Development of a mobile platform with scanner for determining absolsute humidity profiles in the atmosphere
Final Report Abstract
Im Rahmen des Paketantrags “Lidar Reference System Based on a High-Power Laser” wurde eine mobile Plattform, einschließlich der Sende- und Empfangsoptik für dreidimensional abtastende Messungen mit einem Wasserdampf-DIAL (von engl. differential absorption lidar), entwickelt. Als Plattform wurde ein Sattelauflieger mit den für den Straßenverkehr maximal möglichen Standardabmessungen von 12 m Länge, 2.5 m Breite und 4 m Höhe und einem Maximalgewicht von 35 000 kp gewählt. Ein speziell konzipierter klimatisierter und vibrationsgedämpfter Laborteil, der mit optischen Tischen und Elektronikeinschüben ausgestattet ist, stellt auch bei Feldeinsätzen optimale Laborbedingungen für die sensible Optik und Elektronik des DIAL zur Verfügung. Die Plattform erlaubt den externen Anschluss von Strom, Internet und Telefon. Intern stehen Kühlwasser, technische Gase, Druckluft und Notstrom zur Verfügung. Die Plattform wurde mit einem beweglichen 800-mm-Teleskop ausgerüstet, das eine vollständige dreidimensionale Abtastung des oberen Halbraums mit einer Geschwindigkeit von 360°/min erlaubt. Die Einkopplung des ausgesendeten Laserlichts und die Auskopplung des empfangenen Rückstreulichts erfolgt über eine Coudé-Optik. Spezielle Optiken wurden für Aufweitung und Formung des ausgehenden Laserstrahls und für die Abbildung des beleuchteten atmosphärischen Volumens auf die Detektoroberfläche entwickelt. Des Weiteren wurde ein komplettes Mess- und Steuerkonzept für die mobile Plattform konzipiert und realisiert. Es integriert computergestützt alle DIAL-Komponenten, d.h. Pumplaser, Frequenzkonversionslaser, Seedlaser, bewegliches Teleskop, Detektoren und Datenerfassung, sowie zahlreiche periphere Kontroll- und Sicherheitssysteme, z.B. ein Sicherheitsradar, Wind-, Regen- und Temperatursensoren sowie Sonnendetektoren, die eine direkte Ausrichtung des Teleskops in die Sonne verhindern. Das Detektorsystem des DIAL wurde innerhalb des Projekts vom DRL Oberpfaffenhofen als Unterauftragnehmer entwickelt. Es beinhaltet eine Avalanche-Photodiode (APD) mit 3 mm Durchmesser und einen speziell konzipierten Verstärker. Für die Lidar-Datenerfassung wurde ein 4-Kanal-, 14-bit-, 50-MHz- Transientenrekorder ausgewählt, mit dem im Bedarfsfall die Aufzeichnung von Einzelpulsen erfolgen kann (die Laserpuls-Wiederholfrequenz des Pumplasers beträgt 200–1000 Hz). Alle Parameter der Messung, wie räumliche und zeitliche Auflösung und Messwellenlängen, die dreidimensionalen Abtastmuster, und die empfangenen Lidardaten können vom Operator interaktiv über ein Messprogramm eingestellt und kontrolliert werden. Die Kontrolle aller sicherheitsrelevanten Prozesse erfolgt dagegen automatisch. Alle Arbeiten wurden in enger Zusammenarbeit mit Partnern der Universität Potsdam (Junior-Prof. M. Ostermeyer, Pumplaser-Entwicklung)), der Universität Hohenheim (Prof. V. Wulfmeyer, Entwicklung des Frequenzkonversionslasers), und des DLR Oberpfaffenhofen (Dr. Gerhard Ehret, Entwicklung des Seed-Lasers und des Detektorsystems) durchgeführt. Der Sattelauflieger sowie Teleskop, Empfangs- und Sendeoptik wurden von zwei Industriepartnern verwirklicht. Nach der Fertigstellung wurde die mobile Plattform der Universität Hohenheim für die zukünftige Nutzung zur Verfügung gestellt. Der erste Einsatz erfolgte während der Convective and Orographically-induced Precipitation Study (COPS) von Mai bis August 2007.
