[发明专利]一种低仰角对流层折射修正方法

说明书

技术领域

本发明属于大气科学技术领域，涉及一种低仰角对流层折射修正方法。 

背景技术

航天器、导弹等飞行器均要经历大气对流层，大气的折射效应引起电(光)波传播的延迟和路径弯曲而导致误差，对信号传播媒介的误差修正是提高测控通信、导航定位精度的有效手段。在航天测控等实际工程应用中，对流层的折射修正计算采用基于大气球面分层假设的折射模型，即假设地球为圆球，大气结构在水平方向上是均匀的，大气折射对方位角无影响，仅考虑测距和俯仰角的误差修正，即大气可沿球面分为同心的薄层，而基于球面分层的hopfield等积分修正方法是常用的对流修正方法。 

在大气球面分层基本假设下，地球为圆球，其平均半径为t_e，与地球同心的薄层半径为r。在对流层，信号折射率n(r)根据地球同心的薄层半径(地心距)r处大气层的温度、湿度和气压等参数计算得到，不失一般性，工程中将折射率n简写为r的函数： 

n＝n(r)     (9) 

而电波和光波在空间的传播规律满足Snell定律，即在任意一个与地球同心的大气薄层内成立： 

nrcosθ=const     (10) 

其中，n为薄层内的折射率，r为薄层半径，θ为信号射线与薄层切面 的夹角，如图1所示。图1中为地心夹角，S为几何距离。 

传统的对流层积分修正算法一般以波线传播路径上的地心距为积分变量，其地心夹角的计算公式为： 

其中，r₀为测站处的地心距，n₀为测站处的折射率，E为测站处的视在仰角；r_m为目标处的地心距，n为地心距在r处的折射率。当E较小时， 分母趋于0会使得积分结果误差非常大。因此工程应用中低仰角(≤10°)下测量信号的对流层折射修正是一个技术难题，低仰角是测站发射的测控信号方向与水平方向的夹角不大于10°。 

发明内容

本发明需要解决的问题是：提供一种低仰角对流层折射修正方法，以提高信号在对流层传播的修正精度。 

为解决上述技术问题，本发明提出一种低仰角对流层折射修正方法，包括以下步骤： 

步骤一、建立低仰角测量信号在对流层传播的射线轨迹方程组 

低仰角测量信号在对流层传播的射线轨迹方程组如下： 

其中，θ为低仰角测量信号在对流层传播的射线与信号传播大气层切面的夹角，r为信号传播大气层的半径，ds为信号在对流层传播的射线几何距离S上所取的微元，为测站与目标间的地心夹角，n(r)为信号在大气层传播的折射率，R是与ds对应信号的实际传播路径。 

步骤二、建立低仰角对流层折射修正迭代算法 

迭代修正的思想是选取合适的步长、通过反复迭代使得修正精度达到需求，建立的低仰角对流层折射修正迭代算法如下： 

2.1、k＝0，取迭代步长为ΔS，则得到迭代初值方程组如下： 

其中，r₀为测站的地心距，r_a为目标的地心距，为真实的测站与目标的地心夹角，R₀为真实的测距，θ₀为信号在对流层传播的真实的射线与信号传播大气层切面夹角，E_e为测站处未经折射修正的实测仰角。 

2.2、k＝k+1，获得对流层修正的迭代算法方程组如下： 

其中，r_k、r_k-1分别是迭代第k步和第k-1步目标的地心距，ΔS为迭代步长，θ_k、θ_k-1分别是迭代第k步和第k-1步信号在对流层传播的射线与信 号传播大气层切面夹角，分别是迭代第k步和第k-1步的测站与目标的地心夹角，R_k、R_k-1分别是迭代第k步和第k-1步的测距，n(r_k)、n(r_k-1)分别是迭代第k步和第k-1步的信号折射率。 

步骤三、确定低仰角对流层折射修正迭代终止条件 

终止低仰角对流层折射修正迭代的验证方程组如下：