Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit in der Atmosphäre. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen der

Windgeschwindigkeit in der Atmosphäre, bei dem Laserstrahlung in der Atmosphäre gestreut und die gestreute Laserstrahlung als Streustrahlung zum Bestimmen der

Windgeschwindigkeit gefiltert und untersucht wird.

Vorrichtungen und Verfahren zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit sind allgemein bekannt. Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird ein Teil der Streustrahlung vor der Filterung als Referenz aus der Streustrahlung ausgekoppelt und vermessen. Insbesondere, wenn die Windgeschwindigkeit in der Stratosphäre bestimmt werden soll oder wenn nur Laserstrahlung mit geringer Intensität gestreut wird, um die Windgeschwindigkeit zum Beispiel in der Troposphäre zu bestimmen, gelangt nur sehr wenig Streustrahlung zurück zur Vorrichtung, um die Windgeschwindigkeit bestimmen zu können. Die Verwendung eines Teiles der Streustrahlung als Referenz ist gerade bei geringer Intensität der Streustrahlung nachteilig, da der verbleibende Teil der ohnehin geringen Streustrahlung nur schwierig zu messen ist. Durch die Referenz geht ein Teil der rückgestreuten Leistung für die

Windmessung verloren und nur ein Teil des Dopplereffektes wird ausgenutzt, wodurch ein stärkeres Signal notwendig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur empfindlicheren Bestimmung der Windgeschwindigkeit in der Atmosphäre bereitzustellen, wobei die Windgeschwindigkeit auch bei Streustrahlung mit geringer Intensität ohne weiteres bestimmbar ist.

Für die eingangs genannte Vorrichtung ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Vorrichtung einen optischen Wellenlängenfilter zur Filterung von aus der Atmosphäre zurückgestreuter Streustrahlung und einen ersten Detektor zur Detektion der gefilterten Streustrahlung aufweist, wobei der Wellenlängenfilter zwei Filterkanten aufweist, oder die Vorrichtung einen optischen Wellenlängenfilter zur Filterung von aus der Atmosphäre zurückgestreuter Streustrahlung, sowie einen ersten Detektor und einen zweiten Detektor zur Detektion der Streustrahlung aufweist, wobei der Wellenlängenfilter eine und insbesondere nur eine Filterkante aufweist, der Wellenlängenfilter also kein Bandpass ist, und ausgebildet ist, Anteile der Streustrahlung mit Wellenlängen nur auf einer Seite der Filterkante zum ersten Detektor und Anteile der Streustrahlung mit Wellenlängen nur auf der anderen Seite der Filterkante zum zweiten Detektor zuleiten. Für das eingangs genannte Verfahren ist die Erfindung dadurch gelöst, dass zum Bestimmen der Windgeschwindigkeit zwei mit Laserstrahlungen unterschiedlicher Spektren, deren Maxima voneinander beabstandet sind, erzeugte Streustrahlungen an

unterschiedlichen Filterkanten gefiltert und herausgefilterte Anteile der Streustrahlungen und/oder Restanteile der Streustrahlungen untersucht werden, oder dass zum Bestimmen der Windgeschwindigkeit die Streustrahlung an einer Filterkante gefiltert und ein aus der Streustrahlung herausgefilterter Anteil und ein Restanteil der Streustrahlung untersucht werden.

Weder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung noch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es also notwendig, einen Teil der Streustrahlung vor der Filterung auszukoppeln, um die Referenz zu bilden. Es kann also im Wesentlichen die gesamte Streustrahlung gefiltert werden. Dadurch, dass die gesamte Streustrahlung gefiltert wird und vor der Filterung keine Referenzstrahlung aus der Streustrahlung entnommen wird, ist die vor und nach dem Filtern zur Verfügung stehende Intensität der Streustrahlung vergleichsweise höher als bei bekannten Vorrichtungen und Verfahren. Aufgrund der höheren Streustrahlungsintensität und insbesondere des größeren Doppler-Effektes lässt sich die Windgeschwindigkeit einfacher und mit deutlich reduziertem Signal bestimmen.

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch verschiedene, jeweils für sich vorteilhafte und, sofern nicht anders ausgeführt, beliebig miteinander kombinierbare Ausgestaltungen weiter verbessert werden. Auf diese Ausgestaltungsformen und den mit ihnen verbundenen Vorteilen ist im Folgenden eingegangen.

So kann die Vorrichtung mit dem Zwei-Kanten-Filter, also dem Wellenlängenfilter mit den zwei Filterkanten, eine Lasereinrichtung, die im Betrieb Laserstrahlung zur Streuung in der Atmosphäre emittiert, aufweisen, wobei die Lasereinrichtung im Betrieb Laserstrahlungen mit unterschiedlichen Spektren emittiert, und wobei das Maximum eines der Spektren bei der Wellenlänge einer der Filterkanten und das Maximum des anderen Spektrums bei der Wellenlänge der anderen Filterkante liegt. Die Lasereinrichtung kann einen Laser, der in der Lage ist, Strahlung mit den beiden Spektren zu emittieren, oder zwei unterschiedliche Laser aufweisen.

Diese Vorrichtung ist aufgrund der Verwendung nur eines Wellenlängenfilters besonders einfach aufbaubar. Der Wellenlängenfilter kann ein Bandpass sein. Der Detektor kann dem Wellenlängenfilter nachgeordnet sein, sodass das Streulicht zunächst auf den

Wellenlängenfilter und erst nach der Filterung am Wellenlängenfilter auf den Detektor trifft. Der Wellenlängenfilter unterdrückt also das restliche Spektrum des in die Vorrichtung einfallenden Lichtes, wobei neben der Streustrahlung weitere Strahlung, zum Beispiel Tageslicht, in die Vorrichtung gelangen kann. Beispielsweise wird nur Strahlung innerhalb der Filterkurve durch den Wellenlängenfilter gelassen, was zur Bestimmung der

Windgeschwindigkeit ausreicht. Eine Referenzmessung vor dem Filter, die zusätzlich große Anteile des störenden Tageslichtes misst, wird nicht benötigt. Da die Vorrichtung nur einen Detektor benötigt, dem im Betrieb der Vorrichtung die gefilterte Streustrahlung zugeführt ist, brauchen Lichtwege innerhalb der Vorrichtung nicht aneinander angepasst und

verschiedenen Detektoren miteinander verglichen werden. Folglich ist die Vorrichtung nicht nur einfach aufbaubar, sondern auch einfach betreibbar. Ferner reagiert die Vorrichtung robust auf Umwelteinflüsse, zum Beispiel Temperaturschwankungen oder Vibrationen.

Die Vorrichtung mit dem Zwei-Kanten-Filter kann einen zweiten Detektor aufweisen, wobei der Wellenlängenfilter ausgebildet ist, Anteile der Streustrahlung mit Wellenlängen auf nur je einer Seite der Filterkanten zum ersten Detektor und die Anteile der Streustrahlung mit Wellenlängen nur auf der jeweils anderen Seite der Filterkanten zum zweiten Detektor zu leiten. Beispielsweise können Anteile der Streustrahlung, deren Wellenlängen auf derselben Seite der Filterkanten liegen, zum ersten, und Anteile der Streustrahlungen, deren

Wellenlängen auf der gegenüberliegenden Seite der Filterkanten liegen, zum zweiten Detektor geleitet werden. Ist der Zwei-Filter-Kanten aufweisende Wellenlängenfilter ein Bandpass, so können Anteile der Streustrahlung, die entweder innerhalb oder außerhalb des Filterbandes liegen, zum ersten Detektor geleitet werden. Die anderen Anteile der

Streustrahlung können zum zweiten Detektor geleitet werden.

Bei dieser Ausgestaltungsform lässt sich der Dopplereffekt vierfach zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit ausnutzen. Vorteil: Je grösser der Effekt ist, umso leichter ist er zu messen. Dadurch wird deutlich weniger Laserleistung benötigt. Da auch hier die Detektoren nicht miteinander verglichen zu werden brauchen, bleiben die Vorteile der

Ausgestaltungsform der Vorrichtung mit dem Zwei-Kanten-Filter und dem nur einen Detektor erhalten. Diese Ausgestaltungsform der Vorrichtung ist besonders gut geeignet, um bei Nacht die Windgeschwindigkeit zu bestimmen. Ist die Vorrichtung ausgebildet, um die Streustrahlung von durch Tageslicht hervorgerufener Hintergrundstrahlung zu trennen, kann diese Ausgestaltungsform der Vorrichtung auch bei Tag die Windgeschwindigkeit sehr genau und bei sehr geringer Intensität der Streustrahlung bestimmen.

Die Vorrichtung mit dem Ein-Kanten-Filter kann eine Lasereinrichtung aufweisen, die im Betrieb Laserstrahlung zur Streuung in der Atmosphäre emittiert, wobei das Spektrum der Laserstrahlung sein Maximum bei der Wellenlänge der Filterkante hat. Eine

Lasereinrichtung, die ausgebildet ist, Laserstrahlung mit nur einem Spektrum zu emittieren, ist einfacher im Aufbau und preiswerter, als die Lasereinrichtung der Vorrichtung mit dem Zwei-Kanten-Filter.

Der Wellenlängenfilter kann ausgebildet sein, die Polarisationsebene nur des

Streustrahlungsanteils, dessen Wellenlänge nur auf einer Seite der wenigstens einen Filterkante liegt, zu drehen. Ferner kann der Wellenlängenfilter einen Polarisator aufweisen, dem die Streustrahlung nach der Drehung der Polarisationsebene entlang eines

Streustrahlungspfades der Vorrichtung zugeführt ist. Durch die Drehung der

Polarisationsebene nur des Streustrahlungsanteils, dessen Wellenlänge nur auf einer Seite der wenigstens einen Filterkante liegt, wobei der Streustrahlungsanteil, dessen Wellenlänge nur auf der anderen Seite wenigstens einen Filterkante liegt, ungedreht bleibt, kann der Polarisator den Streustrahlungsanteil, dessen Wellenlänge nur auf einer Seite der Filterkante liegt, von dem restlichen Streustrahlungsanteil, dessen Polarisationsebene nicht gedreht wurde, trennen. Der Polarisator kann beispielsweise ein polarisierender Strahlteiler, also ein sogenannter Polarising Beam Splitter (PBS) sein.

Die Vorrichtung mit dem die Polarisationsebene drehenden Wellenlängenfilter kann den ersten und zweiten Detektor aufweisen, wobei die beiden Detektoren dem Polarisator nachgeschaltet sind. Dem ersten Detektor kann der Streustrahlungsanteil, dessen

Polarisationsebene nicht gedreht wurde, zugeführt sein. Folglich wird die gesamte

Streustrahlung, die den Wellenlängenfilter durchlaufen hat, zur Bestimmung der

Windgeschwindigkeit verwendet, ohne dass es notwendig ist, vor der Filterung einen Anteil der Streustrahlung als Referenzstrahlung aus der zurückgestreuten Streustrahlung auzukoppeln.

Der Wellenlängenfilter zur Drehung der Polarisationsebene kann einen atomaren Linienfilter, z. B. einen Faraday-Filter aufweisen. Atomare Linienfilter drehen die Polarisationsebene abhängig von der Lage der Wellenlänge mit Bezug auf die Filterkante präzise, sodass die Windgeschwindigkeit genau messbar ist.

Der Wellenlängenfilter kann ein Etalon aufweisen, das entlang eines Streustrahlungspfades der Vorrichtung zwischen den beiden Detektoren angeordnet ist. Entlang des

Streustrahlungspfades breitet sich die Streustrahlung innerhalb der Vorrichtung aus. Dabei kann die Vorrichtung mit dem Etalon nur einen oder beide Detektoren aufweisen. Weist die Vorrichtung mit dem Etalon nur einen Detektor auf, so ist der Detektor vorzugsweise entlang des Streustrahlungspfades hinter dem Etalon angeordnet, sodass nur Streustrahlung, die durch das Etalon hindurchgetreten ist, zum Detektor gelangt. Andere Strahlung und insbesondere Tageslicht wird durch das Etalon daran gehindert, zum Detektor zu gelangen. Dabei kann der Wellenlängenfilter entweder wiederkehrende Filterkanten des Etalons als mehrere Filterkanten verwenden. Ist der Wellenlängenfilter ein Etalon, so kann dem

Wellenlängenfilter also zumindest ein weiterer Filter vor- oder nachgeschaltet sein, der die Seitenbänder des Etalons unterdrück, da ein Etalon einen Frequenzkamm mit einer sich periodisch wiederholenden Filterkurve hat.

Insbesondere um die Windgeschwindigkeit am Tag zu bestimmen, können zwei Etalons und ein Interfrenzfilter einander nachgeschaltet werden, welche das Streulicht zumindest teilweise nacheinander durchläuft. Die Vor- oder Nachfilter dienen zur Abtrennung oder Unterdrückung des Tageslichtes. Das braucht man allerdings nur am Tag, um das Tageslicht effektiver vom Streulicht zu trennen. Soll die Windgeschwindigkeit in der Nacht, also im Dunkeln, bestimmt werden, reicht es aus, wenn der Wellenlängenfilter nur ein Etalon aufweist. Das zweite Etalon und der Interferenzfilter sind dann nicht notwendig.

Zusätzlich zu dem einen Detektor kann die Vorrichtung auch den zweiten Detektor aufweisen, dem vom Etalon zurückreflektierte Strahlung zugeführt ist. Beispielsweise lässt das Etalon Streustrahlung, dessen Wellenlänge auf einer Seite der Filterkante des Etalons liegt, passieren, so dass dieser Anteil zum ersten Detektor geleitet wird. Der Anteil der Streustrahlung, dessen Wellenlänge nur auf der anderen Seite der Filterkante des Etalon liegt, wird reflektiert und kann zum zweiten Detektor geleitet werden, wenn dieser

vorgesehen und/oder eingeschaltet ist. Die Vorrichtung kann also ausgebildet sein, einen vom Etalon durchgelassenen Anteil der Streustrahlung zum ersten Detektor und einen vom Etalon reflektierten Anteil der Streustrahlung zum zweiten Detektor zu leiten. Die

Streustrahlung wird also vollständig zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit verwendet.

Insbesondere, wenn die Vorrichtung das Etalon aufweist, kann die Vorrichtung einen

Polarisator aufweisen, der die Streustrahlung entlang des Streustrahlungspfades zum Etalon reflektiert. Der Polarisator kann wieder eine polarisierender Strahlteiler oder ein sogenannter Polarising Beam Splitter (PBS) sein, der ausgebildet ist, die Streustrahlung zum Etalon zu reflektieren. Insbesondere, wenn die Streustrahlung durch Rayleigh- Streuung erzeugt ist, ist diese bereits ausreichend polarisiert. Ist die Streustrahlung durch Mie-Streuung entstanden, so wäre dem Polarisator noch ein optisches Element, das die Mie-Streustrahlung polarisiert, vorzuschalten. Ferner kann entlang des Streustrahlungspfades zwischen dem Polarisator und dem Etalon eine Verzögerungsplatte, etwa ein Lambda-Viertel-Plättchen angeordnet sein. Die Verzögerungsplatte dreht die Polarisationsebene der Streustrahlung so, dass die vom Etalon zurückreflektierte Streustrahlung durch den Polarisator hindurch entlang des Streustrahlungspfades zum zweiten Detektor gelangen kann. Polarisatoren und

Verzögerungsplatten sind gängige optische Bauteile, einfach zu handhaben und preiswert. Die Vorrichtung kann eine Bestimmungseinheit aufweisen, die mit mindestens einem

Detektor der Vorrichtung oder mit beiden Detektoren der Vorrichtung Signal übertragend verbunden ist oder verbunden werden kann. Die Bestimmungseinheit kann basierend auf den Detektorsignalen des zumindest einen Detektors die Windgeschwindigkeit bestimmen, beispielsweise gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit können die Intensitäten der Restanteile der gefilterten Streustrahlung voneinander subtrahiert und das Ergebnis der Subtraktion durch die Summe der Intensitäten der Restanteile geteilt werden. Restanteile der Streustrahlung sind dabei die Anteile der Streustrahlung, die nach der Filterung übrig sind. Alternativ können zum Bestimmen der Windgeschwindigkeit die Intensitäten der herausgefilterten Anteile der gefilterten Streustrahlungen voneinander subtrahiert und das Ergebnis der Subtraktion durch die Summe der Intensitäten der herausgefilterten Anteile geteilt werden.

Zum Bestimmen der Restanteile oder der herausgefilterten Anteile ist nur ein Detektor notwendig. Unterschiedliche Restanteile oder herausgefilterte Anteile, die subtrahiert und addiert werden, sind beispielsweise Anteile von Streustrahlungen, die mithilfe der die unterschiedlichen Spektren aufweisenden Laserstrahlungen erzeugt wurden. Dadurch, dass die Restanteile oder die herausgefilterten Anteile voneinander subtrahiert werden und das Ergebnis der Subtraktion danach durch die Division der aufsummierten Anteile normiert wird, wird ein Messsignal erzeugt, das im Vergleich zu bekannten Verfahren, bei denen Streulicht nur an einer Filterkante gefiltert und das herausgefilterte Streulicht nur zu einem Detektor geleitet wird, doppelt so groß ist. Da das Messsignal von der Dopplerverschiebung der Wellenlänge der Streustrahlung mit Bezug auf die zu streuende Laserstrahlung erzeugt wird, erhält man also gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren den doppelten Dopplereffekt.

Weist die Vorrichtung zwei Filterkanten und zwei Detektoren auf, können die normierten Ergebnisse der Subtraktion der Restanteile voneinander und der Subtraktion der

herausgefilterten Anteile voneinander gemittelt werden, wodurch nicht nur der doppele, sondern sogar der vierfache Dopplereffekt zum Bestimmen der Windgeschwindigkeit verwendet wird.

Weist die Vorrichtung den Wellenlängenfilter mit nur einer Kante und zwei Detektoren auf, so kann zum Bestimmen der Windgeschwindigkeit die Intensität der Restanteile und der herausgefilterten Anteile der gefilterten Streustrahlung untersucht werden. Insbesondere können die Restanteile und die herausgefilterten Anteile voneinander subtrahiert und das Subtraktionsergebnis durch die Summe der Restanteile und der herausgefilterten Anteile zur Normierung geteilt werden, wodurch auch hier der doppelte Dopplereffekt zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit genutzt wird.

Diese Ausgestaltungsform hat den Vorteil, dass sie sehr einfach durchzuführen ist, da man nicht schnell mit der Laservorrichtung die Wellenlänge wechseln muss, was sehr schwierig ist. Technisch ist das Verfahren daher sehr einfach durchzuführen. Es muss lediglich die Eigenschaften der beiden Lichtwege/Detektoren zu jedem Zeitpunkt bekannt sein. Anhand der gefilterten Streustrahlung kann vor der Bestimmung der Windgeschwindigkeit die Temperatur der Atmosphäre, in der die Windgeschwindigkeit bestimmt werden soll, ermittelt werden. Alternativ kann die Temperatur anders bestimmt werden.

Im Folgenden ist die Erfindung beispielhaft anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Die unterschiedlichen Merkmale der Ausführungsformen können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie es bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.

Es zeigen:

Figuren 1 bis 5 schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit.

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Wellenlängenfilters der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Figuren 7 und 8 schematische Darstellungen erfindungsgemäßer Verfahren zum Bestimmen der Windgeschwindigkeit.

Zunächst sind Aufbau und Funktion einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit mit Bezug auf das Ausführungsbeispiel der Figur beschrieben.

Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit schematisch mit einem optischen Wellenlängenfilter 2 und einem ersten Detektor 3. Ferner zeigt die Figur 1 eine Lasereinrichtung 4, die separat zur

Vorrichtung 1 oder als Teil der Vorrichtung 1 bereitgestellt sein kann. In Betrieb emittiert die Lasereinrichtung 4 Laserstrahlung L, die in der Atmosphäre 5 gestreut wird, insbesondere um Windgeschwindigkeiten in der Atmosphäre 5 bestimmen zu können. Als Streustrahlung S gestreute Laserstrahlung L empfängt die Vorrichtung 1 . Der Wellenlängenfilter 2 filtert die Streustrahlung S und leitet die gefilterte Streustrahlung an den ersten Detektor 3. Beispielsweise leitet der Wellenlängenfilter 2 nur herausgefilterte Anteile T1 , T2 der

Streustrahlungen S oder nur Restanteile R1 , R2 der Streustrahlungen S zum ersten

Detektor3.

Zum Beispiel kann von der Stratosphäre gestreute Streustrahlung S zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit in der Stratosphäre in der Vorrichtung 1 untersucht werden. Die Laserstrahlung L wird in der Stratosphäre zumindest größtenteils aufgrund der Rayleigh- Streuung gestreut, so dass die Streustrahlung eine geringe Intensität und eine gute

Polarisation aufweist. Wird als Teil der Atmosphäre 5 die Troposphäre zur Streuung der Laserstrahlung L verwendet, um Windgeschwindigkeiten in der Troposphäre zu messen, so wird die Laserstrahlung L zusätzlich aufgrund von Mie-Streuung gestreut.

Der Wellenlängenfilter 2 weist zwei unterschiedliche Filterkanten auf. Die Filterkanten können so weit voneinander beabstandet sein, dass Wellenlängenverteilungen von an diesen Filterkanten zu filternden Streustrahlungen S ohne weiteres voneinander trennbar sind. Ist die Lasereinrichtung 4 Teil der Vorrichtung 1 , kann die Lasereinrichtung 4 im Betrieb Laserstrahlungen L erzeugen, die unterschiedliche Spektren aufweisen. Insbesondere liegen die Maxima dieser Spektren auf den Wellenlängen der Filterkanten.

Werden Streustrahlungen S mithilfe der unterschiedliche Spektren aufweisenden

Laserstrahlungen L beispielsweise nacheinander erzeugt, so können die gestreuten

Streustrahlungen S an den unterschiedlichen Filterkanten gefiltert an den Detektor 3 geleitet werden.

Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elemente des Ausführungsbeispiels der Figur 1 entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel der Figur 1 eingegangen.

Die Vorrichtung 1 ist auch im Ausführungsbeispiel der Figur 2 mit der Lasereinrichtung 4 und der die Laserstrahlung L streuenden Atmosphäre 5 dargestellt. Ebenso zeigt die Figur 2 die Streustrahlung S, die durch Streuung der Laserstrahlung L in der Atmosphäre 5 erzeugt wurde. Die Streustrahlung S wird zum Wellenlängenfilter 2 geleitet. Der Wellenlängenfilter 2 des Ausführungsbeispiels der Figur 2 weist nur eine Filterkante auf, deren spektrale Lage dem Maximum des Spektrums der Streustrahlung L vorzugsweise entspricht. Der

Wellenlängenfilter 2 leitet einen herausgefilterten Anteil T1 der Streustrahlung S zum ersten Detektor 3 und einen Restanteil R1 zu einem zweiten Detektor 6 der Vorrichtung 1 . Die Summe der Intensitäten des Restanteils R1 und des herausgefilterten Anteils T1 entspricht im Wesentlichen der Intensität der Streustrahlung S.

Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 schematisch. Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elementen der vorherigen Ausführungsbeispiele entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zu den vorherigen

Ausführungsbeispielen eingegangen.

Auch die Figur 3 zeigt die Vorrichtung 1 mit der Lasereinrichtung 4 und der die

Laserstrahlung L streuenden Atmosphäre 5 sowie der Streustrahlung S. Die Vorrichtung 1 weist den Wellenlängenfilter 2 auf, wobei der Wellenlängenfilter 2 des Ausführungsbeispiels der Figur 3 mit zwei Filterkanten ausgebildet ist. Ferner weist die Vorrichtung 1 den ersten Detektor 3 und den zweiten Detektor 6 auf. Da der Wellenlängenfilter 2 zwei Filterkanten aufweist, emittiert die Lasereinrichtung 4 im Betrieb vorzugsweise Laserstrahlungen L mit unterschiedlichen Spektren, deren Maxima jeweils bei der Wellenlänge einer der Filterkanten liegen.

Zum Beispiel leitet der Wellenlängenfilter 2 herausgefilterte Anteile T1 , T2 zum ersten Detektor 3 und Restanteile R1 , R2 der Streustrahlung S zum zweiten Detektor 6.

Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elemente, der Ausführungsbeispiele der bisherigen Figuren entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zu den bisherigen Ausführungsbeispielen eingegangen.

Die Vorrichtung 1 , die in der Figur 4 ebenfalls mit der Lasereinrichtung 4 und der

Atmosphäre 5 sowie der Laserstrahlung L und der Streustrahlung S dargestellt ist, weist als Wellenlängenfilter 2 ein Etalon 10 auf. Das Etalon 10 weist eine Vielzahl von Filterkanten auf, die als Filterkamm bezeichnet sein können. Emittiert die Lasereinrichtung 4

Laserstrahlung L mit unterschiedlichen Spektren, so können die Maxima dieser Spektren auf unterschiedlichen Filterkanten des Etalons 10 liegen. Emittiert die Lasereinrichtung 4 jedoch Laserstrahlung mit nur einem Spektrum, so kann dessen Maximum auf einer der

Filterkanten, und insbesondere auf einer ausgewählten Filterkante des Etalons 10 liegen.

Dem Etalon 10 wird die Streustrahlung S durch einen Polarisator 1 1 zugeführt, wobei der Polarisator 1 1 die Streustrahlung S beispielsweise in Richtung auf das Etalon 10 zu reflektiert. Zwischen dem Polarisator 1 1 und dem Etalon 10 ist entlang eines Streustrahlungspfades P der Vorrichtung 1 eine Verzögerungsplatte 12 angeordnet. Die Verzögerungsplatte 12 ist beispielsweise ein λ/4-Plättchen. Die Streustrahlung S passiert die Verzögerungsplatte 12 und trifft auf das Etalon 10. Das Etalon 10 lässt einen Anteil der Streustrahlung S, dessen Wellenlängen nur auf einer Seite einer der Filterkanten des Etalon 10 liegen, als herausgefilterten Anteil T1 zum ersten Detektor 3 passieren. Der Restanteil R1 wird vom Etalon 10 reflektiert. Die Verzögerungsplatte 12 ändert die Polarisation des Restanteil R1 so, dass der Restanteil R1 entlang des Streustrahlungspfades P durch den Polarisator 1 1 hindurch zum zweiten Detektor 6 geleitet werden kann.

Figur 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 . Für Elemente, die in Funktion und/oder Aufbau Elemente, der Ausführungsbeispiele der bisherigen Figuren entsprechen, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Der Kürze halber ist im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zu den bisherigen Ausführungsbeispielen eingegangen.

Wie schon bei den bisherigen Figuren zeigt auch die Figur 5 die Vorrichtung 1 mit der Lasereinrichtung 4 und der die Laserstrahlung L streuenden Atmosphäre 5. Auch in der Figur 5 wird die gestreute Laserstrahlung L als Streustrahlung S zur Vorrichtung 1 geleitet. Der Wellenlängenfilter 2 der Vorrichtung 1 des Ausführungsbeispiels der Figur 5 dreht die Polarisationsebene des Anteils der Streustrahlung S, dessen Wellenlängen auf einer Seite der Filterkante liegen. Die Polarisationsebenen anderer Anteile der Streustrahlung S, deren Wellenlängen auf der anderen Seite der Filterkante liegen, werden nicht gedreht. Die Streustrahlung S kann vollständig durch den Wellenlängenfilter 2 hindurchtreten und an einem dem Wellenlängenfilter 2 nachgeschalteten Polarisator 20 in den herausgefilterten Anteil T1 und den Restanteil R1 aufgeteilt werden. Der Restanteil R1 kann wieder zum Detektor 6 und der herausgefilterte Anteil T1 zum Detektor 3 geleitet werden. Aufgrund der Drehung der Polarisationsebene trennt der Polarisator 20 die Streustrahlung S in die beiden Anteile R1 , T1 .

Dem Wellenlängenfilter 2 kann auch im Ausführungsbeispiel der Figur 5 das optionale Polarisationselement 13 vorgeschaltet sein, sodass die Streustrahlung S erst durch das Polarisationselement 13 polarisiert wird und danach die polarisierte Streustrahlung S zum Wellenlängenfilter 2 geleitet wird. Der Wellenlängenfilter 2 des Ausführungsbeispiels der Figur 5 kann ein atomarer Linienfilter 21 , beispielsweise eine Faraday-Filter, sein. Der Streustrahlungspfad P kann sich nach dem Polarisator 20 in zwei

Streustrahlungspfadabschnitte P1 , P2 verzweigen, die jeweils vom Polarisator 20 zu einem der Detektoren 3, 6 führen. Figur 6 zeigt schematisch die Funktion des Wellenlängenfilters 2 mit Streustrahlungen S.

Auf der Abszissenachse 31 des dargestellten Diagramms 30 ist die Wellenlänge λ in Nanometern aufgetragen. Die Ordinatenachse 32 des Diagramms 30 zeigt die Intensität der Streustrahlung S mit beliebiger Einheit.

Zunächst ist die Funktion des Wellenlängenfilters 2 mit nur einer Wellenlängenfilterkante beschrieben.

Die Filterkante 33 liegt bei einer ersten Wellenlänge I. Liegt das Maximum der

Laserstrahlung L bei der ersten Wellenlänge I und beträgt die Windgeschwindigkeit 0 m/s, so hat die Streustrahlung SO das als durchgezogene Linie gezeigte Spektrum, dessen

Maximum ebenfalls bei der ersten Wellenlänge I liegt. Ist die Windgeschwindigkeit größer als

0 m/s, so ist das Spektrum der Streustrahlung S dopplerverschoben und als gestrichelte Linie mit dem Bezugszeichen S1 versehen. Das Maximum des Streustrahlungsspektrums S1 liegt in der Figur 6 beispielhaft rechts von der ersten Wellenlänge I.

Das Spektrum SO ist symmetrisch zur ersten Wellenlänge I angeordnet. Auf beiden Seiten der Filterkante 33 vorhandene Anteile des Spektrum SO sind gleich groß. Liegt die

Windgeschwindigkeit jedoch über 0 m/s, so ist der Anteil des Spektrums S1 rechts der Wellenlänge I größer, als der Anteil des Spektrums S1 , der links von der ersten Wellenlänge

1 liegt. Beispielsweise ist der Anteil links der ersten Wellenlänge I der herausgefilterte Anteil I T und der Anteil der rechts von der ersten Wellenlänge I vorhanden ist, der Restanteil R. Nimmt die Windgeschwindigkeit zu, so wandert das Maximum der Streustrahlung S weiter weg von der Filterkante 33, sodass sich die Anteile R, T immer mehr voneinander unterscheiden.

Werden der Restanteil R und der herausgefilterte Anteil T voneinander subtrahiert, wenn die Windgeschwindigkeit 0 m/s beträgt, ist das Ergebnis null. Ist die Streustrahlung jedoch dopplerverschoben, so ist das Ergebnis ungleich null. Da der Restanteil R und der herausgefilterte Anteil T voneinander subtrahiert werden, wirkt sich die Dopplerverschiebung doppelt auf das Ergebnis aus, sodass die Windgeschwindigkeit mit Streustrahlung S einer geringeren Intensität bestimmt werden kann, als bei einer Messung mit Referenz.

Der Wellenlängenfilter 2 kann jedoch auch noch eine zweite Filterkante 34 aufweisen, die an einer zweiten Wellenlänge II angeordnet ist. Der Abstand der beiden Wellenlängen I, II entspricht der Filterbreite und der Filter sollte so breit sein, dass der Teil, der innerhalb der Filterkurve liegt, nicht bis auf die andere Seite der jeweils anderen Filterkante ragt. Vorzugsweise entspricht die Filterbreite im Wesentlichen der halben Dopplerbreite des Signals.

Ist der Wellenlängenfilter 2 ein Bandpass, so können die zwischen den Filterkanten 33, 34 vorhandenen Anteile der Streustrahlungsspektren SO, S3 die gefilterten Anteile T bilden. Die außerhalb des zwischen den Filterkanten 33, 34 vorhandenen Intervalls liegenden Anteile S1 und S4 der Streustrahlungsspektren können als herausgefilterte Anteile R verwendet werden.

Werden der Restanteil R1 und der herausgefilterte Anteil T1 sowie der Restanteil R2 und der herausgefilterte Anteil T2 jeweils voneinander subtrahiert, wenn die Windgeschwindigkeit 0 m/s beträgt, ist das Ergebnis null. Ist die Streustrahlung jedoch dopplerverschoben, so ist das Ergebnis ungleich null. Da der Restanteil R1 und der herausgefilterte Anteil T1 und zusätzlich der Restanteil R2 und der herausgefilterte Anteil T2 voneinander subtrahiert werden, wirkt sich die Dopplerverschiebung vierfach auf das Ergebnis aus, sodass die Windgeschwindigkeit mit Streustrahlung S einer noch geringen Intensität bestimmt werden kann.

Figur 7 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Windgeschwindigkeit schematisch als ein Flussdiagramm. Für Elemente der bisherigen Ausführungsbeispiele, die im Folgenden zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet sind, sind dieselben Bezugszeichen verwendet.

Das Verfahren 40 startet mit einem ersten Verfahrensschritt 41 , in dem beispielsweise Laserstrahlung L emittiert wird. Im folgenden Verfahrensschritt 42 wird die Laserstrahlung L in der Atmosphäre 5 gestreut. Die in der Atmosphäre 5 gestreute Laserstrahlung L wird im Verfahrensschritt 43 als Streustrahlung S von der Vorrichtung 1 empfangen.

Im nun folgenden Verfahrensschritt 44 wird die Streustrahlung S gefiltert. Die Intensität des herausgefilterten Anteils T wird im Verfahrensschritt 45 gemessen, wobei der

Verfahrensschritt 45 auf den Verfahrensschritt 44 folgt. Ebenfalls auf den Verfahrensschritt 44 folgt der Verfahrensschritt 46, in dem die Intensität eines Restanteils R der Streustrahlung S gemessen wird. Im Verfahrensschritt 47, der sich den beiden Verfahrensschritten 45 und 46 anschließt, werden die Intensitäten der beiden Anteile R, T zur Bestimmung der

Windgeschwindigkeit untersucht.

Optional kann vor den Verfahrensschritten 45, 46 zunächst ein Verfahrensschritt 48 erfolgen, in dem die Temperatur der Atmosphäre 5, in der die Windgeschwindigkeit gemessen werden soll, bestimmt werden. Die Temperatur kann beispielsweise anhand der Summe der Anteile T, R bestimmt werden.

Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch als ein Flussdiagramm. Für Elemente der bisherigen Ausführungsbeispiele, die im Folgenden zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet sind, sind dieselben Bezugszeichen verwendet.

Das Verfahren 50 des Ausführungsbeispiels der Figur 8 startet mit dem Verfahrensschritt 51 . Im Verfahrensschritt 51 wird Laserstrahlung L, deren spektrales Maximum bei einer ersten Wellenlänge I liegt, emittiert. Die Verfahrensschritte 52, 53 entsprechen im Wesentlichen den Verfahrensschritten 42, 43.

Im Verfahrensschritt 54 wird die Streustrahlung S gefiltert, wobei im nun folgenden

Verfahrensschritt 55 entweder der herausgefilterte Anteil T1 oder der Restanteil R1 der gefilterten Streustrahlung S gemessen wird.

Im nun folgenden Verfahrensschritt 56 wird Laserstrahlung in die Atmosphäre 5 emittiert, deren Spektrum sein Maximum bei der zweiten Wellenlänge II aufweist. Die Verfahrensschritte 57, 58 entsprechen wieder im Wesentlichen den Verfahrensschritte 42, 43.

Im Verfahrensschritt 59 wird wie im Verfahrensschritt 54 die zurückgestreute Streustrahlung S gefiltert, sodass im nun folgenden Verfahrensschritt 60 wie im Verfahrensschritt 55 die Intensität entweder des herausgefilterten Anteils T2 oder des Restanteils R2 bestimmt wird.

Im sich nun anschließenden Verfahrensschritt 61 wird die Geschwindigkeit anhand der herausgefilterten Anteile T1 , T2 und/oder der Restanteile R1 , R2 bestimmt. Vor dem

Verfahrensschritt 61 kann wieder anhand der Summe der Anteile R, T die Temperatur der Atmosphäre 5, in der die Windgeschwindigkeit gemessen werden soll, bestimmt werden. Auch beim Ausführungsbeispiel der Figur 8 kann zunächst die Temperatur des Gases, dessen Geschwindigkeit bestimmt werden soll, bestimmt werden. Bezugszeichen

Vorrichtung

2 Wellenlängenfilter

3 erster Detektor

4 Lasereinrichtung

5 Atmosphäre

6 zweiter Detektor

10 Etalon

1 1 Polarisator

12 Verzögerungsplatte

20 Polarisator

21 atomarer Linienfilter

30 Diagramm

31 Abszissenachse

32 Ordinatenachse

33, 34 Filterkante

40 Verfahren

41 Laserstrahlung emittieren

42 Laserstrahlung in Atmosphäre streuen

43 Streustrahlung empfangen

44 Streustrahlung filtern

45 Intensität des herausgefilterten Anteils messen

46 Intensität des Restanteils messen

47 Windgeschwindigkeit bestimmen

48 Temperatur bestimmen

50 Verfahren

51 Laserstrahlung mit erster Wellenlänge emittieren

52 Laserstrahlung in Atmosphäre streuen

53 Streustrahlung empfangen

54 Streustrahlung filtern

55 Intensität des herausgefilterten Anteils oder des Restanteils messen

56 Laserstrahlung mit zweiter Wellenlänge emittieren

57 Laserstrahlung in Atmosphäre streuen

58 Streustrahlung empfangen

59 Streustrahlung filtern

60 Intensität des herausgefilterten Anteils oder des Restanteils messen 61 Windgeschwindigkeit bestimmen

I erste Wellenlänge

II zweite Wellenlänge

L Laserstrahlung

P Streustrahlungspfad

P1 , P2 Streustrahlungspfadabschnitte

T herausgefilterter Anteil

T1 , T2 herausgefilterter Anteil der gefilterten Streustrahlung S Streustrahlung

R Restanteil

SO, S1 , S2, S3 gefilterte Streustrahlungen

R1 , R2 Restanteil der gefilterten Streustrahlung