[发明专利]用于降水测量的方法和设备

说明书

本发明提供一种用于借助雷达进行降水测量的设备，所述设备具有：天线，所述天线被构造用于，发送和接收雷达波；和介电透镜，其中所述天线这样对于介电透镜对准，使得由所述天线发射的雷达波穿过所述介电透镜。此外，提供一种借助雷达进行降水测量的方法，该方法具有以下步骤：借助天线发射雷达信号；借助所述天线接收所反射的雷达信号；和基于所接收的所反射的雷达信号来确定降水量，其中介电透镜这样被布置在天线前方，使得所发射的雷达信号穿过介电透镜。

技术领域

本发明涉及一种用于降水测量的方法和设备。

背景技术

当今的雷达降水传感器根据具有分开的发送和接收路径的多普勒雷达的原理来构造。在所谓的双基地（bistatisch）雷达系统中，电磁波在无线电频率范围内集束地作为所谓的一次信号被发送。由对象反射的回声随后作为二次信号由空间上与第一天线分离的第二天线来接收。由基于多普勒效应的所反射的信号的频移可以随后计算发送器/接收器系统和对象之间的相对移动。

在降水测量情况下，借助于这种多普勒雷达来测量雨水滴的速度。因为在雨水滴的直径和速度之间存在固定关联、也即正相关性，可以由所测量的速度来推论出水滴的直径和体积。通过信号评估，可以此外识别水滴是否撞击到雷达的天线罩（Radome）上或者该水滴是否飞过该雷达的天线罩。如果所有水滴以其所属的撞击到天线罩上的体积来计数，则可以确定关于天线罩的参考表面所落下的降水量。

在现有技术中已知的双基地雷达降水传感器具有一系列的缺点。

基于雨水滴的小雷达横截面，天线必须紧密置于天线罩表面之下，以便使与雨水滴的间距保持得尽可能小。同时，所述天线需要大的张角，例如40°×60°，以便在视线范围内具有天线罩的尽可能大的部分。因此确保所识别的所撞击的雨水滴的抽样量是足够大的，以便能够推论总降水量和总降水强度。如果水滴撞击在天线罩的边缘上，则所测量的速度v_gemessen减小为值：

。

相应状况在图1a中示出。该图示出雷达降水传感器的发送天线110和接收天线120，这些天线共同地紧密地布置在天线罩130的表面之下。图1a此外示出雨水滴101，该雨水滴以速度v_Tropfen来撞击到天线罩130的边缘。由发送天线110发送的雷达一次信号以与雨水滴101的移动方向成角度α_Tx地检测水滴101。所反射的二次信号（回声）以与水滴101的移动方向成角度α_Rx地由接收天线120来接收。因为这两个角度大于0°，所测量的速度v_gemessen根据公式1小于雨水滴101的实际速度v_Tropfen。

具有分开的发送和接收天线的双基地降水雷达此外在风影响的情况下导致水滴速度的歪曲的测量。水滴速度和水滴直径的相关性由水滴的重力和流动阻力的组合而产生。雨水滴可以一般除了由于重力引起的加速度以外也通过风的影响而被加速，就如在图1b中示出的。如果水滴这样通过风影响被加速，使得该水滴倾斜地飞向天线上，则这两个速度的叠加被测量。在图1b中示出的雨水滴102已经例如通过风而被加速到水平速度v_Wind，与此同时其已经通过重力而被加速到垂直速度v_Gravitation。由这两个速度的叠加得出水滴的速度v_Tropfen，其中雨水滴102以该速度撞击到天线罩130的表面上。最终得出的速度因此大于通过重力引起的速度。作为结果，所测量的速度一般也大于通过重力引起的速度，使得错误地推论出过大的雨水滴。因此也在风影响的情况下对降水量过高估计。

如在公式1中示出，通过分开的发送和接收路径得出双基地多普勒频移。由此将雨水滴的速度测量得过小，即便是在该水滴103如在图1c中所示地在天线罩130的中心中撞击的情况下。该效应并不是可忽略地小的，因为发送和接收天线的间距相对于雨水滴与相应天线的间距而言并不是可忽略地小的。所测量的速度如在公式1中所示地那样减小到如下值，所述值小于雨水滴103的实际速度v_Tropfen。