用金属球对敏视达C波段双极化雷达进行标定的初步方案_2014年3月9日.doc

用金属球对敏视达C波段双极化雷达进行标定的初步方案2014年3月9日2014年3月10日修改1 金属球反射的能量的计算RCS=pi*0.152 %金属球的直径为30cm，则半径为0.15mPt=125e3 %发射功率为125kW ，采用双极化方式G=10(41.5/10) %天线增益lamda=3e8/5625e6 %雷达波长R=8e3; %金属球距离雷达的距离L=-3.1 %馈线损耗：1.2+1.9dB（含波导、旋转关节、TR管等）Pr=Pt*G2*RCS*lamda2*10(L/10) /( (4*pi)3 *R4)Pr_dBm=10*log10(Pr*1000)SNR=Pr_dBm-(-114+3+10*log10(2)计算结果为：在距离雷达8km处的金属球，接收机收到的反射功率为：-65.18dBm，相当于SNR为42.8dB。可见：在此距离处，雷达是完全能看到金属球的回波的。当然，如果距离更近一点，则金属球的反射功率随着距离的四次方而变化。备注：将发射功率改为了125kW，因为决定采用双极化方式，以便同时观测dBZ和ZDR。2 把金属球升上去金属球采用氦气球，将其悬空在高度为300m的空中。采用空心泡沫球，外表面贴上铝箔。经测量，重量为120克。拉住金属球的线采用凯夫拉的线，既轻，而且非常牢固，抗拉强度大于100kg。每100m的重量为20克。总共长度为300m，重量为60g。气球采用直径0.9m的球，球皮的重量为：30克所以，气球+金属球+线的总重量为：120+60+30=210克而直径0.9m气球的体积为4*pi/3*0.453*1000=381升，所能产生的浮力为：381*(1.29-0.17)= 426克。因此，能顺利的升上去，并且有较大的余量，可以抵抗风的影响。备注：先买一个直径25cm的气球，充上氦气，测一下浮力和上升的高度。经计算，这个气球的浮力是9.1克，气球重量是1.8克，用凯夫拉的线，在高度是36m时达到平衡点。3 试验地点3.1 地点A：石臼湖边的农田观察雷达给出的SNR数据发现，在4km以内，SNR值很高。这是由于天线的副瓣打到四周的山上，尽管该天线副瓣指标很好，但山的反射率是在是太大了。因此，如果气球在4km之内，就会被山的回波所淹没了。试验地点会出现橙红色回波于是，决定在240度方向，距离为8km处进行试验。这个地方是湖边的农田，海拔高度为10m。四周空旷，应该可以放气球。地图如下：金属球相对于雷达的方位、距离、仰角的计算如下：可见，当气球的海拔高度为294m时，相对于雷达的仰角为0.5度。3.2 地点B：一个山头上这个地点需要孟老师派人调研。记录经纬度、高度。4 雷达工作模式雷达工作在方位扇扫模式，以240度为中心，左右10度扫描。采用双极化方式，以便同时观测dBZ和ZDR。1000Hz重复周期，0.5us脉冲宽度，方位上64点积累，距离上2点积累，天线扫描速度：3deg/s，不进行地物抑制处理。（参数同NJU_VCP21模式基本相同）由于天线方位转的比较慢，方位上每隔0.2度，就能给出一组径向数据，以确保仰角波束正好对准金属球。雷达显示量程设定在10km，如下：这个地方会出现橙红色的回波在试验时，雷达的基数据（其中要有SNR的数据）和IQ数据同时进行保存，以便事后分析。在试验时，雷达先在仰角0.5度上扫描。如果发现了金属球，则连续扇扫20次，然后将仰角增加0.2、0.4度，再各扫20次，再减少0.2、0.4度，再各扫20次。目的是为了确保仰角波束正好对准金属球。如果在0.5度上，没有发现金属球。则将金属球从300m的高度再升高100m，达到400m。此时雷达的仰角也需要变为1.26度。如果再没有发现，则再升高100m，达到500m。此时雷达仰角为1.98度。如果仍没有发现，则停止试验。据估算，扇扫20次的持续时间约为4分钟，然后仰角需改变5次。因此总共试验时间需要30分钟（如果顺利的话）。注意：每做一次扇扫，就要查看磁盘阵列上的基数据和IQ数据，确保已经保存。注意：在试验前，雷达要进行一下发射功率、噪声系数、噪声功率、雷达常数的标定，记录标定的结果。最好采用外部的仪表来进行测试，5 经费预算氦气最贵，而且是消耗品（因为氦气无法回灌到氦气瓶中）。目前淘宝上，200元，能买到22升*20个大气压，相当于400升的氦气。一次试验需要3瓶，共需600元。至于其余的东西，如气球、泡沫球、铝箔、凯夫拉线（每隔100m做个明显的标记）、绕线的轮子，价格忽略。这些东西都由陈建军负责购买，南京大学报销。6 安全试验结束后，气球中的氦气要放掉，防止不当心飞上