Projekt 01763/01

Entwicklung und Erprobung eines Multi-Purpose-Aerosol-Lidars

Projektträger

OHB Umwelttechnologie GmbH
Universitätsallee 27
28359 BremenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Entwicklung, Fertigung und Test zweier modularer und mobiler Lidarsysteme zur: Untersuchung troposph√§rischer und stratosph√§rischer Aerosole (Aerosol Raman Lidar, ARL) unter polaren und tropischen Umweltbedingungen zu Land und zur See; Untersuchung und Analyse troposph√§rischen Ozons sowie zur Vorhersage von Ozonsmog, einsetzbar an stra√üenzug√§nglichen Me√üorten (kombiniertes System aus einem Differentellen Absorptions- und Streuungs-(DAS)-Lidar- und einem Sodar-Me√üsystem); Aus-f√ľhrung der Systeme nach Industriestandard bzgl. Planung, Design, Fertigung, Bedienbarkeit, Zuverl√§ssigkeit, Sicherheit und Qualit√§t; Verf√ľgbarkeit als kommerziell anbietbare Systeme hinsichtlich Nachbauten oder abgewandelter Systeme. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Projektdurchf√ľhrung erfolgte in vier Projektphasen: Phase A: Vorentwicklung zur Erstellung einer Grobkonfiguration f√ľr beide Systeme; Phase B: Entwicklung und Festlegung der detaillierten Designs der Systeme; Phase C/D: Fertigung, Integration und Test, abgeschlossen durch Auslieferung der Systeme an die wissenschaftlichen Partner. Unter Nutzung des modularen Designs beider Systeme konn-ten ARL/DAS- Subsysteme zeitlich parallel an unterschiedlichen Orten auf Subsystemebene gefertigt und getestet werden. Die LIDAR Subsysteme wurden vor Ort bei den wissenschaftlichen Partnern (ARL: GKSS, AWI; DAS: IFU), und die infrastrukturellen Subsysteme von OHB in Bremen hergestellt. Daran anschlie√üend wurden beide LIDAR-Subsysteme nach Bremen zu OHB transportiert, und unter Leitung von OHB auf Systemebene integriert und getestet. Phase E: Erprobung beider Systeme unter realisti-schen Einsatzbedingungen. Die Tauglichkeit des ARL-Systems f√ľr den Einsatz in polaren und tropischen Gebieten sowie auf See wurde erfolgreich w√§hrend zweier Me√ükampagnen nachgewiesen: ALBATROS, durchgef√ľhrt auf dem Forschungsschiff Polarstern im Oktober/November 96, w√§hrend der Atlantikfahrt von Bremerhaven, √ľber Island, nach Punta Quilla, Argentinien. STRAIT 97, durchgef√ľhrt am JPL Table Mountain Facility, Californien, Februar/M√§rz 97. Das DAS-System hat seine Tauglichkeit bzgl. Mobilit√§t und Leistungsf√§higkeit w√§hrend zahlreicher Messungen auf der ILRC in Berlin und in der Umgebung des Fraunhofer Instituts f√ľr Atmosph√§rische Umweltforschung in Garmisch-Partenkirchen nachgewiesen. Es wurde erfolgreich w√§hrend der EU Kampagne VOLTALP zur Untersuchung des Ozon-Austausches in den Alpen eingesetzt, und √ľbertraf seine technischen Spezifikationen weit. Ergebnisse und Diskussion Im Rahmen des Projektes wurden zwei mobile LIDAR-Me√üsysteme, ARL und DAS, entwickelt und fertiggestellt, die den hohen wissenschaftlichen und technischen Zielsetzungen moderner und modularer Fernerkundungssysteme entsprechen. Erreicht wurde dies durch eine gelungene Kombination industrieller Projektf√ľhrung und wissenschaftlicher Kompetenz. W√§hrend der ALBATROS Kampagne auf dem Forschungsschiff Polarstern war das ARL auf See Temperaturen von unterhalb des Gefrierpunktes bis zu tropischer Hitze ausgesetzt. Die See war zum teil st√ľrmisch, mit starkem, meterhohen Wellengang. Das System erwies sich als sehr robust und zuverl√§ssig, so da√ü der wissenschaftliche Operator, neben wenigen Servicearbeiten, im wesentlichen nur Kontrollaufgaben zu erledigen hatte. Im rauhen Seebetrieb erwies sich der eigens entwickelte Akkommodationsrahmen als vorteilhaft, auf dem die gesamte LIDAR-Optik und Elektronik verwindungssteif und gegen√ľber Schwingungen ged√§mpft integriert ist. W√§hrend der gesamten Kampagne mu√üte die LIDAR-Optik nicht nachjustiert werden. Nach Beendigung von ALBATROS wurde das ARL als regul√§rer Transportcontainer per Schiff und LKW von S√ľdamerika nach Kalifornien, an den Standort der Kampagne STRAIT 97, versandt. Innerhalb von 24 h nach Anlieferung konnte das System als vollst√§ndig operationell in Betrieb gehen, und wies dadurch seine geforderte Transporttauglichkeit nach. Neben den an der Kampagne beteiligten und international als Referenz geltenden Aerosol-Lidarsystemen der GSFC/NASA (mobil) und des JPL (station√§r) konnte sich das ARL als gleichwertig behaupten. Die w√§hrend beider Kampagnen gewonnenen Me√üdaten zeigten hohe Qualit√§t und lassen nach ihrer vollst√§ndigen Auswertung interessante Ergebnisse erwarten. Das System zeichnete sich in beiden Kampagnen durch einfache Bedienung, geringen Wartungsaufwand, Zuverl√§ssigkeit und Robustheit aus. Das DAS-System wurde haupts√§chlich in der Umgebung des Fraunhofer Instituts f√ľr Atmosph√§rische Umweltforschung in Garmisch-Partenkirchen unter sommerlichen und winterlichen Bedingungen (auch l√§nger anhaltender Frost) eingesetzt. Das System erwies sich als robust, zuverl√§ssig und sehr wartungsarm. Als besonders vorteilhaft erwies sich der von OHB entwickelte und gefertigte Akkommodationsrahmen zur ged√§mpften Aufnahme der Lidar-Optik und des Lasers. Auch nach l√§ngerer und ersch√ľtterungsvoller Fahrt mit dem System war keine Verstellung der Lidar-Optik nachzuweisen und somit keine Nachjustierung erforderlich. Im Rahmen dieser Messungen konnte die hohe Leistungsf√§higkeit des DAS-System verifiziert werden: Z.B. wird die geforderte H√∂henreichweite bei exzellentem Signal- zu Rauschverh√§ltnis und hoher Aufl√∂sung weit √ľbertroffen und die geforderte minimale Me√üh√∂he erheblich unterschritten. Daher sind die aufgenommenen Me√üdaten von sehr hoher Qualit√§t und entsprechen sogar optimistischen Lidar-Signalsimulationen. Im Rahmen dieser Tests konnte das DAS-System weiter optimiert werden. Insbesondere wurde das Optik-Design weiter verfeinert und optimiert (z.B. Blendenpositionen im Polychromator, Synchronisation, Steuerung und Ausrichtung des Choppersystems zur Laser-Strahlaussendung, Automatisierung der Lidar-Signaljustierung) sowie die Software verbessert. Das DAS-LIDAR-System hat im April/Mai 1997 an der EU VOLTALP-Kampagne zur Messung des vertikalen Ozon-Austausches in den Alpen teilgenommen. Weitere Vergleichsmessungen zwischen dem DAS-LIDAR-System und Flugzeug-LIDAR-Systemen sind im M√§rz bis Mai 1997 w√§hrend verschiedener Me√ükampagnen zur Untersuchung spezifischer Boden-Luft-Ozon-Ph√§nomene im Auftrag des Bayrischen Landesamtes f√ľr Umweltschutz durchgef√ľhrt worden. Eine Auswertung der gewonnen Ozon-Me√üdaten l√§√üt - wie beim ARL-System - auch hier interessante Ergebnisse erwarten. √Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation Ende Juni 96 wurden beide Systeme auf der 18th International Laser Radar Conference (ILRC), Berlin, einem internationalen Fachpublikum im Original vorgestellt und vorgef√ľhrt. Die Pr√§sentation wurde durch wissenschaftliche Konferenzbeitr√§ge und Poster erg√§nzt. Die umfangreiche und aktuelle Liste der Ver√∂ffentlichungen zu diesem Projekt ist im Abschlu√übericht enthalten. Fazit Die beiden entwickelten LIDAR-Systeme, ARL und DAS, wurden bei Vorf√ľhrungen und Pr√§sentationen von der interessierten Fachwelt positiv bewertet, und erf√ľllten w√§hrend der durchgef√ľhrten wissenschaftlichen Kampagnen alle technischen und wissenschaftlichen Anforderungen. Beide Systeme wer-den als kommerzielle Nachbauten kosteng√ľnstig angeboten. Die realisierte Modularit√§t der Systeme erm√∂glicht auch g√ľnstige Angebote √ľber Systemkomponenten wie z.Bsp.: Lidar-Subsysteme, SODAR-Subsysteme und Infrastruktur-Subsysteme f√ľr mobile Me√üeinrichtungen. Mit den Erfahrungen, die w√§hrend des Projekts gesammelt wurden, k√∂nnen flexibel kundenspezifische L√∂sungen realisiert werden.

√úbersicht

Telefon

0421/22098-0

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Bundesland

Bremen

Fördersumme

2.516.272,89 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.04.1994 - 22.06.1998