[发明专利]一种高精度大气折射率误差计算方法

权利要求书

1.一种高精度大气折射率误差计算方法，其特征在于，包括：

①在地面到离地1km的范围内，大气折射率呈线性衰减，当目标高度在此范围内时，利用线性插值法得到该目标的大气折射率；

②在离地面1km以上的范围内，大气折射率成指数衰减，当目标高度为离地1km到最大实测探空离散数据最高处h_T范围内时，首先计算出离地1km处的大气折射率N₁，其对应的海拔高度为h_s+1，并假设大于h_s+1高度的第一个实测大气折射率剖面的高度为h_k+1，高度h_k+1处对应的大气折射率为N_k+1，令h_s+1高度处的大气折射率为N_k，N_k＝N₁，并令h_s+1＝h_k，然后计算出实测探空离散数据中相邻两高度h_k和h_k+1之间的衰减系数C_k，即

对于高度h_k和高度h_k+1范围内不同高度对应的大气折射率N_i采用如下公式得到

其中，h_i表示目标高度，下标T和s均为区分作用，并非变量；

③当目标高度大于实测探空离散数据最高处h_T以上范围时，由于此部分没有实测数据，而只能用全国大气探测数据统计结果，即C₉＝0.1424，对于该部分大气折射率，首先由式(1)和式(2)计算出海拔9km高度处的大气折射率N₉，然后根据公式(3)计算出该范围内任意高度的大气折射率N_i，即

④分别基于步骤①、步骤②和步骤③得到的大气折射率进行电波折射误差计算，从而得出目标的误差。

2.如权利要求1所述的一种高精度大气折射率误差计算方法，其特征在于：所述①中，利用线性插值法计算大气折射率时，假设目标高度h_i处的大气折射率为N_i，而N_i处于实测大气折射率剖面中的高度h_j和h_j+1之间，它们对应的大气折射率分别为N_j和N_j+1，则采用线性插值可得到：

其中，N_j和N_j+1均可根据大气折射率剖面中获取，其均为现有数据，i＝1，2，3…；j＝1，2，3…；

利用(4)式可以得到地面到离地1km的范围内的各个高度上的大气折射率值。

3.如权利要求1所述的一种高精度大气折射率误差计算方法，其特征在于：所述④中，若目标处在低于60km的低层大气中，根据雷达测量目标的视在距离的定义和其相关的几何关系可得出以下数学表达式：

式中，R_e表示雷达的视在距离，c表示无折射的真空速度，t表示电波在低层大气中的传播时间，h₀表示雷达观测站的海拔高度，h_t表示实测大气折射率剖面的最高高度，n表示目标高度h_i的大气折射指数，n＝1+N×10^-6，cscθ的值可由斯奈尔定律变形得出，h_i表示的是在不大于实测大气折射率剖面最高高度以内的目标高度，下标e、0、t和i均为区分作用，并非变量；

令任意高度上的矢径数值为r＝a+h，雷达测量站至地心的距离是r₀＝a+h₀，r表示当地的地球半径，a表示地球的地球半径，h表示当地在电波射线轨迹上的海拔高度，h₀表示雷达观测站的海拔高度，因此斯奈尔定律可写为：

n(a+h)cosθ＝n₀(a+h₀)cosθ₀ (6)

则：

将式(7)代入式(5)中，即可得到雷达的视在距离为：

地心张角与海拔高度h的关系为：

将上式左右两边同时进行积分，得：

其中，θ₀表示雷达的视在仰角θ₀，θ表示在海拔h处的射线的仰角；

根据三角形正弦定理知：

其中，α₀表示目标的真实仰角，表示地心张角；

由式(11)可得目标的真实仰角α₀为：

再次由正弦定理可知：

从而可推导出雷达观测站到目标的真实距离为：

已知雷达的视在距离R_e、视在仰角θ₀，以及目标的真实仰角α₀、真实距离R₀，可以得出目标的距离的误差ΔR及仰角的误差ε，即：

以上，h为电波射线轨迹上某点的地面高度，是个变量，h₀代表雷达观测站的海拔高度，h_i是目标高度，h_s为地面海拔高度，主要用于大气折射率指数模型，h_k表示实测大气折射率剖面数据中的某个值。