用金屬球?qū)γ粢曔_(dá)C波段雙極化雷達(dá)進(jìn)行標(biāo)定的初步方案_2014年3月9日

1、;.用金屬球?qū)γ粢曔_(dá)C波段雙極化雷達(dá)進(jìn)行標(biāo)定的初步方案2014年3月9日2014年3月10日修改1 金屬球反射的能量的計(jì)算RCS=pi*0.152 %金屬球的直徑為30cm，則半徑為0.15mPt=125e3 %發(fā)射功率為125kW ，采用雙極化方式G=10(41.5/10) %天線增益lamda=3e8/5625e6 %雷達(dá)波長(zhǎng)R=8e3; %金屬球距離雷達(dá)的距離L=-3.1 %饋線損耗：1.2+1.9dB（含波導(dǎo)、旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、TR管等）Pr=Pt*G2*RCS*lamda2*10(L/10) /( (4*pi)3 *R4)Pr_dBm=10*log10(Pr*1000)SNR=Pr_dBm-

2、(-114+3+10*log10(2)計(jì)算結(jié)果為：在距離雷達(dá)8km處的金屬球，接收機(jī)收到的反射功率為：-65.18dBm，相當(dāng)于SNR為42.8dB?？梢?jiàn)：在此距離處，雷達(dá)是完全能看到金屬球的回波的。當(dāng)然，如果距離更近一點(diǎn)，則金屬球的反射功率隨著距離的四次方而變化。備注：將發(fā)射功率改為了125kW，因?yàn)闆Q定采用雙極化方式，以便同時(shí)觀測(cè)dBZ和ZDR。2 把金屬球升上去金屬球采用氦氣球，將其懸空在高度為300m的空中。采用空心泡沫球，外表面貼上鋁箔。經(jīng)測(cè)量，重量為120克。拉住金屬球的線采用凱夫拉的線，既輕，而且非常牢固，抗拉強(qiáng)度大于100kg。每100m的重量為20克?？偣查L(zhǎng)度為300m，重量

3、為60g。氣球采用直徑0.9m的球，球皮的重量為：30克所以，氣球+金屬球+線的總重量為：120+60+30=210克而直徑0.9m氣球的體積為4*pi/3*0.453*1000=381升，所能產(chǎn)生的浮力為：381*(1.29-0.17)= 426克。因此，能順利的升上去，并且有較大的余量，可以抵抗風(fēng)的影響。備注：先買(mǎi)一個(gè)直徑25cm的氣球，充上氦氣，測(cè)一下浮力和上升的高度。經(jīng)計(jì)算，這個(gè)氣球的浮力是9.1克，氣球重量是1.8克，用凱夫拉的線，在高度是36m時(shí)達(dá)到平衡點(diǎn)。3 試驗(yàn)地點(diǎn)3.1 地點(diǎn)A：石臼湖邊的農(nóng)田觀察雷達(dá)給出的SNR數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在4km以內(nèi)，SNR值很高。這是由于天線的副瓣打到四周

4、的山上，盡管該天線副瓣指標(biāo)很好，但山的反射率是在是太大了。因此，如果氣球在4km之內(nèi)，就會(huì)被山的回波所淹沒(méi)了。試驗(yàn)地點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)橙紅色回波于是，決定在240度方向，距離為8km處進(jìn)行試驗(yàn)。這個(gè)地方是湖邊的農(nóng)田，海拔高度為10m。四周空曠，應(yīng)該可以放氣球。地圖如下：金屬球相對(duì)于雷達(dá)的方位、距離、仰角的計(jì)算如下：可見(jiàn)，當(dāng)氣球的海拔高度為294m時(shí)，相對(duì)于雷達(dá)的仰角為0.5度。3.2 地點(diǎn)B：一個(gè)山頭上這個(gè)地點(diǎn)需要孟老師派人調(diào)研。記錄經(jīng)緯度、高度。4 雷達(dá)工作模式雷達(dá)工作在方位扇掃模式，以240度為中心，左右10度掃描。采用雙極化方式，以便同時(shí)觀測(cè)dBZ和ZDR。1000Hz重復(fù)周期，0.5us脈沖寬度

5、，方位上64點(diǎn)積累，距離上2點(diǎn)積累，天線掃描速度：3deg/s，不進(jìn)行地物抑制處理。（參數(shù)同NJU_VCP21模式基本相同）由于天線方位轉(zhuǎn)的比較慢，方位上每隔0.2度，就能給出一組徑向數(shù)據(jù)，以確保仰角波束正好對(duì)準(zhǔn)金屬球。雷達(dá)顯示量程設(shè)定在10km，如下：這個(gè)地方會(huì)出現(xiàn)橙紅色的回波在試驗(yàn)時(shí)，雷達(dá)的基數(shù)據(jù)（其中要有SNR的數(shù)據(jù)）和IQ數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行保存，以便事后分析。在試驗(yàn)時(shí)，雷達(dá)先在仰角0.5度上掃描。如果發(fā)現(xiàn)了金屬球，則連續(xù)扇掃20次，然后將仰角增加0.2、0.4度，再各掃20次，再減少0.2、0.4度，再各掃20次。目的是為了確保仰角波束正好對(duì)準(zhǔn)金屬球。如果在0.5度上，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)金屬球。則將金

6、屬球從300m的高度再升高100m，達(dá)到400m。此時(shí)雷達(dá)的仰角也需要變?yōu)?.26度。如果再?zèng)]有發(fā)現(xiàn)，則再升高100m，達(dá)到500m。此時(shí)雷達(dá)仰角為1.98度。如果仍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，則停止試驗(yàn)。據(jù)估算，扇掃20次的持續(xù)時(shí)間約為4分鐘，然后仰角需改變5次。因此總共試驗(yàn)時(shí)間需要30分鐘（如果順利的話）。注意：每做一次扇掃，就要查看磁盤(pán)陣列上的基數(shù)據(jù)和IQ數(shù)據(jù)，確保已經(jīng)保存。注意：在試驗(yàn)前，雷達(dá)要進(jìn)行一下發(fā)射功率、噪聲系數(shù)、噪聲功率、雷達(dá)常數(shù)的標(biāo)定，記錄標(biāo)定的結(jié)果。最好采用外部的儀表來(lái)進(jìn)行測(cè)試，5 經(jīng)費(fèi)預(yù)算氦氣最貴，而且是消耗品（因?yàn)楹鉄o(wú)法回灌到氦氣瓶中）。目前淘寶上，200元，能買(mǎi)到22升*20個(gè)大氣壓，相當(dāng)于400升的氦氣。一次試驗(yàn)需要3瓶，共需600元。至于其余的東西，如氣球、泡沫球、鋁箔、凱夫拉線（每隔100m做個(gè)明顯的標(biāo)記）、繞線的輪子，價(jià)格忽略。這些東西都由陳建軍負(fù)責(zé)購(gòu)買(mǎi)，南京大學(xué)報(bào)銷。6 安全試驗(yàn)結(jié)束后，氣球中的氦氣要放掉，防止不當(dāng)心飛上