南京大学C波段双偏振雷达_回波强度发生突然变化_发射耦合信号分析_2014年9月5日

1、；.南京大学C波段双偏振雷达回波强度发生突然变化发射耦合信号分析南京大学2014年9月5日7日目 录1 概述12 8月19日21日的回波图13 定量分析的方法44 Matlab分析程序65 对发射耦合信号的分析结果75.1 对IOP111的全部基数据的分析结果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 对8月19日21日的基数据的分析结果225.2.1 8月19日225

2、.2.2 8月20日235.2.3 8月21日236 对IOP8、9的IQ数据用Matlab重新计算的结果256.1 IOP8256.2 IOP9267 需要说明的问题277.1 单发双收和双发双收模式278 结论278.1 IOP111的观测数据中，强度发生突然较大的变化（6dB左右）的现象出现了多次278.2 IOP111的观测数据中，强度发生较小的变化（<3dB）的现象大量存在278.3 在芜湖进行连续72小时观测试验中，也发生了5.5dB的强度突然的变化，也就说明没有找到问题的根本原因。278.4 这个问题如果不彻底解决，雷达的定量观测降水就是一句空话！278.5 到底是怎么回事

3、？！279 下一步工作279.1 把分析结果和相关的数据给敏视达公司，再度检查回波强度突然发生变化的原因289.2 立即用Matlab重新计算所有的IQ数据，再度进行上述的分析（希望不要出现强度不断起伏的问题，否则今年观测试验的科学价值就大打折扣了）28.；.1 概述在南京大学C波段双偏振雷达_回波强度发生突然变化_分析报告_2014年7月28日_8月9日补充.doc报告中指出，该雷达经常出现回波强度突然变化的问题。在芜湖验收的时候，敏视达公司提出：（见附件8南京大学移动式（车载）C波段全相参双偏振多普勒雷达系统现场测试纪要.doc中的第2.2节）为了验证这个问题是否已经解决，我们在8月19日

4、21日，进行了连续72小时的观测试验。通过对试验数据进行分析，并和以前的IOP的结果进行对比，可以得出以下结论：l IOP111的观测数据中，强度发生突然较大的变化（6dB左右）的现象出现了多次l IOP111的观测数据中，强度发生较小的变化（<3dB）的现象大量存在l 在芜湖进行连续72小时观测试验中，也发生了5.5dB的强度突然的变化，也就说明没有找到问题的根本原因。l 这个问题如果不彻底解决，雷达的定量观测降水就是一句空话！l 到底是怎么回事？！2 8月19日21日的回波图所有的回波图在“R:NJU_CPolPicOther08190821”目录下，这里选取典型的几张图进行展示。所

5、有层面的强度最大值的图如下：图 21 8月19日的LRM图图 22 8月20日的LRM图图 23 8月21日的LRM图近距离的地物回波图如下：图 24 8月19日的近距离地物回波图图 25 8月20日的近距离地物回波图图 26 8月21日的近距离地物回波图从这些图中，并没有发现明显的强度突然变化的现象。备注：上面的几张图中，背景的遮挡区域（灰色）用的是长丰站观测试验时的区域，没有按照芜湖现场的情况进行更新。3 定量分析的方法为了能精确的反映雷达的回波强度是否发生了变化，光定性的看降水回波的强度变化自然是不够的，需要进行定量的分析。在南京大学C波段双偏振雷达_对地物（铁塔）观测_分析总结报告_第

6、1部分_2014年8月8日.doc文档中，我们采用四周的输电线的铁塔的回波强度来进行分析，但发现由于下述原因，铁塔的回波强度会发生变化：l 该雷达在进行体扫时，仰角定位的误差比较大（尽管也能满足总体技术指标的要求）。例如，在进行最低仰角0.45度的扫描中，仰角经常会从0.45度，下冲到0.3度，或者上冲到0.5度。特别是在开始的一段，其仰角还没有达到0.45度，而是0.55度。l 由于铁塔的仰角为0.0度，因此天线仰角为0.55度、还是0.45度，尽管只相差0.1度，但会造成幅度上3dB（双程）的变化。由于天线的仰角没有对着目标的中心，因此就会有这么大的变化。而如果天线是对着目标中心，则不会有

7、这么大的变化，变化就很小了。可见，由于仰角定位精度不够高的原因，会对位于零度仰角的铁塔的回波造成约3dB的变化。因此，这就表明，铁塔的回波强度，不能用来精确的测定雷达常数的变化。必须考虑采用其他的方法。本文，我们将采用对发射耦合信号的强度分析，来进行定量的分析。通过对IQ数据文件中的记录的发射耦合信号的幅度进行的分析，我们发现该信号的幅度是非常稳定的。下图是NJU_20140724_000006_09_RPH.IQ文件中记录的发射耦合信号的幅度。从上图可以看出，Burst脉冲（即发射耦合的信号）的幅度变化只有0.001V，相对变化只有20*log10(0.289/0.288)=0.03dB。在

8、基数据中，由于整个上行和下行链路造成的微小的延迟，因此发射耦合信号位于第2个距离单元处。因此，我们提取出最高的仰角层面（即垂直90度观测）、第2个距离单元处的、没有经过地物抑制的回波强度dBT，然后分析不同IOP、不同体扫的dBT的幅度变化。4 Matlab分析程序我们编写了能进行批量分析的Matlab程序，自动对基数据进行读取、解析、选取垂直90度观测、第2个距离单元（即发射耦合信号所在的位置）的dBT，然后绘制随方位变化的图，并进行统计，求出平均值和方差。Matlab程序见：“Read_NJU_CPol_Radar_BaseData_TransDistance_Analysis.m”。其中

9、，文件名为NJU.20140531.003208.AR2.bz2的第15个仰角层面（垂直90度观测）dBT随方位的变化如下图：从上图可以看出，在这个体扫内，发射耦合信号的dBT的结果是非常稳定的，变化不超过0.2dB。因此，发射耦合信号的结果，应该可以用于判断雷达自身的常数是否发生了变化。同时，以.txt文本形式将该体扫下的分析结果记录下来，保存在TXT子目录中，以便后续的分析。一个典型的txt文件如下所示：从上面的txt文件中，可以很容易的看出某个基数据中，当时的极化方式、发射耦合信号的dbT、以及dBT的方差情况。5 对发射耦合信号的分析结果5.1 对IOP111的全部基数据的分析结果将各

10、个IOP下，所有基数据中，发射耦合信号的dBT的变化，绘制成横轴是体扫次数、数轴是数值的曲线的图，以便可以清晰的看出在整个观测试验中，这些参数的变化情况。生成的图片保存在 NJU_CPolAnalysisIOPxTransDistanceResult目录下。5.1.1 IOP15.1.2 IOP25.1.3 IOP35.1.4 IOP45.1.5 IOP5此时，强度发生了跳变此处是发射机关机了强度发生明显的跳变时刻的TXT文件中记录的内容如下：（可以根据这些时刻，找出当时的PPI图片，进行验证）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 我们来看一下NJU.20140624.232417.AR2.bz2和NJU.20140624.233102.AR2.bz2的PPI图片：可见，在这个时刻，回波的强度的确发生了变化！5.1.6 IOP65.1.7 IOP7此时，强度发生了跳变 强度发生明显的跳变时刻的TXT文件中记录的内容如下： 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 我们来看一下NJU.20140704.061750.AR2.bz2和NJU.20140704.065848.AR2.bz2的PPI图片：可见，在这个时刻，回波的强度的确发生了变化！5.1.8 IOP8此时，强度发生了跳变 强度发生明显的跳变时刻的TXT文件中记录的内容如下： 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 下面和当时的观测结果进行对比。（参见南京大学C波段双偏振雷达_回波强度发生突然变化_分析报告_2014年7月28日_8月9日补充.doc）。从7月11日的UTC时间21:06:55->21:13:41->21:20:28，回波强度发生了突然的增加，然后又降低：从UTC时间21:56:42->22:03:28，回波强度发生了突然的增加：哇！从文件中分析出的结果，和当时的PPI图，是能一一对应的。5.1.9 IOP95.1.10 IOP10此时，强度发生了跳变强度发生明显的跳变时刻的TXT文件中记录的内容如下： 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 下面和当时的观测结果进行对比。在7月24日的观测中

21、，从LST北京时间15:58:04->16:07:25（UTC时间7:58:04->8:07:25），回波强度发生了突然的增加：从LST北京时间22:20:22 ->22:27:09（UTC时间14:20:22 ->14:27:09），回波强度发生了突然的降低：可见，从文件中分析出的结果，和当时的PPI图，是能一一对应的。5.1.11 IOP11此时，强度发生了跳变强度发生明显的跳变时刻的TXT文件中记录的内容如下： 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 我们来看一下NJU.20140730.124831.AR2.bz2和NJU.20140730.125518.AR2.bz2的PPI图片：可见，在这个时刻，回波的强度的确发生了变化！5.2 对8月19日21日的基数据的分析结果5.2.1 8月19日哇！变化这么小！（注意：Y轴的显示范围很小，不要上当）5.2.2 8月20日这一天的变化也很小。5.2.3 8月21日此时，强度发生了跳变从上图可以看出，存在5.5dB的跳变。对应时刻的TXT文件内容如下：63, NJU.20140821.070053.AR2.bz2, 3, 30.131, 0.139 64, NJU.20140821.085313.AR2.bz2, 3, 35.606, 0.038 再找到对应时刻的PPI回波图：从上面两张PPI图进行对比，可以发现，在这个时刻，的确强度上发生了较大的变化！天哪！问题仍存在！6 对IOP8、9的部分IQ数据用Matlab重新计算的结果6.1 IOP8下面，我们对IOP8部分IQ数据重新进行Matlab计算，得出基数据。然后分析这些基数据中，发射耦合信号的dBT，结果如下：注意：上图中，由于Matla