Vorhersage potenzieller Störungen Vertragen sich Windparks und Radaranlagen?

Der Oktokopter fliegt eine vorgegebene Route anhand von Wegpunktmarkierungen automatisch ab. Die auf ihm montierte autarke Messsonde verfügt über drei orthogonal angeordnete Antennen und einen eigenen GPS-Empfänger. Der integrierte Mikroprozessor verarbeitet den Datenstrom des dreikanaligen HF-Empfängers sowie die GPS-Position und speichert diese Informationen zeitsynchron - und mit Zeitstempel versehen - ab. Die Messdaten lassen sich später zu einem beliebigen Zeitpunkt auswerten.
Der Oktokopter fliegt eine vorgegebene Route anhand von Wegpunktmarkierungen automatisch ab. Die auf ihm montierte autarke Messsonde verfügt über drei orthogonal angeordnete Antennen und einen eigenen GPS-Empfänger. Der integrierte Mikroprozessor verarbeitet den Datenstrom des dreikanaligen HF-Empfängers sowie die GPS-Position und speichert diese Informationen zeitsynchron - und mit Zeitstempel versehen - ab. Die Messdaten lassen sich später zu einem beliebigen Zeitpunkt auswerten.

Bislang lassen sich die Wechselwirkungen zwischen Radar- und Windenergieanlagen nicht ausreichend sicher bewerten. Abhilfe könnte künftig ein neues Feldstärke-Messsystem der PTB schaffen.

Windparks können Radaranlagen empfindlich stören. Das Problem ist, dass die Radarwellen gestreut werden, wenn sie auf die zahlreichen Rotorblätter treffen. Die Simulation der Wellenausbreitung basiert auf zahlreichen Annahmen, die bisher durch Messungen nicht sicher verifiziert werden konnten.

Um Abhilfe zu schaffen haben Forscher der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) gemeinsam mit der Firma FCS Flight Calibration Services aus Braunschweig ein Messsystem entwickelt, das - an einem Helikopter hängend - die elektrische Feldstärke sowie die Signalinhalte von Navigationsanlagen der Flugsicherung mit bisher unerreichter Genauigkeit erfasst. Mit der Auswertung dieser aufgezeichneten Messdaten ließe sich schon im Vorfeld besser klären, in welchem Ausmaß geplante Windenergieparks die Messdaten und die folgende Signalverarbeitung benachbarter Radaranlagen der Flugsicherung, Luftverteidigung oder Wetterbeobachtung beeinflussen würden. Eine miniaturisierte und noch stark vereinfachte Version der Messanordnung absolviert derzeit erste Testflüge auf einem Oktokopter.

Die Technik

Herzstück der Technik ist ein von der PTB und FCS gemeinsam entwickeltes Antennen- und Empfangssystem. In seiner bisherigen Ausführung hängt es unter einem Helikopter und kann an beliebigen Punkten im Raum die elektromagnetische Feldstärke messen und zeitsynchron Messdaten und Ort (GPS mit Unterstützung durch EGNOS) mit sehr hoher Abtastrate speichern. Tests haben bereits gezeigt, dass es das für die einwandfreie Signalübertragung nötige elektromagnetische Fernfeld so genau messen kann, wie es die Internationale Zivilluftfahrtorganisation ICAO vorschreibt. Die Messung wird auf das Internationale Einheitensystem (SI) rückgeführt und damit erst vergleichbar gemacht. Bisher konnte das niemand in Europa.

Miniaturisiertes Modell

Dieses Antennensystem haben Thorsten Schrader, Leiter des PTB-Fachbereichs Hochfrequenz und Felder, und seine Kollegen nun miniaturisiert auf einem Oktokopter, also einem etwa 80 cm breiten und acht Rotoren tragenden Minihubschrauber, montiert. Auf solchen Fluggeräten könnte der Sensor in Zukunft an Orten mit bereits existierenden oder geplanten Windparks zum Einsatz kommen und Daten zur Feldstärke und zu veränderten Signalinhalten an frei wählbaren Koordinaten über beliebig lange Zeiträume ermitteln. Die Forscher wollen damit in einem ersten Schritt die durch Windenergieanlage hervorgerufene zeitdynamische Veränderung der elektromagnetischen Wellenausbreitung messtechnisch erfassen, analysieren und in eine möglichst einfache Modellbildung des elektromagnetischen Übertragungskanals einfließen lassen.

Im Endausbau soll das neue System es erstmals möglich machen, die komplexe Einschätzung von Radarstörungen durch Windparks in messtechnisch erfassbare Zwischenschritte aufzuteilen und nur physikalisch kompatible Größen aus numerischen Simulationen und Messungen miteinander zu vergleichen.