Messung der optischen Turbulenz mit einem UAS

Einfluss der Turbulenz

Für die Konzeption und den Einsatz von elektro-optischen Systemen müssen die zu erwartenden Turbulenzeffekte berücksichtigt werden. Eine Ursache der Turbulenz in der atmosphärischen Grenzschicht (bis 1–2 km Höhe) ist der Temperaturunterschied zwischen Boden und der darüber liegenden Luftschicht. Während des Tages lösen sich wärmere Luftblasen vom Boden, steigen nach oben und bewirken eine turbulente Durchmischung.

Die Turbulenzstärke wird sehr stark vom Wetter, d.h. von Sonneneinstrahlung, Temperaturfluktuationen und Windstärke, beeinflusst. Sie variiert mit der Tages- und Jahreszeit im jeweils vorherrschenden Klima. Beschrieben wird die Turbulenzstärke durch den Strukturparameter der Brechungsindexfluktuation Cn².

Da die Turbulenzstärke mit zunehmender Höhe über dem Boden abnimmt, ist außerdem für nicht-horizontale Ausbreitungsstrecken die Kenntnis des Höhenprofils von Cn². notwendig. Um das Höhenprofil von Cn² bestimmen zu können, müssen die Höhenprofile der folgenden meteorologischen Größen in verschiedenen Höhen (h) bekannt sein: Lufttemperatur T (h), Luftdruck p (h) und Strukturparameter der Temperaturfluktuation C_T² (h).

Motivation

• Ein flexibles System Aufbauen und Einrichten
• Einfache und flexible Messungen über dem gewünschten Messgelände
• Einfache und flexible Messungen von vertikalen und horizontalen Profilen.

Herausforderung

• Turbulenzen begrenzen die Leistung des optischen Sensors
• Die optische Turbulenz ist abhängig von Höhe, Oberfläche, Klima und Temperatur.
• Notwendigkeit von Überwassermessungen
• Fest installierte Sensoren an Meteorologischen Türmen sind nicht flexibel.
• Regelungs- und Genehmigungsverfahren beim Arbeiten mit Drohnen
• Batteriekapazität und Gewicht begrenzen die Flugzeit des unbemannten Luftsystem.