Ljubiteljska meteorologija

48POVZETEK MAGISTRSKEGA DELAOblika avtokorelacijske funkcije je pri pravokotnih pulzihtrikotne oblike, kar lepo vidimo na sliki 3 (zgoraj),kjer razberemo, da je njena razpolovna širina (in s temradialna ločljivost). Z radarskim pulzomlahko razločimo ovire, ki so si med seboj oddaljenepolovico dolžine pulza.Ločljivost linearno frekvenčno moduliranega (LFM)pulza pa je občutno boljša, za faktor Bτ, kjer je B=Δνpasovna širina LFM pulza (angl. bandwidth), to jelinearni prirastek frekvence znotraj pulza (slika 3).Omenjeni faktor imenujemo stopnja kompresije inv praksi sega nekje med 40 in 120. Na tem mestusamo omenimo, da LFM ne poslabša meritev ostalihsurovih radarskih količin meteoroloških sipalcev, kotso radialna hitrost, širina spektra radialne hitrosti terdvojnopolarizacijske količine.Letalski radar ima pulzno kompresijo 75:1, kar pomeni,da iz 22,5 km (75µs) dolgih moduliranih pulzovdoseže ločljivost kratkih 1µs nemoduliranih pulzov,to je 150 m. Pulzi pa so na robovih nekoliko zglajenipo frekvenci in amplitudi. Taka nelinearna frekvenčnomodulirana pulzna kompresija (NLFM) je vedno boljpogosta tudi v vremenskih radarjih. Leta 2010 je bilopo svetu nameščenih že okoli 10 operativnih vremenskihradarjev z NLFM pulzno kompresijo. Njena prednostpred klasično je tudi v tem, da so stranski vrhovipri avtokorelaciji še bolj porezani, stranski oddajni frekvenčnispekter takih pulzov pa še manj onesnažen.Odbojnost v radarski enačbi je premosorazmernaenergiji pulza P oddτ, zato je za tipične konfiguracijetakih radarjev značilno, da lahko oddajajo daljše pulzez manjšo maksimalno izsevano močjo, ne da bi trpelamerilna občutljivost. Sevalna obremenitev okolja je vpovprečju enaka, stranski izsevani frekvenčni spekterpa je mnogo bolj čist. Za tak radar je torej lažje dobitiobratovalno dovoljenje.Še ena prednost pulzne kompresije pa se pokaže priceni in vzdrževalnih stroških oddajnikov. Namestoklasičnega magnetronskega oddajnika se uporabljajotranzistorski oddajniki ali pa valovodna cev (angl.TWT – traveling wave tube). Slednja se zdi cenovnooptimalna za vremenske radarje, saj so po izkušnjahkatalonske meteorološke službe, kjer tak operativniradar uporabljajo od leta 2007, stroški vzdrževanjamanjši za tretjino.Meritve frekvenčno moduliranih pulzov so statističnobolj neodvisne kot meritve nemoduliranih pulzov, sajje manj možnih prerazporeditev posameznih hidrometeorjevznotraj merilnega volumna, ki privedejodo škodljivih medsebojnih vplivov sipanega elektromagnetnegavalovanja. Ne da bi se globlje spuščali vteorijo, povejmo, da je v praksi pri vremenskih radarjihz NLFM dovolj 5–6 vzorčenj namesto tipičnih 32, skaterimi dosežemo zanesljivost ±1 dB (Puhakka insod., 2007). To pomeni, da lahko ozračje premerimobistveno hitreje. Letalski radar ima od julija 2009dalje število vzorčenj nastavljeno na 6.Manjša pomanjkljivost pulzne kompresije je nezmožnostmerjenja sipalcev, ki so od radarja oddaljenjimanj od dolžine dolgega pulza (75 µs oz. 22,5 km).To območje običajno imenujemo slepo območje (angl.blind range). Zato je potrebno oddajati tudi kratkenemodulirane pulze (1 µs oz. 300 m), ki pa so lahkorelativno šibkih moči, saj gre za kratke razdalje.Primerjava meritev letalskega radarja,vremenskega radarja in pluviografovMeritve vremenskega kanala letalskega radarja smoprimerjali z meritvami vremenskega radarja in z meritvamidržavne mreže pluviografov (ARSO) kot referenco.Vsi našteti sistemi se med seboj zelo razlikujejo.Letalski in vremenski radar pokrivata različne deleozračja zaradi različnega dosega, vertikalne širine snopain merilnega režima (slika 6). Še najbolj podobnista si najvišja in najnižja elevacija. Večja razlika jev časovnem režimu merjenj. Vremenski radar prečešeozračje pri 12 različnih elevacijah med 0,5º in28,4º. Vrti se s krožno frekvenco 3 obratov na minuto(18º/s). Za celotno meritev porabi slabih 5 minut, pritem pa vzorči 32-krat zaporedoma za vsako stopinjopo azimutu. Pri tem se zanemari dejstvo, da se medvzorčevanjem antena premakne za širino snopa 0,9º.Vertikalna pokritost pri višjih elevacijah ni popolna,vendar manjkajoče elevacije niso drastične. Če biželeli izmeriti vse ozračje od elevacij 0,5° do 90°, bipotrebovali 18 minut, kar ni sprejemljivo.Letalski radar prečeše ozračje šestkrat v 24 sekundah.Vzorci so med seboj časovno oddaljeni 4 sekunde.To je z meteorološkega stališča še sprejemljivo, šezlasti zato, ker je paket pulzov sestavljen iz 32 pulzov,ki so zaradi časovne bližine medsebojno statističnoodvisni.Letalski radar ima pulzno kompresijo 75:1, kar pomeni,da iz 22,5 km (75µs) dolgih moduliranih pulzovdoseže ločljivost kratkih 1µs nemoduliranih pulzov,to je 150 m. Pulzi pa so na robovih nekoliko zglajenipo frekvenci in amplitudi. Taka nelinearna FM pulznakompresija, NLFM, je vedno bolj pogosta tudi v vremenskihradarjih. Leta 2010 je bilo po svetu nameščenihže okoli 10 operativnih vremenskih radarjev zNLFM pulzno kompresijo. Njena prednost pred klasičnoje tudi v tem, da so stranski vrhovi pri avtokorelacijiše bolj porezani, stranski oddajni frekvenčni spektertakih pulzov pa še manj onesnažen.Ker pri letalskem radarju ne poznamo višine sipalcev,prihaja do napake vertikalne paralakse (slika 6c). Talnaprojekcija sipalcev je zamaknjena naprej, in to tembolj, čim višje so. Največja je na stiku žarka pri zgornjielevaciji 30º in višino tropopavze (15 km), kjer znaša 4