www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Dubbele polarisatieradar

Figuur 1: Symbolische voorstelling van het werkingsprincipe van de polarimetrische radar

Figuur 1: Symbolische voorstelling van het werkingsprincipe van de polarimetrische radar

Symbolische voorstelling van het werkingsprincipe van de polarimetrische radar, 
© 2015 Christian Wolff www.radartutorial.eu

Figuur 1: Symbolische voorstelling van het werkingsprincipe van de polarimetrische radar

Dubbele polarisatieradar

Differentiële reflectiviteit

Een andere methode voor hageldetectie is het gebruik van dubbele polarisatie. De radar zendt en ontvangt lineair gepolariseerde golven en schakelt snel over van horizontale naar verticale polarisatie en weer terug, van puls naar puls of burst naar burst van pulsen.

Moderne polarimetrische radars, zoals het METEOR 1500-systeem van Gematronik, zenden tegelijkertijd in beide polarisaties uit. De op elke polarisatie ontvangen signalen worden ZH en ZV genoemd en worden gebruikt om het differentiële reflectievermogen ZDR te berekenen. Bij matige tot zware regenval zijn de regendruppels groot en bij het vallen afgeplat tot een afgeplatte bolvorm. Hierdoor zal het gereflecteerde signaal van de druppels sterker zijn op de horizontale polarisatie dan op de verticale polarisatie.

De diëlektrische constante van ijs is ongeveer 20% van die van water en daarom heeft de vorm van de ijsdeeltjes een veel kleiner effect op het reflectievermogen. Ook rollen de ijsdeeltjes in de val en zal de ZDR een lagere waarde hebben. Hagel wordt gekenmerkt door een hoge ZH-waarde en een lage ZDR-waarde. Als de ZDR-waarde een onderwaarde is (of negatief indien uitgedrukt in decibel), is het duidelijk dat de ontvangen signalen afkomstig zijn van hageldeeltjes. (Alleen deze kunnen verticaal gericht - „op de rand” - vallen).

Met behulp van polarimetrische radar kan ook de grootte van de regendruppels tot op zekere hoogte worden bepaald. De verhouding tussen de breedte en de hoogte van de druppels hangt een beetje af van hun grootte. Belangrijker is de waarde van het reflectievermogen. Boven een bepaalde waarde van de neerslaghoeveelheid zullen de regendruppels een bepaalde grootte hebben. Het meten van de differentiële reflectiviteit geeft een aanvaardbaar resultaat.

Figuur 2: Hoe groter de regendruppel, hoe meer hij vervormd is en hoe hoger de ZDR-waarde.

Figuur 2: Hoe groter de regendruppel, hoe meer hij vervormd is en hoe hoger de ZDR-waarde.

Linear depolarisation ratio

Indien alleen horizontale polarisatie wordt uitgezonden, maar beide polarisaties worden ontvangen, wordt een bepaalde hoeveelheid energie ontvangen in het ontvangstkanaal dat overeenkomt met de verticale polarisatie, als gevolg van de verandering in polarisatie (depolarisatie) van de golf door reflectie. De verhouding tussen het ontvangen vermogen op het verticaal gepolariseerde kanaal en het ontvangen vermogen op het horizontaal gepolariseerde kanaal wanneer uitsluitend met horizontale polarisatie wordt uitgezonden, wordt de linear depolarisation ratio (LDR) genoemd. De LDR wordt gewoonlijk uitgedrukt in decibel.

Tot op heden zijn er geen polarimetrische radarsystemen ontwikkeld om de grootte van hageldeeltjes rechtstreeks te meten. Zij bepalen alleen de differentiële reflectiviteit van de ZDR en uit de faseverschillen tussen de verticaal en horizontaal gepolariseerde signalen volgt de hageldetectie. De neerslagintensiteit is relatief gemakkelijk te bepalen, maar de radar kan niet bepalen of het gaat om een grote hoeveelheid kleine deeltjes of slechts enkele grote.

Blokschema van een polarimetrische radar

In dit voorbeeld van een polarimetrische radar wordt het zendsignaal door een -3dB coupler in vermogen gesplitst in twee signalen van gelijk vermogen. Deze twee signalen worden toegepast op een straler met twee polarisatierichtingen, die gelijktijdig maar met verschillende polarisaties (horizontaal en verticaal) de ruimte in wordt gestraald.

Figuur 3: Vereenvoudigd blokschema van een polarimetrische radar

Figuur 3: Vereenvoudigd blokschema van een polarimetrische radar

Figuur 3: Vereenvoudigd blokschema van een polarimetrische radar
(interactief beeld)

Met een schakelaar kan worden overgeschakeld op een enkele polarisatie-uitstraling voor reflectiemeting (de vermogensgedeelde signalen worden bij elkaar opgeteld). Ook in dit geval vindt de ontvangst op beide polarisaties plaats, waarbij beide ontvangen signalen in de processor worden verwerkt.

Dit is echter nuttig omdat door reflectie ook de polarisatie van de golven verandert.

Beschrijving van de modules in het blokschema