用金属球对敏视达C波段双极化雷达标定结果（第1次试验）_2014年4月4日.doc

用金属球对敏视达C波段双极化雷达标定结果（第一次试验）2014年4月4日1 试验过程1.1 试验时间和人员 2014年4月4日 11点13:30点金属球升空到达指定高度的时间为：12:5013:00人员：杨正玮、陈建军1.2 试验地点：溧水县石臼湖边的农田试验地点金属球相对于雷达的方位、距离、仰角的计算如下：注意：当时气球的高度估计没有300m。虽然风筝线有300m多一点，但由于线是倾斜的，角度大概是60度。这就造成高度实际上只有300*sin(60)+当地海拔高度=270m。当实际高度为270m时，相对雷达的仰角如下：1.3 用风筝把金属球升上去金属球采用淘宝上购买的2.5米大小的风筝，将其悬空在高度为300m的空中。拉住金属球的线采用凯夫拉的线，长度为1000m的线，重量为200克，既轻，而且非常牢固，抗拉强度大于100kg。1.4 雷达工作模式当时，雷达工作在NJU_VCP21模式，扫描周期很长，没有进行优化设计。因此在持续10分钟的试验过程中，仅有一组有效的数据。这是一个深刻的教训！2 试验结果2.1 金属球反射能量的计算计算程序在“E:CJJWRP900AGeneral关键技术研究雷达总体金属球标定Matlab”目录下的RCS_Receiver_Power_Calc.m。其中各个参数都是采用雷达实际测量的结果。经计算：在距离雷达7.7km处的直径30cm的金属球，接收机收到的反射功率为：-64.36dBm，相当于SNR为44.22dB，相当于dBZ为32.65dBZ（该dBZ就可以作为一个准确的真值，和雷达的测量结果进行对比）。可见：在此距离处，雷达应该是完全能看到金属球的回波的。2.2 雷达自身的RVP9信号处理器给出的回波图全部的回波图片在“图片RVP9输出的结果（距离分辨率为150m）” 目录下，其中UTC时间为 04:54:11为金属球升上去的回波，其余为没有升上去的回波。当金属球还没有升上去的回波：金属球的所在地当金属球升到高空的回波：金属球的所在地从上面两张图可以看出，由于金属球和村庄相距很近（在同一个距离库内，由于进行了距离上的2次积分，因此距离库的大小为150m），造成村庄的回波和金属球的回波混在一起，无法分清。2.3 利用IQ数据重新进行信号处理给出的回波图全部的回波图片在“图片IQ重新计算结果（距离分辨率为75m）” 目录下，其中UTC时间为 04:54:11为金属球升上去的回波，其余为没有升上去的回波。当金属球还没有升上去的回波：金属球的所在地当金属球升到高空的回波：金属球的所在地注意：这里的IQ数据没有进行距离上的2次积分，因此距离的分辨率为75m。对比雷达自身的RVP9信号处理器给出的回波图（距离分辨率为150m）和这里的结果，可以发现：l 今后在进行标定时，距离上不能进行积分。也就是说，雷达发射脉冲的宽度，要和距离库的长度相同。注意：这里的计算所采用的雷达在1km处的最小可检测dBZ（即dBZ0）为-29.3dBZ，而不是RVP9信号处理器所使用的-37dBZ。因此，回波幅度相对RVP9给出的幅度强了8dB。（根据前一阶段，我们将该雷达给出的dBZ与别的雷达和雨滴谱的结果进行对比发现，RVP9给出的回波强度好像偏弱约8dB）2.4 对该金属球所在的距离单元进行频谱分析的结果对该金属球所在的距离单元的IQ数据进行FFT运算，结果如下： 当金属球还没有升上去的频谱：金属球的所在距离单元的频谱，是地物当金属球升到高空的频谱：金属球的所在距离单元的频谱，地物+金属球在UTC为05:01:19时刻（即北京时间13:01:19），该金属球的回波更加明显：金属球的所在距离单元的频谱，地物+金属球3 试验结论3.1 由于金属球和村庄相距很近（在同一个距离库内），造成村庄的回波掩盖住了金属球的回波，因此需要重新进行试验。在相同的方位，距离上再远300m，就可以避开村庄了。3.2 利用IQ数据重新进行信号处理的结果，可以看到一点点的金属球的回波（距离分辨率为 75m）。但是计算出的回波强度为21dBZ左右，和理论值32.65dBZ相差较大，原因未明。而如果对距离上进行2次积分，则基本看不出金属球的回波。3.3 利用IQ数据频谱分析，可以较为清晰的分辨出地物回波和金属球的回波3.4 要通过多次平均，去除该距离单元地物回波的强度对金属球回波强度的影响3.5 在允许的情况下，金属球越大越好，仰角越高越好，以提高所谓的“信杂比”3.6 收获了很多经验教训，为下一次做准备l 要购买一个电动的收放线的工具，以节省体力；l 要带手套，防止线割伤手；l 收放线的工具要用皮带，和身体相连，防止不小心松掉；l 风筝要固定两个点，防止一个点断裂；l 要用钥匙圈，将金属球和风筝线连在一起，以方便拆卸；l 放风筝的地方要远离电线，特别是高压线；l 放风筝的地方要远离村庄、建筑物，否则建筑物的回波会掩盖住金属球的回波；l 金属球要用2个固定点，防止绳子断裂。在球的内部，要想办法防止绳子割破泡沫塑料。l 金属球的铝箔脱落严重，要重新购买单面涂胶、双面导电的专用铝箔，重新贴铝箔。l 由于采用风筝的方案，因此金属球可以更重一点也没关系。因此决定重新购买直径为0.6m的泡沫球。这样的话，反射能量能提高6dB。备注：0.6m的泡沫球和专用铝箔已经在淘宝上买好了，大概后天到货。4 雷达工作模式的设计4.1 建议的扫描表配置各个参数设置值说明VCP NameNJU_ dBZ_CAL扫描类型(ScanType)VCP要改为扇扫的体扫极化方式（Polarization）双发双收（Dual）发射脉冲宽度（PulseWidth）0.5us75m处理模式（ProcessMode）PPP解速度模糊模式（UnfoldMode）NONE由于DPRF有问题，所以只采用单重频方式距离积分次数（BinAverage）1注意：不要进行距离积分重复频率（PRF）1000Hz相关脉冲数（Samples）64最大距离（MaxRange）30km波形（WaveForm）要采用随机相位编码方式天线扫描速度(ScanSpeed)3.9063deg/s（因为要确保0.25度输出1组数据，因此这里的转速比较奇怪）方位从以240度为中心，左右10度仰角（Elevation）分为10个仰角层面：0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、1.7、1.9输出数据dBT、DBZ、V、W、SQI、ZDR、CC、PHIDP、KDP、SNR地物抑制滤波器（GC Filter）00表示直通，即不进行滤波PointFilter无效注意：这3个参数一定要设为无效，防止将单个的点目标给滤除掉Speckle Filter Log无效Speckle Filter Dop无效LOG门限设定0dBDBT、DBZ、VEL、WID、ZDR的门限控制LOG4.2 该模式下的雷达性能根据上面的配置，结合雷达实际的技术指标，可以计算出该模式下，雷达的参数如下：接收机灵敏度=-114+2.4+10*log10(2)= -108.6 dBm各个参数结果雷达系统灵敏度-29.3dBZ1km方位分辨率0.25度一个结果距离分辨率75m一个体扫的时间8*10 s1分30秒据估算，体扫1次的持续时间约为1分30秒，连续体扫20次，因此总共试验时间需要30分钟（如果顺利的话）。另外，试验前需加上15分钟、试验后加上15分钟，记录在没有金属球情况下的地物杂波。因此总共试验需耗时1个小时。有了20组+20组有效数据，分析起来就容易了。4.3 仰角间隔0.2度，够不够？由于仰角间隔为0.2度，可能会造成波束无法精确对准目标，从而造成天线的增益会下降一点，会造成计算的错误。那么，0.2度仰角间隔引起的天线增益的误差会有多少呢？如果目标偏离波束中心0.6度（波束宽度的一半），则天线增益会下降3*2=6dB（双程）；如果目标偏离波束中心0.3度（波束宽度的1/4），则天线增益会下降3/4*2=1.5dB（双程）；如果目标偏离波束中心0.15度（波束宽度的1/8），则天线增益会下降3/16*2= 0.38dB（双程）；如果目标偏离波束中心0.1度（波束宽度的1/12），则天线增益会下降3/36*2= 0.17dB（双程）；可见，只要仰角间隔0.2度，如果我们选择回波幅度最大的那个仰角层面，则造成的天线增益的误差不会超过0.17dB ，从而造成最终的dBZ的标定结果的误差也不会超过0.17dB。注意：以上关于目标偏离波束的位置与天线增益下降的关系，是根据天线方向图的包络推算出来的。5 新发现的IQ数据中的问题根据NJU 雷达问题回复.docx，敏视达对I