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 本文关键词：标定，极化，波段，金属，方案
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 本文简介：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*0.15^2%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=3e8/5
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 本文内容：
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*0.15^2
%金属球的直径为30cm，则半径为0.15m
Pt=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*G^2*RCS*lamda^2*10^(L/10)
/(
(4*pi)^3R^4)
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*0.45^3*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。
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安全
试验结束后，气球中的氦气要放掉，防止不当心飞上去，碰到飞机。
试验的地方四周要没有人，也没有车辆经过。防止气球掉下来砸到人，或者绳子碰到人或车辆。（由于绳子特别牢固，如果碰到骑自行车的人，会发生割伤事故）
用手机进行通讯，并用手机记录该地点的经纬度。
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