用金屬球?qū)γ粢曔_(dá)C波段雙極化雷達(dá)標(biāo)定結(jié)果（第2次試驗(yàn)）_2014年4月9日

1、用金屬球?qū)γ粢曔_(dá)C波段雙極化雷達(dá)標(biāo)定結(jié)果（第2次試驗(yàn)）2014年4月9日1 試驗(yàn)過程1.1 試驗(yàn)時(shí)間和人員 2014年4月9日 13點(diǎn)15:00點(diǎn)金屬球升空到達(dá)指定高度的時(shí)間為：13:5214:28人員：楊正瑋、陳建軍、邵世卿1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)：溧水縣石臼湖邊的農(nóng)田試驗(yàn)地點(diǎn)金屬球相對(duì)于雷達(dá)的方位、距離、仰角的計(jì)算如下：注意：我們?cè)诮饘偾蛏蠎覓炝艘粋€(gè)GPS記錄器，可以精確的記錄金屬球的位置。記錄的結(jié)果見“gps_0409.csv”。其中，在北京時(shí)間14:16:00(UTC時(shí)間為6:16:00)時(shí)，高度最高，其位置如下：可見，金屬球相對(duì)于雷達(dá)的仰角很低（當(dāng)時(shí)風(fēng)比較小，因此飛不高）。1.3 雷達(dá)工作模

2、式雷達(dá)工作在NJU_DBZ_CAL模式，以方位240度為中心進(jìn)行扇掃的體掃，1000Hz重復(fù)周期，64點(diǎn)積累，天線轉(zhuǎn)速3.9deg/s，75m距離分辨率。共分為10個(gè)仰角層面：0.1、0.3、0.5、0.7、0.9、1.1、1.3、1.5、1.7、1.9度進(jìn)行體掃。詳見第一次試驗(yàn)的報(bào)告。2 試驗(yàn)結(jié)果2.1 金屬球反射能量的計(jì)算計(jì)算程序在“E:CJJWRP900AGeneral關(guān)鍵技術(shù)研究雷達(dá)總體金屬球標(biāo)定Matlab”目錄下的RCS_Receiver_Power_Calc.m。其中各個(gè)參數(shù)都是采用雷達(dá)實(shí)際測(cè)量的結(jié)果。經(jīng)計(jì)算：在距離雷達(dá)8.333km處的直徑30cm的金屬球，接收機(jī)收到的反射功率

3、為：-65.73dBm，相當(dāng)于SNR為42.85dB，相當(dāng)于dBZ為31.97dBZ。2.2 RVP9信號(hào)處理器給出的回波圖全部的回波圖片在“H:QXLDNJU_CPolPic0409CAL” 目錄下。當(dāng)金屬球還沒有升上去的回波：金屬球的所在地當(dāng)金屬球升到高空的回波：金屬球的所在地可見，金屬球的回波徹底淹沒在地物回波中了。3 試驗(yàn)結(jié)論3.1 由于風(fēng)比較小，直徑30cm的球也只放到了200m的高度，相對(duì)于雷達(dá)而言，其仰角只有-0.2度！ 因此完全被淹沒在地物中了。經(jīng)計(jì)算：假定金屬球的高度為300m時(shí)，相對(duì)雷達(dá)的仰角是0.51度；當(dāng)高度為400m時(shí)，相對(duì)雷達(dá)的仰角是1,2度；當(dāng)高度為500m時(shí)，相

4、對(duì)雷達(dá)的仰角是1.89度。下面是幾個(gè)不同仰角層面的地物的SNR的回波圖：從上面幾張不同仰角的地物回波圖可以看出，當(dāng)仰角>0.7度時(shí)，地物的回波就弱多了。因此，為了避免地物的影響，一定要把金屬球相對(duì)雷達(dá)的仰角抬高到0.7度以上。對(duì)于該地點(diǎn)，則要求金屬球的高度為 327m以上 。所以，這次試驗(yàn)金屬球只達(dá)到了200m的高度，是完全不夠的。3.2 我們要重新找一個(gè)距離雷達(dá)比較近的、地物雜波比較小的地點(diǎn)由于金屬球是點(diǎn)目標(biāo)，而點(diǎn)目標(biāo)的回波強(qiáng)度與距離的4次方成正比。因此，如果距離近一半，則回波強(qiáng)度可以增加12 dB；如果距離是1/4，則回波強(qiáng)度可以增加24 dB！例如：在距離雷達(dá)8.333km處的直徑

5、30cm的金屬球，接收機(jī)收到的反射功率為：-65.73dBm，相當(dāng)于SNR為42.85dB。而如果我們將金屬球的距離改為2km附近，接收機(jī)收到的反射功率為：-40.94dBm，SNR將會(huì)上升到67.64dB!因此，我們要盡量找一個(gè)距離雷達(dá)比較近的地點(diǎn)。通過觀察SNR的圖，我們發(fā)現(xiàn)在2km處還是有一些地物SNR值比較低的區(qū)域的。如：該區(qū)域的SNR比較低上面圖中SNR比較低的區(qū)域是無想寺水庫(kù)（該水庫(kù)相對(duì)于雷達(dá)沒有遮擋，雷達(dá)能直接看到）。在該區(qū)域內(nèi)，地物的SNR值在30dB，而在該區(qū)域的直徑30cm的金屬球的SNR會(huì)達(dá)到65dB以上。也就是說，金屬球的回波比地物的回波強(qiáng)35dB以上！因此，如果能在這

6、些地點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，則金屬球的SCR（即信雜比=金屬球的SNR-地物的SNR）會(huì)很高，很容易在雷達(dá)畫面上看到。3.3 由于風(fēng)比較小，因此直徑60cm的球根本就沒有放起來，影響了信號(hào)的強(qiáng)度。下次要等風(fēng)大的天氣（風(fēng)力在4級(jí)左右），再去做試驗(yàn)。但如果金屬球離雷達(dá)比較近，則30cm的球也夠了。4 下一階段工作1.風(fēng)大一點(diǎn)的天氣，再去石臼湖邊的農(nóng)田，把60cm的球放到350m的高度以上；2.到無想寺水庫(kù)去放飛風(fēng)箏；但需要注意：由于距離近了，則金屬球在不同的高度，相對(duì)于雷達(dá)的仰角，則變化范圍就比較大了，因此體掃的層面要大大增加，要再增加10個(gè)仰角層面，達(dá)到20個(gè)仰角層面，并且要將仰角間隔從現(xiàn)在的0.2度，增加

7、到0.3度。也就是說，掃描的仰角區(qū)間從目前的0.11.9度，要增加到0.15.8度，以便能適應(yīng)金屬球的不同高度。此時(shí)一個(gè)體掃，需耗時(shí)2分30秒。5 重要的一條經(jīng)驗(yàn)：在進(jìn)行金屬球標(biāo)定試驗(yàn)前，先將雷達(dá)仰角設(shè)定在0.1、0.3、0.5幾度，看一下四周地物回波的分布情況，查找在5km之內(nèi)，特別是12km范圍內(nèi)，地物比較弱的區(qū)域。要觀察地物SNR的圖，計(jì)算金屬球的SNR和地物的SNR的對(duì)比，找出SCR值（金屬球的SNR-地物的SNR）比較高（>30dB）的區(qū)域，然后再去現(xiàn)場(chǎng)勘查這些點(diǎn)是否適合放風(fēng)箏（指有無高壓線等影響放風(fēng)箏的因素）。總之，離雷達(dá)近一點(diǎn)、相對(duì)于雷達(dá)的仰角高一點(diǎn)為好。另外，我們還要利用30m分辨率的數(shù)字高程數(shù)據(jù)、雷達(dá)四周建筑物發(fā)出的微波輻射，編寫相應(yīng)的軟件，來判斷該區(qū)域是否受到了遮擋。6 收獲了很多新的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為下一次做準(zhǔn)備（以前的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)見第一次試驗(yàn)的報(bào)告）l 要預(yù)先看天氣預(yù)報(bào)的風(fēng)力，如果小于3級(jí)風(fēng)，或者大于7級(jí)風(fēng)，則不適合用風(fēng)箏的方法；l 一定要帶手套，防止線割傷手（已經(jīng)割傷了）；l 要帶上指甲鉗或者小剪刀，以便剪斷風(fēng)箏線；l 要預(yù)先購(gòu)買很多瓶水，因?yàn)橥饷婧軣?，防止中暑；l 在掛上GPS模塊的時(shí)候，要將GPS的電源開啟。GPS的數(shù)據(jù)對(duì)于分析非常重要；l 風(fēng)箏有兩個(gè)懸掛線的點(diǎn)，要懸掛在靠上邊的那