南信大C波段双偏振雷达_发射耦合信号分析_2014年9月23日.doc

南信大C波段双偏振雷达发射耦合信号分析南京大学2014年9月2326日目 录1 概述12 Matlab分析程序13 对发射耦合信号的分析结果43.1 对IOP311的全部基数据的分析结果43.1.1 IOP343.1.2 IOP443.1.3 IOP553.1.4 IOP653.1.5 IOP763.1.6 IOP863.1.7 IOP973.1.8 IOP1073.1.9 IOP1183.1.10 小结83.2 对雷达的距离系统偏差的分析94 结论125 下一步工作125.1 把分析文档和相关的数据给雷达厂家，对存在的问题加以分析125.2 在RVP9数字中频接收机的输入端，用示波器连续监测发射耦合信号的幅度变化135.3 购买超大容量的存储设备，以便能在观测试验中，连续长时间保存数字中频接收机输出的IQ数据，以便事后分析136 一张奇怪的回波图131 概述9月23日，我们对南京信息工程大学的C波段双偏振雷达（该雷达也是北京敏视达公司制造的，也是采用了RVP9信号处理器）进行了发射耦合信号的强度分析。分析方法同南京大学C波段双偏振雷达_回波强度发生突然变化_发射耦合信号分析_2014年9月5日.doc。我们对IOP3IOP11，以及8月份的所有观测结果进行了全面的分析，从9月23日26日，计算机的Matlab分析程序连续计算了3天。分析结果表明：l 这部雷达的发射耦合信号的dBT，在每一个IOP的观测期间，都会有约4dB 的变化。（南大雷达在各个IOP观测期间，也同样有约3dB的起伏现象）l 如果发射耦合信号是稳定的，则就说明雷达观测的降水回波的强度也会有如此大的变化，这已经远远超过了雷达所要求的强度测量精度（一般要求精度是1dB ）。需要分析当时雷达的日志文件以及标定系统，看看雷达的标定、雷达常数的计算等是否存在问题。l 当然，这也可能是发射耦合信号本身的起伏造成的。这可以通过用示波器，在RVP9数字中频接收机的输入端，连续监测（需要连续监测几天才行）发射耦合信号的中频幅度，并进行记录和分析，来确定是否是这个原因造成的。l 通过对发射耦合信号距离偏差的分析，以及铁塔和GoogleEarth的距离对比，该雷达在距离上存在约300m的系统偏差，需要在后续分析中加以扣除（雷达厂家最好能找出这个300m系统偏差的具体原因是什么。南大雷达的系统偏差仅为75m）。l 南大雷达在各个IOP观测期间出现的、约6dB的强度突然变化的问题（相邻的两个体扫），在这部南信大的雷达中没有出现。2 Matlab分析程序我们编写了能进行批量分析的Matlab程序，自动对基数据进行读取、解析、选取最高的仰角层面、第5个距离单元（即发射耦合信号所在的位置）的dBT，然后绘制随方位变化的图，并进行统计，求出平均值和方差。注意：经过观察发现（观察哪一个距离单元的幅度最强），该雷达的第5个距离单元才是发射耦合信号的位置，而不是第1个距离单元，也不是南大雷达的第2个距离单元。注意：这就说明这部雷达存在一个较大的距离系统偏差（75m一个距离单元*(5-1)=300m）。该距离偏差可以通过观察地物（如：铁塔），和Google Earth或GPS进行对比进行确认。注意：当距离库为300m，则经过观察发现，发射耦合在第2个距离库；当距离库为150m，则经过观察发现，发射耦合在第3个距离库。Matlab程序见：“Read_NUIST_CPol_Radar_BaseData_TransDistance_Analysis.m”。下面绘制出文件名为=NUIST.20140620.000133.AR2.bz2的第14个仰角层面（仰角为19.5度），不同径向、不同距离库上的dBT的强度图如下：从上图可见，在第5个距离单元处，回波强度最强，可以认为此距离库就是发射耦合信号的位置。该文件中，发射耦合信号的dBT随方位的变化如下图：从上图可以看出，在这个期间内，发射耦合信号的dBT的结果是比较稳定的，变化不超过0.3dB（对所有的径向进行平均之后，就会更加稳定了）。因此，发射耦合信号的结果，应该可以用于判断雷达的标定雷达、雷达常数是否发生了变化。同时，以.txt文本形式将该体扫下的分析结果记录下来，保存在TXT子目录中，以便后续的分析。一个典型的txt文件如下所示：从上面的txt文件中，可以很方便的看出某个基数据中，当时的极化方式、发射耦合信号的dbT、以及发射耦合信号的dBT的方差（随方位变化）情况。3 对发射耦合信号的分析结果3.1 对IOP311的全部基数据的分析结果将各个IOP下，所有基数据中，发射耦合信号的dBT的变化，绘制成横轴是体扫次数、数轴是数值的曲线图，以便可以清晰的看出在整个观测试验中，这些参数的变化情况。生成的图片保存在 NUIST_CPolAnalysisIOPxTransDistanceResult目录下。注意：该雷达没有IOP1、IOP2的观测结果（当时雷达存在一些问题，没有进行观测）。3.1.1 IOP3在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3034dB之间。3.1.2 IOP4在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3132.5dB之间。3.1.3 IOP5在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3034dB之间。3.1.4 IOP6在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3234.7dB之间。3.1.5 IOP7 在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3032.5dB之间。3.1.6 IOP8 在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3034.5dB之间。3.1.7 IOP9在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3235dB之间。3.1.8 IOP10在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3133dB之间。3.1.9 IOP11在这个IOP中，发射耦合信号的幅度起伏在3135dB之间。3.1.10 小结将这些IOP观测结果的发射耦合信号的dBT的变化曲线，列表如下：表1 发射耦合信号的dBT的变化结果IOP起止时间发射耦合信号的dBT变化范围36.146.173034dB46.206.213132.5dB56.246.273034dB66.307.33234.7dB77.47.53032.5dB87.117.133034.5dB97.157.183235dB107.247.253133dB117.308.13135dB从表中可以得出以下初步结论：l 这部雷达的发射耦合信号的dBT，在每一个IOP的观测期间，都会有约4dB 的变化。l 如果发射耦合信号是稳定的，则就说明雷达观测的降水回波的强度也会有如此大的变化，这已经远远超过了雷达所要求的强度测量精度（一般要求精度是1dB ）。需要分析当时雷达的日志文件，看看雷达的标定是否存在问题。l 当然，这也可能是发射耦合信号本身的起伏造成的。这可以通过用示波器，在RVP9数字中频接收机的输入端，连续监测（需要连续监测几天才行）发射耦合信号的幅度，并进行记录和分析，来确定是否是这个原因造成的。3.2 对雷达的距离系统偏差的分析在第2章中，我们谈到：注意：经过观察发现（观察哪一个距离单元的幅度最强），该雷达的第5个距离单元才是发射耦合信号的位置，而不是第1个距离单元，也不是南大雷达的第2个距离单元。注意：同时也说明这部雷达存在一个较大的距离系统偏差（75m一个距离单元*(5-1)=300m）。该距离偏差可以通过观察地物（如：铁塔），和Google Earth或GPS进行对比进行确认。下面，为了确认是否存在这个系统偏差，我们通过低仰角的地物回波，和GoogleEarth上得到的距离进行对比。在对比分析中，主要的难点就是要在GoogleEarth地图上和雷达的回波图中，要能确保找到的物体是同一个，这就需要采用一些技巧了。将0.5度仰角的雷达回波的dBT显示如下（显示量程为30km）：此处是一连串的电线铁塔将一连串的电线铁塔的回波放大显示如下：注意：这里有一个拐点将拐点的部分再度放大：从雷达数据中得到这个拐点的方位是：356.33度，距离为:15.75kmGoogleEarth中，可以看到在同样位置，有一连串的电线铁塔，如下图：从上图可见，在一连串的铁塔中，也有一个拐点（通过这个拐点，就可以确保找到的物体是同一个了），其相对于雷达的方位和距离如下：也就是说，从雷达观测到的铁塔的距离是15.75km，而从GoogleEarth中得到的距离为：15.426km，即雷达的观测结果远了约300m。这个结果，和前面通过发射耦合信号分析的结果是一致的。通过对上图中、其它几个铁塔的距离对比分析，也同样的存在约300m的系统偏差。因此，我们可以得出以下初步结论：l 该雷达在距离上存在约300m的系统偏差。4 结论l 这部雷达的发射耦合信号的dBT，在每一个IOP的观测期间，都会有约4dB 的变化。（南大雷达在各个IOP观测期间，也同样有约3dB的起伏现象）l 如果发射耦合信号是稳定的，则就说明雷达观测的降水回波的强度也会有如此大的变化，这已经远远超过了雷达所要求的强度测量精度（一般要求精度是1dB ）。需要分析当时雷达的日志文件以及标定系统，看看雷达的标定、雷达常数的计算等是否存在问题。l 当然，这也可能是发射耦合信号本身的起伏造成的。这可以通过用示波器，在RVP9数字中频接收机的输入端，连续监测（需要连续监测几天才行）发射耦合信号的中频幅度，并进行记录和分析，来确定是否是这个原因造成的。l 通过对发射耦合信号距离偏差的分析，以及铁塔和GoogleEarth的距离对比，该雷达在距离上存在约300m的系统偏差，需要在后续分析中加以扣除（雷达厂家最好能找出这个300m系统偏差的具体原因是什么。南大雷达的系统偏差仅为75m）。l 南大雷达在各个IOP观测期间出现的、约6dB的强度突然变化的问题（相邻的两个体扫），在这部南信大的雷达中没有出现。5 下一步工作5.1 把分析文档和相关的数据给雷达厂家，对存在的问题加以分析5.2 在RVP9数字中频接收机的输入端，用示波器连续监测发射耦合信