stark reflektierenden Wolke ausgelegt sein. Dabei wird als Wolkenhöhe die Höhe des grössten Maximums F3max der differenzierten Funktion angegeben, falls dieses Maximum F3max den Schwellwert Cl über schreitet und das darauffolgende Minimum F3min den Schwell wert C2 unterschreitet. Um auch in diesem Betriebsprogramm die ermittelte Wolkenhöhe noch in einfacher Weise zu überprüfen, kann in einem weiteren Entscheidungsschritt z.B. der der ermittelten Wolkenhöhe (Höhe von F3max) zugeordnete, integrierte Signalwert ^ρ1(^Η _Μοιι<_θ) daraufhin geprüft werden, ob er eine fest vorgegebene Rauschschwelle überschreitet. Es sind natürlich auch noch umfangereichere Betriebsprogramme als in Fig. 3 dargestellt möglich, die für spezielle atmosphärische Bedingungen, wie Nebel usw. besondere Unterprogramme aufweisen.

Um zu vermeiden, dass das im Fokus der Sendeoptik 28 angeordnete Laser-Array I bei starker Sonneneinstrahlung

durch die entstehende Hitze zerstört wird, kann ein die Sonnenstrahlung messender (nicht dargestellter) weiterer Photodetektor und eine (ebenfalls nicht dargestellte) lichtreflektierende Abdeckscheibe (Shutter) vorgesehen sein, die von einer elektromechanischen Vorrichtung selbsttätig in den Strahlengang zwischen dem Array I und der Sendeoptik 28 bewegt wird, wenn das Ausgangssignal des Photodetektors einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. In diesem Fall wird zudem die Sender-Steuereinheit 2 ausgeschaltet. Zum Schutz des Empfängers 6 kann eine entsprechende Abdeckscheibe vorgesehen sein.

RK/rm-7234
16.9.1985

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Wolkenhohenmessung, mit einem Lichtimpulse (3) aussendenden Sender (1), einem einen Photodetektor aufweisenden Empfänger (6), der die von der bzw. den Wolken reflektierten Lichtimpulse (5) empfängt, einer Gating-Einrichtung (8, 10), welche das Ausgangssignal des Empfängers (6) während Zeitschlitzen durchlässt, einem Integrator (9), der über jeweils einen mehrere Zeitschlitze mit gleicher zeitlicher Verschiebung in bezug auf die Aussendung der Lichtimpulse (3) umfassenden Zeitabschnitt integriert, und einem Speicher (13), in dem die integrierten Signalwerte (Fl) nach der durch die zeitliche Verschiebung der Zeitschlitze gegebenen Höhe (H) gespeichert werden, gekennzeichnet durch eine Auswertungseinrichtung (14), die eine glatte Funktion (F2) der Signalwerte in Abhängigkeit der Höhe (H) bildet, die glatte Funktion (F2) nach der Höhe differenziert und die Wolkenhöhe bzw. -höhen aufgrund des Maximums bzw. der Maxima (F3max) der differenzierten Funktion (F3) bestimmt.

2, Vorrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (14) das oder die Maxima und Minima (F3 max., F3min.) der differenzierten Funktion (F3) bestimmt, die grosser bzw. kleiner als ein vorbestimmter Schwellwert (Cl, C2) sind, das oder die Maxima (F3max.) auswählt, auf die mit zunehmender Höhe (H) ein Minimum (F3min.) folgt, und entweder die dem bzw. den ausgewählten Maxima (F3max.) zugeordneten Höhen als Wolkenhöhen anzeigt, oder diese Höhen unter der Voraussetzung als Wolkenhöhen anzeigt, dass die ihnen zugeordneten, integrierten Signalwerte (Fl) eine Schwelle (CS + F6) überschreiten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (14) nach der Bestimmung und.Auswahl der Maxima (F3max.) und Minima (F3min.) der differenzierten Funktion (F3) in der glatten Funktion (F2) die Funktionsintervalle, die zwischen den den ausgewählten Maxima (F3max.) und darauffolgenden Minima (F3min.) zugeordneten Höhen (H) liegen, je durch einen linearen Funktionsteil ersetzt, zur glatten Funktion (F4) mit den linearen Funktionsteilen einen konstanten oder höhenabhängigen Rauschpegel (R) addiert, und die dem bzw. den ausgewählten Maxima (F3max.) zugeordneten Höhen unter der Voraussetzung als Wolkenhöhen anzeigt, dass die dem Höhenbereich zwischen dem ausgewählten Maximum (F3max.) und dem darauffolgenden Minimum (F3min.) zugeordneten, integrierten Signalwerte (Fl) grosser oder um eine Konstante (C5) grosser sind als die diesem Höhenbereich zugeordneten Werte der durch die Addition des Rauschpegels (R) erhaltenen Funktion (F6).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (14) die glatte Funktion (F2) oder die glatte Funktion (F4) mit den linearen Funktionsteilen .zwischen den ausgewählten Maxima (F3max.) und darauffolgenden Minima (F3min.) zugeordneten Höhen (H) über den Höhenmessbereich integriert, und ein Niederschlagsanzeigesignal (37, 44) abgibt, wenn das Integral (F5) grosser als ein vorbestimmter Schwellwert (C3) ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Gebläse (23), das auf die optischen Aus- und Eintrittsflächen (20, 21) der Vorrichtung wirkt, durch welche die Lichtimpulse (3, 5) aus der Vorrichtung aus- und eintreten, und das von der Auswertungseinrichtung (14)

so gesteuert (38, 39, 45, 46) ist, dass es nur während des Vorliegens von Niederschlagsanzeigesignaleri (37, 44) eingeschaltet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Photodetektor (25) so angeordnet ist, dass er von der optischen Austrittsfläche (20) der Vorrichtung infolge Verschmutzung zurückreflektierte Lichtimpulse (3) detektiert, und dass die Auswertungseinrichtung (14) einen Befehl zur Anzeige der Verschmutzung bzw. der erforderlichen Reinigung an eine Anzeigeeinrichtung (27) gibt, wenn das Ausgangssignal des zweiten Photodetektors (25) einen bestimmten Schwellwert überschreitet.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgabe des Befehls zur Anzeige der Verschmutzung bzw. der erforderlichen Reinigung gesperrt ist, solange die Auswertungseinrichtung (14) Niederschlagsanzeigesignale (37, 44) abgibt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (22) zur Heizung der optischen Aus- und Eintrittsflächen (20, 21) der Vorrichtung, durch welche die Lichtimpulse (3, 5) aus der Vorrichtung aus- und eintreten, und einen Temperaturfühler (28), der die Einschaltung der Heizeinrichtung (22) auslöst, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt.

RK/rm-7234
16.9.1985