敏视达雷达RHI回波上下起伏_原因分析和解决办法_2014年3月13日

1、敏视达雷达RHI回波上下起伏_原因分析和解决办法2014年3月13日1 问题描述上面两张图，在时间上相差15秒钟。但发现图像会一上一下。让我们观察100km处的回波，看速度正好发生模糊的那个区域（从红色向蓝色跳变的区域）。可以发现，在高度上波动的幅度为430多米 ，相当于arcsin( 430/100e3)=0.25度。但是，如果依次间隔1个观察RHI的图片（每次RHI扫描，一次是仰角从上往下扫描，一次是从下往上扫描），就没有上述波动的现象。在“未修正的图片” 目录下可以发现更多存在这个问题的图片。通过对图片的连续播放，可以很容易的发现这个问题。2 原因分析我们分析，这是由于两个原因造成的：2

2、.1 天线俯仰齿轮传动的间隙1.由于天线的俯仰值依靠所谓的“光电编码器”来得到，光电编码器依靠齿轮和天线相连。为了减少齿轮传动的间隙，该雷达采用了单级双片消隙齿轮装置。如下图：天线轴光电编码器齿轮但是，如果齿轮的间隙不像设计的那么小，就会造成在天线往上升和往下降的时候，由于存在齿轮的间隙，就会造成回波的上下起伏。2.2 天线俯仰数据传输延迟天线仰角数据传到数据中频接收机，有一定的延迟时间。根据以前和雷达厂家的人讨论的结果，伺服传来的方位数据每45ms发送一次。也就是说，天线当前的仰角数据，最多会延迟45ms，最少则没有延迟，才发送给数字中频接收机，和IQ数据打包在一起。平均下来为22.5ms。

3、注意：这里还要加上由于串行波特率的影响，传送一次数据也需要花费时间，波特率为9600bps，相当于1ms一个字节，方位、俯仰、加上同步头，一般要6个字节。串行传送所需的时间约为6ms。两者加在一起，则天线俯仰数据传输延迟为22.5+6=28.5ms，就算30ms。让我们来计算一下30ms造成角度上的延迟是多少：在RHI模式下，我们设定的天线俯仰速度为3.9deg/s，则30ms相当于天线俯仰变化了3.9*0.03=0.117度。也就是说，在天线仰角从上往下扫描时，记录在数据中的天线仰角值，要比天线真正的仰角要大0.117度，当我们用记录在数据中的天线仰角值，绘制RHI图的时候，就会将回波往上偏

4、；而当天线从下往上扫描时，记录的天线仰角值要比天线真正的仰角要小0.117度，我们绘制RHI图的时候，就会将回波往下偏。因此，上下波动的幅度是 0.117度的2倍，即0.234度。3 解决办法解决办法是：对数据中记录的天线俯仰值，进行修正。1.先通过数据中记录的俯仰的变化规律（从大到小，还是从小到大），判断出该数据中的天线是从上往下扫描，还是从下往上扫描。2.如果是由于齿轮传动间隙造成的问题，则只需要再根据扫描方向，加减一个齿轮间隙的大小即可；3.如果是由于数据传输延迟造成的问题，则需要实时计算出当前的俯仰速度（注意：虽然设定的俯仰速度是3.9度/s，但实际上天线会有加减速，见下图），然后乘以

5、延迟时间，得到角度上的延迟是多少。然后再根据扫描方向，加减这个延迟的角度。天线仰角变化的图那么，到底是由于齿轮传动间隙，还是数据传输延迟造成的呢？ 我认为：数据传输延迟应该是主要的，先对这个问题进行修正。剩余的误差用齿轮间隙来修正。4 修正程序修正的Matlab程序为：MatlabRead_MSD_Radar_BaseData_Main_RHI_Modify.m关键的代码如下：Elevation_Delta_Temp=BaseData_Select.Elevation(11:end)-BaseData_Select.Elevation(1:end-10); %相邻10个触发的俯仰值相减。 注意

6、：这里不要用相邻1个触发的俯仰值。Elevation_Delta=Elevation_Delta_Temp(1);Elevation_Delta_Temp(1);Elevation_Delta_Temp(1);Elevation_Delta_Temp(1);Elevation_Delta_Temp(1); Elevation_Delta_Temp; .Elevation_Delta_Temp(end);Elevation_Delta_Temp(end);Elevation_Delta_Temp(end);Elevation_Delta_Temp(end);Elevation_Delta_Tem

7、p(end);%注意：下面要对Elevation_Delta <-180，或者>180，进行折叠Elevation_Delta (Elevation_Delta<-180)=Elevation_Delta (Elevation_Delta<-180)+360; Elevation_Delta (Elevation_Delta>180)=Elevation_Delta (Elevation_Delta>180)-360;Elevation_Speed=Elevation_Delta/ ( 10*double(BaseData_Select.Sample1 )/

8、double(BaseData_Select.PRF1) ); %计算出俯仰的实时速度，注意：分母上*10，因为计算的是相邻10个触发Data_Transfer_Delay_Time=40e-3; % 数据传输延迟if mean(Elevation_Speed)<0 Gear_Modify=-0.01; %齿轮的间隙引起的修正 else Gear_Modify=0.01;endBaseData_Select.Elevation=BaseData_Select.Elevation+ Data_Transfer_Delay_Time* Elevation_Speed +Gear_Modify

9、;5 修正效果修正之后的图片在“修正之后的图片” 目录下。注意：经过试验发现，修正量一定要与天线的俯仰的瞬时速度相挂钩。如果只是简单的、在上升的时候加上一个数值、在下降的时候减去一个数值，是不行的，修正的效果不好。也就是说，“数据传输延迟”的确是占主要的原因。从“修正之后的图片”中可以看出，对于有些数据，修正的效果比较好；但对于有些数据，则修正的效果一般，仍能看到上下起伏（但比未修正之前好一点）。6 进一步验证6.1 让雷达工作在RHI2模式（此时，俯仰速度提高1倍，为7.8度/s），看上下波动的范围是否提高了1倍。如果的确提高了1倍，达到了0.5度，则说明是由于俯仰数据传输延迟造成的。6.2