南大C波段雷达标校情况_2014年5月30日.doc

南大C波段雷达标校情况测试时间：2014年5月27日测试人员：杨正玮、陈建军、杜云东等测试仪表，Agilent N1912A、8563E等，都在规定的检定期内。1 金属球测试上午，首先进行了金属球测试，结果见用金属球对敏视达C波段双极化雷达标定结果（第5次试验）.doc。2 技术指标测试2.1 发射分系统2.1.1 发射功率雷达的发射脉宽为0.5us时，测得峰值功率为180kW+1.5dB=254kw，满足指标要求。注意：刚开始测试时，由于40dB的衰减器的衰减量有偏差，实际上是41.5dB（后来采用信号源+频谱仪测定的结果）。因此误以为发射机的功率有问题，浪费了不少时间。另外，敏视达公司的功率计的探头起伏大，改用四创公司借来的探头才行。2.1.2 发射频谱和频谱经测试，发射载频为：5625MHz。发射频谱正常，如下图：2.2 接收分系统2.2.1 噪声系数噪声源的ENR=15.38dB （5425MHz）首先测出噪声源不通电和通电时，对应到RVP9数字接收机输入端的噪声功率，然后根据噪声系数计算公式，得到噪声系数。（备注：这个噪声系数是包括了数字接收机的噪声）。总共测试了10次。水平通道：冷态噪声：-75.956dBm ，方差为0.019dB 热态噪声：-63.096dBm，方差为0.012dB因此，噪声系数=2.751dB，方差为0.020dB。垂直通道：冷态噪声：-76.389dBm ，方差为0.016dB 热态噪声：-63.888dBm，方差为0.015dB因此，噪声系数= 3.131dB，方差为0.027dB。奇怪？垂直通道的噪声系数怎么会这么差？发现原来是噪声源和接收机输入的电缆没有拧紧。重新测试。冷态噪声：-76.400dBm ，方差为0.015dB 热态噪声：-63.568dBm，方差为0.015dB因此，噪声系数= 2.781dB，方差为0.028dB。这个结果才正确。这也就说明，在测试的时候，一方面要仔细、认真，电缆一定要拧紧；另一方面，对测试结果应该是多少要心中有数，及时发现问题。2.2.2 灵敏度该雷达在出厂验收的时候，已经确认灵敏度、噪声系数、带宽三者之间是高度一致的。因此，我们就可以从噪声系数、带宽，来计算接收机的灵敏度：水平通道：-114+2.751+10*log10(2)= -108.239dBm垂直通道：-114+2.781+10*log10(2)= -108.209dBm可见，在测试误差范围内，水平和垂直接收机的灵敏度是非常一致的。2.2.3 接收机增益由于已经精确测量到了两个通道的灵敏度，因此就可以计算两个通道的增益了（从低噪声放大器端到RVP9数字接收机的AD输入端）。水平通道增益：-75.956-(-108.239)= 32.283dB垂直通道增益：-76.400-(-108.209)= 31.809dB水平通道的增益比垂直通道大0.474dB。这个结果也与根据雷达记录的IQ数据，对茅草的分析结果是一致的。2.2.4 用太阳法测试接收通道的波导+接收机的增益一致性将雷达的天线跟踪住太阳，测得两个通道所收到的太阳辐射功率+接收机自身的噪声功率为：水平通道：-70.393dBm，方差：0.017dB垂直通道：-70.737dBm，方差：0.026dB水平通道的幅度比垂直通道高0.344dB，基本正常。（因为水平通道的增益就高一点）2.2.5 用一种论文中的方法测试接收通道的波导+接收机的增益一致性用信号源产生连续波测试信号，一直传到天线顶上的1分2功分器，再同时通过定向耦合器，注入到两个水平和垂直的波导，再传到接收机，在终端软件上测量两个通道得到的信号功率。水平通道的测量到的功率为：-11.02dB，垂直通道为： -10.56dB然后，爬上天线，将1分2功分器输出的两根线互换(互换的目的是为了验证功分器是否两路一致)注入水平和垂直的波导，测试结果如下：水平通道的测量到的功率为：-11.04dB，垂直通道为： -10.56dB从上面的测试结果可以看出，水平通道的幅度竟然比垂直通道低0.46dB。但是，在前面对接收机的增益测试表明，水平通道的接收机增益是大于垂直通道的。因此，这种方法的测试结果和实际情况不符。（分析原因是由于两个通道的定向耦合器是不可能绝对一样的，而且定向耦合器的耦合度的精确测量非常难。因此，我们认为论文中的方法在工程中是不可行的）。2.3 馈线损耗用信号源从发射机输出的波导口注入，然后将天线上的馈源口用短路板短路。此时，雷达工作在双发双收模式。在软件中，测量两个接收通道收到的信号功率：l 水平通道：2.01dBl 垂直通道：1.94dB然后，让雷达工作在单发双收模式（机械式的电子开关，会将所有的能量都传输到水平通道）。在软件中，测量两个接收通道收到的信号功率：l 水平通道：5.06dBl 垂直通道：-31.28dB（垂直通道残留的能量是由于馈源的极化隔离度，以及水平和垂直两路接收机之间的隔离度造成的）然后，将信号源直接和水平通道的低噪声放大器输入端相连，测量：l 水平通道：8.60dBl 垂直通道：-34.0dB（此时，垂直通道残留的能量是由于水平和垂直两路接收机之间的隔离度造成的）然后，将信号源直接和垂直通道的低噪声放大器输入端相连，测量：l 垂直通道：8.26dB然后，再将信号源直接和水平通道的低噪声放大器输入端相连，测量：l 水平通道：6.35dB（这个结果不正常，后来发现是拧电缆的时候，把另一端的螺丝拧松了）然后，再将信号源直接和垂直通道的低噪声放大器输入端相连，测量：l 垂直通道：8.24dB然后，再将信号源直接和水平通道的低噪声放大器输入端相连，测量：l 水平通道：8.63dB通过上述的结果，就可以计算馈线损耗了（包括发射和接收，也包括了大功率功分器的3dB损耗）：水平通道的馈线损耗为：(8.60+8.63)/2-2.01=6.61dB垂直通道的馈线损耗为：(8.24+8.26)/2-1.94=6.31dB当我们看到这个结果时，终于知道两个月以来一直困扰这部雷达的ZDR偏差的问题，原因找到了！就是由于水平通道的馈线损耗比垂直通道要大了约0.3dB。但是信号处理软件以为两者是相同的，因此计算的结果自然会出现-0.3dB的偏差了。但是，前一阶段降水发现ZDR的偏差为-0.5dB，因此还有-0.2dB的差异无法解释。3 雷达常数和dBZ的变化在该雷达信号处理软件原先的设置中，在0.5us脉冲宽度下，l 接收机灵敏度=-114+2.4+10*log10(2)= -108.6 dBml 水平和垂直通道的雷达常数C为（对数表示）：79.3298l 水平和垂直通道的dBZ0为-29.27dBZ1km但是，经过这次测量，各个参数需要修改为：参数结果接收机灵敏度-108.24dBm（水平通道）-108.21dBm（垂直通道）雷达常数C(dB)79.93（水平通道）79.63（垂直通道）雷达系统灵敏度（即dBZ0）-28.31dBZ1km（水平通道）-28.58dBZ1km（垂直通道）注意：上表中，雷达的dBZ0比起以前的值（-29.3dBZ）大了1dB（因为波导损耗增加了0.5dB，噪声系数增加了0.4dB，发射功率降低了0.1dB）。也就是说，以前探测的回波强度需要加上1dB。另外，用噪声源的测量表明，当噪声源不通电时，接收机的噪声功率为：l 水平通道噪声：-75.96dBm l 垂直通道噪声：-76.40dBm 但是，根据日志文件显示，l 水平通道噪声：-77.281dBm ，方差为：0.021dBl 垂直通道噪声：-77.734dBm ，方差为：0.021dBl 两个通道的噪声相差：0.454dB可见，该雷达自动统计得到的接收机噪声（这是当雷达天线对准天顶的时候统计的），比起接收机真正的噪声，要低1.32dB（H）和1.33dB（V）。也就是说，信号处理计算出来的SNR值要比真正的值要高1.32dB。总之，两者相抵（雷达的dBZ0比起以前的值大了约1dB，SNR比起真正的值要高约1.3dB），以前探测得到的dBZ需要减少0.3dB，才是真正的回波功率。但是，这还不足以解释了前几次进行金属球标定的时候，发现的雷达探测到的金属球的dBZ比理论值高4dB。肯定还有其他原因，还需仔细研究。4 测试结论经过这次测量，从硬件层面，找到了前一阶段该雷达观测到ZDR存在偏差的原因。另外，通过前一阶段雷达实际观测的回波，其双偏振的观测结果也是非常好。总之，这部雷达是可以满足本次观测任务的需求。但是，回波强度上的4dB差异的原因还没有找到（通过本次标定，找到了0.3dB的原因），等待第5次金属球标定的结论（试验已经做完了，但数据还没有分析）。注意：5月31日观测发现，ZDR的偏差有了一点变化（这应该是5月27日的标校中，对电缆、波导等进行拆装造成的）。为了保证雷达的观测试验能顺利完成，建议在观测的两个月内，不要对雷达进行硬件上的任何改动（包括拧螺丝、拆电缆等），软件（除了体扫表的配置）也不要改动。也不要对雷达的自制的数字接收机和信号处理器进行测试了（等观测试验结束再测试吧）。总之，什么都不要动，稳定第一。5 惊险的过程试验地点在一个水库的堤坝上，堤坝很窄，勉强能走两辆车。因此当有车通过的时候，需要将雷达车的梯子收起来，把舱门关闭，这样别的车才能开过去。但是，堤坝上来来往往的车子很多（有很多人钓鱼），因此不断要收梯子、关门。在这次测试中，由于需要用仪表，因此把电源接线板的电源线（后来发现电源接线板可以从后面的舱室中得到供电，而不需要从前面的舱室供电）从前面舱室的舱门通过。但是在有一辆车经过、需要关门的时候，没有注意到这根电源线，舱门一下子把电源线压短路了（当天风很大，门一下子就关上了）。然后立即造成三相电中有一根相就没有了（缺相），立即造成发射机里面有个电路板上的变压器冒烟短路了，整个舱室内全部都是烟。把我们吓坏了。不幸中的万幸是，由于变压器短路，立即造成保险丝断开了，从而没有将故障