南京大學C波段雙偏振雷達_回波強度發(fā)生突然變化_發(fā)射耦合信號分析_2014年9月5日

1、；.南京大學C波段雙偏振雷達回波強度發(fā)生突然變化發(fā)射耦合信號分析南京大學2014年9月5日7日目 錄1 概述12 8月19日21日的回波圖13 定量分析的方法44 Matlab分析程序65 對發(fā)射耦合信號的分析結果75.1 對IOP111的全部基數據的分析結果75.1.1 IOP175.1.2 IOP285.1.3 IOP385.1.4 IOP495.1.5 IOP595.1.6 IOP6115.1.7 IOP7125.1.8 IOP8145.1.9 IOP9175.1.10 IOP10185.1.11 IOP11205.2 對8月19日21日的基數據的分析結果225.2.1 8月19日225

2、.2.2 8月20日235.2.3 8月21日236 對IOP8、9的IQ數據用Matlab重新計算的結果256.1 IOP8256.2 IOP9267 需要說明的問題277.1 單發(fā)雙收和雙發(fā)雙收模式278 結論278.1 IOP111的觀測數據中，強度發(fā)生突然較大的變化（6dB左右）的現象出現了多次278.2 IOP111的觀測數據中，強度發(fā)生較小的變化（<3dB）的現象大量存在278.3 在蕪湖進行連續(xù)72小時觀測試驗中，也發(fā)生了5.5dB的強度突然的變化，也就說明沒有找到問題的根本原因。278.4 這個問題如果不徹底解決，雷達的定量觀測降水就是一句空話！278.5 到底是怎么回事

3、？！279 下一步工作279.1 把分析結果和相關的數據給敏視達公司，再度檢查回波強度突然發(fā)生變化的原因289.2 立即用Matlab重新計算所有的IQ數據，再度進行上述的分析（希望不要出現強度不斷起伏的問題，否則今年觀測試驗的科學價值就大打折扣了）28.；.1 概述在南京大學C波段雙偏振雷達_回波強度發(fā)生突然變化_分析報告_2014年7月28日_8月9日補充.doc報告中指出，該雷達經常出現回波強度突然變化的問題。在蕪湖驗收的時候，敏視達公司提出：（見附件8南京大學移動式（車載）C波段全相參雙偏振多普勒雷達系統現場測試紀要.doc中的第2.2節(jié)）為了驗證這個問題是否已經解決，我們在8月19日

4、21日，進行了連續(xù)72小時的觀測試驗。通過對試驗數據進行分析，并和以前的IOP的結果進行對比，可以得出以下結論：l IOP111的觀測數據中，強度發(fā)生突然較大的變化（6dB左右）的現象出現了多次l IOP111的觀測數據中，強度發(fā)生較小的變化（<3dB）的現象大量存在l 在蕪湖進行連續(xù)72小時觀測試驗中，也發(fā)生了5.5dB的強度突然的變化，也就說明沒有找到問題的根本原因。l 這個問題如果不徹底解決，雷達的定量觀測降水就是一句空話！l 到底是怎么回事？！2 8月19日21日的回波圖所有的回波圖在“R:NJU_CPolPicOther08190821”目錄下，這里選取典型的幾張圖進行展示。所

5、有層面的強度最大值的圖如下：圖 21 8月19日的LRM圖圖 22 8月20日的LRM圖圖 23 8月21日的LRM圖近距離的地物回波圖如下：圖 24 8月19日的近距離地物回波圖圖 25 8月20日的近距離地物回波圖圖 26 8月21日的近距離地物回波圖從這些圖中，并沒有發(fā)現明顯的強度突然變化的現象。備注：上面的幾張圖中，背景的遮擋區(qū)域（灰色）用的是長豐站觀測試驗時的區(qū)域，沒有按照蕪湖現場的情況進行更新。3 定量分析的方法為了能精確的反映雷達的回波強度是否發(fā)生了變化，光定性的看降水回波的強度變化自然是不夠的，需要進行定量的分析。在南京大學C波段雙偏振雷達_對地物（鐵塔）觀測_分析總結報告_第

6、1部分_2014年8月8日.doc文檔中，我們采用四周的輸電線的鐵塔的回波強度來進行分析，但發(fā)現由于下述原因，鐵塔的回波強度會發(fā)生變化：l 該雷達在進行體掃時，仰角定位的誤差比較大（盡管也能滿足總體技術指標的要求）。例如，在進行最低仰角0.45度的掃描中，仰角經常會從0.45度，下沖到0.3度，或者上沖到0.5度。特別是在開始的一段，其仰角還沒有達到0.45度，而是0.55度。l 由于鐵塔的仰角為0.0度，因此天線仰角為0.55度、還是0.45度，盡管只相差0.1度，但會造成幅度上3dB（雙程）的變化。由于天線的仰角沒有對著目標的中心，因此就會有這么大的變化。而如果天線是對著目標中心，則不會有

7、這么大的變化，變化就很小了。可見，由于仰角定位精度不夠高的原因，會對位于零度仰角的鐵塔的回波造成約3dB的變化。因此，這就表明，鐵塔的回波強度，不能用來精確的測定雷達常數的變化。必須考慮采用其他的方法。本文，我們將采用對發(fā)射耦合信號的強度分析，來進行定量的分析。通過對IQ數據文件中的記錄的發(fā)射耦合信號的幅度進行的分析，我們發(fā)現該信號的幅度是非常穩(wěn)定的。下圖是NJU_20140724_000006_09_RPH.IQ文件中記錄的發(fā)射耦合信號的幅度。從上圖可以看出，Burst脈沖（即發(fā)射耦合的信號）的幅度變化只有0.001V，相對變化只有20*log10(0.289/0.288)=0.03dB。在

8、基數據中，由于整個上行和下行鏈路造成的微小的延遲，因此發(fā)射耦合信號位于第2個距離單元處。因此，我們提取出最高的仰角層面（即垂直90度觀測）、第2個距離單元處的、沒有經過地物抑制的回波強度dBT，然后分析不同IOP、不同體掃的dBT的幅度變化。4 Matlab分析程序我們編寫了能進行批量分析的Matlab程序，自動對基數據進行讀取、解析、選取垂直90度觀測、第2個距離單元（即發(fā)射耦合信號所在的位置）的dBT，然后繪制隨方位變化的圖，并進行統計，求出平均值和方差。Matlab程序見：“Read_NJU_CPol_Radar_BaseData_TransDistance_Analysis.m”。其中

9、，文件名為NJU.20140531.003208.AR2.bz2的第15個仰角層面（垂直90度觀測）dBT隨方位的變化如下圖：從上圖可以看出，在這個體掃內，發(fā)射耦合信號的dBT的結果是非常穩(wěn)定的，變化不超過0.2dB。因此，發(fā)射耦合信號的結果，應該可以用于判斷雷達自身的常數是否發(fā)生了變化。同時，以.txt文本形式將該體掃下的分析結果記錄下來，保存在TXT子目錄中，以便后續(xù)的分析。一個典型的txt文件如下所示：從上面的txt文件中，可以很容易的看出某個基數據中，當時的極化方式、發(fā)射耦合信號的dbT、以及dBT的方差情況。5 對發(fā)射耦合信號的分析結果5.1 對IOP111的全部基數據的分析結果將各

10、個IOP下，所有基數據中，發(fā)射耦合信號的dBT的變化，繪制成橫軸是體掃次數、數軸是數值的曲線的圖，以便可以清晰的看出在整個觀測試驗中，這些參數的變化情況。生成的圖片保存在 NJU_CPolAnalysisIOPxTransDistanceResult目錄下。5.1.1 IOP15.1.2 IOP25.1.3 IOP35.1.4 IOP45.1.5 IOP5此時，強度發(fā)生了跳變此處是發(fā)射機關機了強度發(fā)生明顯的跳變時刻的TXT文件中記錄的內容如下：（可以根據這些時刻，找出當時的PPI圖片，進行驗證）ID, FileName, PolarType,dBT_Trans , Std(dBT) 207,

11、NJU.20140624.232417.AR2.bz2, 3, 29.341, 0.034 208, NJU.20140624.233102.AR2.bz2, 3, 35.363, 0.047 302, NJU.20140625.043032.AR2.bz2, 3, 34.458, 0.044 303, NJU.20140625.043717.AR2.bz2, 3, 31.298, 0.044 304, NJU.20140625.044402.AR2.bz2, 3, 28.073, 0.041 322, NJU.20140625.064603.AR2.bz2, 3, 27.774, 0.055

12、 323, NJU.20140625.065247.AR2.bz2, 3, 34.252, 0.037 385, NJU.20140625.082130.AR2.bz2, 3, 33.560, 0.039 386, NJU.20140625.082816.AR2.bz2, 3, 29.195, 0.042 387, NJU.20140625.083501.AR2.bz2, 3, 27.732, 0.041 458, NJU.20140625.163555.AR2.bz2, 3, 28.500, 0.036 459, NJU.20140625.164241.AR2.bz2, 3, 35.111,

13、 0.034 587, NJU.20140626.001549.AR2.bz2, 3, 33.185, 0.038 588, NJU.20140626.002234.AR2.bz2, 3, 28.690, 0.037 780, NJU.20140626.204056.AR2.bz2, 3, 31.957, 0.023 781, NJU.20140626.204741.AR2.bz2, 3, 36.191, 0.027 796, NJU.20140626.222928.AR2.bz2, 3, 36.142, 0.024 797, NJU.20140626.223613.AR2.bz2, 3, 3

14、4.827, 0.025 798, NJU.20140626.224258.AR2.bz2, 3, 33.956, 0.023 799, NJU.20140626.224943.AR2.bz2, 3, 31.094, 0.024 我們來看一下NJU.20140624.232417.AR2.bz2和NJU.20140624.233102.AR2.bz2的PPI圖片：可見，在這個時刻，回波的強度的確發(fā)生了變化！5.1.6 IOP65.1.7 IOP7此時，強度發(fā)生了跳變 強度發(fā)生明顯的跳變時刻的TXT文件中記錄的內容如下： ID, FileName, PolarType,dBT_Trans , S

15、td(dBT) 100, NJU.20140704.061750.AR2.bz2, 3, 31.462, 0.013 101, NJU.20140704.065848.AR2.bz2, 3, 37.943, 0.022 189, NJU.20140704.205538.AR2.bz2, 3, 35.375, 0.027 190, NJU.20140704.210224.AR2.bz2, 3, 33.650, 0.027 197, NJU.20140704.211300.AR2.bz2, 3, 30.004, 0.037 198, NJU.20140704.211946.AR2.bz2, 3,

16、29.889, 0.028 我們來看一下NJU.20140704.061750.AR2.bz2和NJU.20140704.065848.AR2.bz2的PPI圖片：可見，在這個時刻，回波的強度的確發(fā)生了變化！5.1.8 IOP8此時，強度發(fā)生了跳變 強度發(fā)生明顯的跳變時刻的TXT文件中記錄的內容如下： ID, FileName, PolarType,dBT_Trans , Std(dBT) 286, NJU.20140711.210628.AR2.bz2, 3, 30.593, 0.023 287, NJU.20140711.211314.AR2.bz2, 3, 35.261, 0.029 2

17、88, NJU.20140711.212001.AR2.bz2, 3, 31.069, 0.023 308, NJU.20140711.215616.AR2.bz2, 3, 30.868, 0.035 309, NJU.20140711.220302.AR2.bz2, 3, 36.958, 0.019 366, NJU.20140712.020422.AR2.bz2, 3, 35.600, 0.024 367, NJU.20140712.021107.AR2.bz2, 3, 33.665, 0.026 368, NJU.20140712.021753.AR2.bz2, 3, 29.541, 0

18、.021 375, NJU.20140712.030514.AR2.bz2, 3, 30.418, 0.020 376, NJU.20140712.031200.AR2.bz2, 3, 33.460, 0.022 377, NJU.20140712.031846.AR2.bz2, 3, 36.731, 0.026 448, NJU.20140712.084930.AR2.bz2, 3, 33.127, 0.043 449, NJU.20140712.085616.AR2.bz2, 3, 31.513, 0.031 450, NJU.20140712.090301.AR2.bz2, 3, 29.

19、297, 0.026 下面和當時的觀測結果進行對比。（參見南京大學C波段雙偏振雷達_回波強度發(fā)生突然變化_分析報告_2014年7月28日_8月9日補充.doc）。從7月11日的UTC時間21:06:55->21:13:41->21:20:28，回波強度發(fā)生了突然的增加，然后又降低：從UTC時間21:56:42->22:03:28，回波強度發(fā)生了突然的增加：哇！從文件中分析出的結果，和當時的PPI圖，是能一一對應的。5.1.9 IOP95.1.10 IOP10此時，強度發(fā)生了跳變強度發(fā)生明顯的跳變時刻的TXT文件中記錄的內容如下： ID, FileName, PolarType

20、,dBT_Trans , Std(dBT) 71, NJU.20140724.075803.AR2.bz2, 3, 33.109, 0.093 76, NJU.20140724.080725.AR2.bz2, 3, 39.993, 0.065 152, NJU.20140724.142022.AR2.bz2, 3, 37.791, 0.021 153, NJU.20140724.142709.AR2.bz2, 3, 35.855, 0.021 154, NJU.20140724.143355.AR2.bz2, 3, 33.179, 0.022 下面和當時的觀測結果進行對比。在7月24日的觀測中

21、，從LST北京時間15:58:04->16:07:25（UTC時間7:58:04->8:07:25），回波強度發(fā)生了突然的增加：從LST北京時間22:20:22 ->22:27:09（UTC時間14:20:22 ->14:27:09），回波強度發(fā)生了突然的降低：可見，從文件中分析出的結果，和當時的PPI圖，是能一一對應的。5.1.11 IOP11此時，強度發(fā)生了跳變強度發(fā)生明顯的跳變時刻的TXT文件中記錄的內容如下： ID, FileName, PolarType,dBT_Trans , Std(dBT) 64, NJU.20140730.124831.AR2.bz2,

22、 3, 32.649, 0.197 65, NJU.20140730.125518.AR2.bz2, 3, 38.741, 0.045 104, NJU.20140730.165541.AR2.bz2, 3, 36.686, 0.016 105, NJU.20140730.170228.AR2.bz2, 3, 35.677, 0.018 106, NJU.20140730.170914.AR2.bz2, 3, 32.621, 0.019 361, NJU.20140801.091950.AR2.bz2, 3, 32.612, 0.030 362, NJU.20140801.092637.AR2

23、.bz2, 3, 36.349, 0.032 363, NJU.20140801.093325.AR2.bz2, 3, 38.266, 0.034 364, NJU.20140801.094012.AR2.bz2, 3, 38.317, 0.029 365, NJU.20140801.094658.AR2.bz2, 3, 38.337, 0.026 366, NJU.20140801.095345.AR2.bz2, 3, 38.170, 0.022 367, NJU.20140801.100031.AR2.bz2, 3, 35.698, 0.020 368, NJU.20140801.1007

24、18.AR2.bz2, 3, 32.250, 0.021 我們來看一下NJU.20140730.124831.AR2.bz2和NJU.20140730.125518.AR2.bz2的PPI圖片：可見，在這個時刻，回波的強度的確發(fā)生了變化！5.2 對8月19日21日的基數據的分析結果5.2.1 8月19日哇！變化這么?。。ㄗ⒁猓篩軸的顯示范圍很小，不要上當）5.2.2 8月20日這一天的變化也很小。5.2.3 8月21日此時，強度發(fā)生了跳變從上圖可以看出，存在5.5dB的跳變。對應時刻的TXT文件內容如下：63, NJU.20140821.070053.AR2.bz2, 3, 30.131, 0.139 64, NJU.20140821.085313.AR2.bz2, 3, 35.606, 0.038 再找到對應時刻的PPI回波圖：從上面兩張PPI圖進行對比，可以發(fā)現，在這個時刻，的確強度上發(fā)生了較大的變化！天哪！問題仍存在！6 對IOP8、9的部分IQ數據用Matlab重新計算的結果6.1 IOP8下面，我們對IOP8部分IQ數據重新進行Matlab計算，得出基數據。然后分析這些基數據中，發(fā)射耦合信號的dBT，結果如下：注意：上圖中，由于Matla