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Rekonstruktion der Kinematik von Aerosolen aus den Empfangsspektren eines bistatischen Wind-Lidar-Systems

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Rekonstruktion der Kinematik von Aerosolen aus den Empfangsspektren eines bistatischen Wind-Lidar-Systems

Paul Wilhelm (Broschiert, Deutsch)

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Optischer Zustand

Beschreibung

Das bistatische Wind-Lidar-System der PTB ist ein optisches Fernmessinstrument der nächsten Generation, welches die ‎Rekonstruktion des Windgeschwindigkeitsvektors anhand von Aerosolpartikeln in mittleren Messhöhen zwischen 5m und ‎‎250m mit bisher unerreichter räumlicher und zeitlicher Auflösung ermöglicht. Die Dissertation adressiert die ‎Herausforderungen, die sich aus dem optischen Messprinzip selbst und aus den Einflüssen variabler atmosphärischer ‎Bedingungen wie Turbulenz und Hydrometeoren (z. B. Regentropfen, Schneeflocken) ergeben. Aufgrund dieser Einflüsse ‎unterliegen sowohl die Verfügbarkeit als auch die Messabweichung der Rekonstruktion mit dem bislang eingesetzten (alten) ‎Verfahren signifikanten Schwankungen. Turbulenz resultiert in hohen Detektionsfehlerraten von bis zu 80%, wodurch die ‎Datenrate drastisch sinkt. Hydrometeore verursachen signifikante Messabweichungen, wodurch Messungen bei Regen oder ‎Schnee bislang nicht möglich waren. Zur Lösung dieser Probleme werden Methoden der digitalen Signal- und ‎Bildverarbeitung sowie statistische Ansätze kombiniert, die durch Prüf- und Feldmessungen validiert werden. Zentral sind ‎dabei die Charakterisierung des Messvorgangs mittels Monte-Carlo-Simulationen, die innovative Verwendung von ‎Spektrogrammen in Kombination mit einer auf der Gauß-Filterung basierenden Turbulenz- und Hydrometeorfilterung zur ‎Minimierung von Störeinflüssen, sowie die Anwendung eines Kalman-Filters zum Entrauschen und Extrapolieren der Daten. ‎Die Effektivität der Turbulenz- und Hydrometeorfilterung wird anhand von Feldmessungen mit um mindestens 30% ‎reduzierten Detektionsfehlerraten demonstiert. Die verzerrungsfreie Rekonstruktion für trockene Wetterbedingungen wird ‎durch einen Vergleich mit dem alten Verfahren bestätigt und die Dynamik des Kalman-Filters wird für empirisch ermittelte ‎Amplituden des Prozess- und Messrauschens durch Prüfmessungen charakterisiert. Ferner wird demonstriert, dass die ‎Wetterbedingungen am Messort anhand spektraler Charakteristika mittels Machine Learning mit einer Trefferquote von 97% ‎klassifiziert werden können, was die Perspektive einer adaptiven Filterung eröffnet. Das mehrstufige Verfahren erlaubt die ‎Rekonstruktion der Kinematik des Aerosols als zeitlich hoch aufgelöste Vektorzeitreihe mit hoher Verfügbarkeit und ‎Datenrate sowie mit geringer Messabweichung auch unter Wetterbedingungen wie Regen und Schnee, was für die ‎Windindustrie und Meteorologie von großer Bedeutung ist.‎ Weniger zeigen

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Produktinformationen

Technische Daten

Erscheinungsdatum

01.02.2025

Sprache

Deutsch

EAN

9783967292671

Herausgeber

Mensch & Buch

Serien- oder Bandtitel

Elektrische Messtechnik und Grundlagen der Elektrotechnik

Sonderedition

Nein

Autor

Paul Wilhelm

Seitenanzahl

228

Auflage

Einbandart

Broschiert

Warnhinweise und Sicherheitsinformationen

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