On fast, polarimetric non-reciprocal calibration and multipolarization measurements on weather radars: 11 Tabellen
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | English |
| Veröffentlicht: |
Köln
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Bibliotheks- und Informationswesen
2013
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Forschungsbericht / Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt
2013,36 |
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|---|---|
| adam_text | CONTENTS
LIST OF SYMBOLS 17
LIST OF ABBREVIATION 21
1 INTRODUCTION 23
2 BASICS 25
2.1 ELECTROMAGNETIC BASICS .... 25
2.2 POLARIZATION BASICS 26
2.2.1 POLARIZATION TRANSFORMATION 29
2.3 SCATTERING MATRIX 30
2.4 RADAR BASICS 30
2.5 RADAR EQUATION 32
3 SYSTEM DESCRIPTION OF THE RADAR POLDIRAD 35
3.1 TRANSMITTER ... 35
3.2 POLARIZATION NETWORK 37
3.3 ANTENNA 40
3.4 RECEIVER 41
3.5 BUILT-IN TEST EQUIPMENT 41
4 RADAR CALIBRATION 43
4.1 REQUIREMENTS 43
4.2 UNCERTAINTY REQUIREMENTS 44
4.3 CALIBRATION MODEL 45
4 4 STANDARD TECHNIQUES 45
4.4.1 INTERNAL CALIBRATION 46
4.4.2 SPHERE 46
4 4.3 RAM 47
9
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CONTENTS
4.4 4 ASTRONOMIC TARGETS 48
4.5 SUN-CALIBRATION FOR THE POLDIRAD RADAR 49
5 PRELIMINARY INVESTIGATION OF AN EXTERNAL CALIBRATION DEVICE 59
5.1 ANTENNA MEASUREMENT TECHNIQUES 60
5.1.1 NEAR FIELD 60
5.1.2 COMPACT RANGE 60
5.1.3 FAR FIELD 60
5 2 POLARIZATION MEASUREMENT TECHNIQUES 61
5.2.1 SINGLE ROTATING LINEAR POLARIZED ANTENNA 62
5.2.2 ORTHOGONAL ANTENNA PAIR ... 62
5.2.3 FOUR-ANTENNAS POWER MEASUREMENT 62
5.3 PRIOR SYSTEMS 63
5.3 1 SINGLE ANTENNA PARC 64
5.3 2 AUTOMATED POLARIZATION MEASUREMENT CHAMBER 64
5.3.3 DLR PARC 64
5.3.4 SUMMARY 65
5.4 TECHNOLOGY EVALUATION 65
6 PARC 69
6.1 SYSTEM DESCRIPTION 69
6.2 FIRST RF POWER ESTIMATION 71
6.2 1 TRIGGER GENERATION 71
6.3 SYSTEM DEVELOPMENT 72
6.3 1 HARDWARE 72
6.3.2 PARC SERVER SOFTWARE 74
6 4 CALIBRATION TECHNOLOGY FOR PARC 79
6 4.1 CALIBRATION MODEL 79
6.4.2 DETERMINATION OF THE POLARIZATION INDEPENDENT LOSS 80
6.4.3 RADAR PARC SYNCHRONISATION 81
6.5 CALIBRATION MODULES 83
6.5.1 TIME PLOT 83
6.5 2 RADAR TRANSMIT PULSE MEASUREMENT 83
6.5.3 DEFINED PARC TRANSMIT SIGNAL 84
6 5.4 RADAR RECEIVE SIGNAL MEASUREMENT 84
10
CONTENTS
6.5.5 AUTOMATIC RADAR RECEIVE POLARIZATION OPTIMIZATION 85
6.5.6 AUTOMATIC RADAR TRANSMIT POLARIZATION OPTIMIZATION 86
6 5.7 RADAR TRANSMIT/RECEIVE DATA PLOT 87
6.5.8 POLARIZATION PHASE DIFFERENCE MEASUREMENT 87
6.6 PARC MEASUREMENTS . . .... 88
6.6.1 POLARIZATION PHASE CALIBRATION 90
6.6 2 PARC POWER MEASUREMENTS 92
6.7 LIMITATIONS 93
7 RADAR DATA PROCESSING 95
7.1 INTRODUCTION 95
7.2 SIGNAL PROCESSING FOR THE POLDIRAD RADAR 96
7.3 THE NEW REALIZATION OF THE ALTERNATING H/V MODE 97
7.4 ALTERNATING RIGHT/LEFT-HAND CIRCULAR MODE 104
7.5 SIGNAL PROCESSING FOR MULTI-POLARIZATION SCANS 105
7.5.1 PRACTICAL IMPLEMENTATION 106
7.6 POLARIMETRIC DATA ANALYSIS 108
7 6.1 HUYNEN FORK-PARAMETERS 108
7.6.2 ADDITIONAL PARAMETERS ILL
8 MULTI-POLARIZATION MEASUREMENTS 113
8.1 INFLUENCE OF THE TRANSMIT PHASE IN SIMULTANEOUS H/V MODE AND COM
PARISON TO THE ALTERNATING H/V MODE 113
8.1.1 THEORETICAL PREDICTIONS 113
8.1.2 MEASUREMENTS OF COPOLAR-CORRELATIONS-COEFFICIENT 115
8.1.3 MEASUREMENT OF DIFFERENTIAL REFLECTIVITY 117
8.2 MEASUREMENTS OF THE CO-CROSS-CORRELATION-COEFFICIENT 119
9 CONCLUSIONS 123
10 OUTLOOK 125
A PARC SPECIFICATIONS 127
A.L ANTENNA 127
A.2 PARC CIRCUITS 129
11
CONTENTS
B BEST PRACTICE IN WEATHER RADAR CALIBRATION 131
B.L INTRODUCTION 131
B.2 RANGE 131
B.3 ANTENNA POINTING 132
B.4 RECEIVER OFFSET 132
B.5 ABSOLUTE POWER CALIBRATION 132
B.6 POLANMETRIC CALIBRATION 133
C SUN SCAN PLOTS 135
BIBLIOGRAPHY 142
12
INHALTSVERZEICHNIS
SYMBOLVERZEICHNIS 17
ABKIIRZUNGSVERZEICHNIS 21
1 EINLEITUNG 23
2 GRUNDLAGEN 25
2.1 ELEKTROMAGNETISCLIE GRUNDLAGEN 25
2.2 GRUNDLAGEN ZUR POLARISATION 26
2.2.1 TRANSFORMATION DER POLARISATIONSBASIS 29
2.3 STREUMATRIX 30
2.4 RADARGRUNDLAGEN 30
2.5 RADARGLEICHUNG 32
3 SYSTEMBESCHREIBUNG FUR DAS RADAR POLDIRAD 35
31 RADARSENDER 35
3.2 POLARISATIONSNETZWERK 37
3.3 ANTENNE 40
3.4 EMPFANGER 41
3.5 RADARINTERNE TESTSYSTEME 41
4 RADARKALIBRIERUNG 43
4.1 ANFORDERUNGEN 43
4.2 GENAUIGKEITSANFORDERUNGEN 44
4.3 KALIBRIERMODELL 45
4.4 STANDARD TECLMIKEN 45
4.4.1 INTERNE KALIBRIERUNG 46
4.4 2 KUGELKALIBRIERUNG 46
4.4.3 REGEN 47
13
INHA
UTS
VERZEICHNIS
4.4.4 ASTRONOMISCHE ZIELE 48
4.5 SONNENKALIBRIERUNG AM POLDIRAD RADAR 49
5 VORUNTERSUCHUNGEN FUR EIN EXTERNES KALIBRIERGERAT 59
5.1 ANTEIMENMESSMETLIODEN 60
5.1.1 NALIFELD 60
5.1.2 COMPACT RANGE 60
5.1.3 FERNFELD 60
5.2 POLARISATIONSINESSTECLMIKEN 61
5.2.1 ROTIERENDE LMEAR-POLARISIERTE ANTENNE 62
5.2.2 ORTLIOGONALES ANTENNENPAAR 62
5.2.3 VIER-ANTENNEN LEISTUNGSMESSUNG 62
5.3 STAND DER TECLINIK 63
5.3.1 EINZELANTENNEN PARC 64
5.3.2 AUTOMATISCHE POLARISATIONSMESSKANIMER 64
5 3.3 DLR PARC 64
5.3.4 ZUSAMMENFASSUNG 65
5.4 TECLINOLOGIEBEWERTUNG 65
6 PARC 69
6.1 SYSTEMBESCLIREIBUNG 69
6 2 ERSTE HF-LEISTUNGSSCHATZUNG 71
6.2.1 TRIGGER-ERZEUGUNG 71
6.3 SYSTEMENTWICKLUNG 72
6.3.1 HARDWARE 72
6.3.2 PARC SERVER SOFTWARE 74
6.4 KALIBRIERTECLMOLOGIE DES PARC 79
6.4.1 KALIBRIERMODELL 79
6.4.2 BESTIMMUNG DES POLARISATIONSUNABHANGIGEN VERLUSTES 80
6.4.3 RADAR PARC SYCHRONISIERUNG 81
6.5 KALIBRIENNODULE . . 83
6.5.1 ZEITREILIE 83
6.5.2 RADARPULSMESSUNG 83
6.5.3 BEKANNTES PARC SIGNAL 84
6.5.4 RADAR EMPFANGSSIGNALMESSUNG . . 84
14
IN HA
LTS
VERZEICHNIS
6.5.5 AUTOMATISCHE POLARISATIONSOPTIMIERUNG FUR DEN RADAREMPFANG 85
6.5.6 AUTOMATISCHE POLARISATIONSOPTIMIERUNG BEIM SENDEN DES RADARS 86
6.5.7 RADARDATENDARSTELLUNG 87
6.5.8 MESSUNG DES POLARISATIONSPLIASENVERSATZES 87
6 6 PARC-MESSUNGEN . . 88
6 6 1 KALIBRIERUNG DER POLARISATIONSPHASEN 90
6 6.2 LEISTUNGSMESSUNG MIT DEM PARC 92
6.7 EINSCHRANKUNGEN 93
7 RADARDATENVERARBEITUNG 95
7.1 EINLEITUNG 95
7 2 SIGNALVERARBEITUNG AM POLDIRAD RADAR 96
7.3 DIE NEUE REALISIERUNG DES ALTERNIERENDEN H/V-MODUS 97
7.4 DER ALTERNIERENDE RECHTS-/LINKSZIRKULARE MODUS . . 104
7.5 SIGNALPROZESSIERUNG FUR MEHRPOLARISATIONSMESSUNGEN 105
7 5.1 PRAKTISCHE IMPLEINENTIERUNG 106
7.6 POLARIMETRISCHE DATENANALYSE 108
7.6.1 HUYNEN FORK-PARAMETER 108
7.6.2 WEITERE PARAMETER ILL
8 MEHRPOLARISATIONSMESSUNGEN 113
8.1 EMFIUSS DER SENDEPLIASE IM SIMULTANEN H/V-MODUS UND VERGLEICH
ZUM ALTERNIERENDEN H/V-MODUS 113
8.1.1 THEORETISCHE VORLIERSAGEN 113
8.1.2 MESSUNG DES KOPOLAREN KORRELATIONSKOEFFIZIENTEN 115
8.1.3 MESSUNG DER DIFFERENTIELLEN REFIEKTIVITAT 117
8 2 MESSUNG DES KO-KREUZ-KORRELATIONSKOEFFIZIENTEN 119
9 ZUSAMMENFASSUNG 123
10 AUSBLICK 125
A PARC SPEZIFIKATIONEN 127
A.L ANTENNE 127
A.2 PARC SCHALTPLANE 129
15
IN HA
LTS
VERZEICHNIS
B TIPPS ZUR WETTERRADARKALIBRIERUNG 131
B.L EINLEITUNG 131
B.2 MESSSTRECKE 131
B.3 ANTENNENAUSRICHTUNG 132
B.4 VERSATZ IN DEM RADAREMPFANGERN 132
B.5 ABSOLUTE LEISTUNGSKALIBRIERUNG 132
B 6 POLARISATIONSKALIBRIERUNG 133
C PLOTS DER SONNENMESSUNGEN 135
BIBLIOGRAFIE 149
16
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