[发明专利]一种高精度大气折射率误差计算方法

说明书

本发明公开了一种高精度大气折射率误差计算方法，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；在离地面1km以上的范围内，大气折射率成指数衰减，当目标高度在此范围内时，利用指数插值法得到该目标的大气折射率，并利用该大气折射率计算出目标的误差。本发明能够降低大气折射率的误差，提高大气折射率的计算精度，从而提高雷达对目标的定位和测速精度。

技术领域

本发明涉及电波折射率计算领域，具体涉及一种高精度大气折射率误差计算方法。

背景技术

在现代战争中，雷达是不可或缺的一种探测设备，高精度的雷达不仅可以对目标进行精确的定位和测速，而且也能够对目标进行准确识别，从而为攻击和防御系统的有效运行奠定坚实的基础。在雷达从地面对空中目标的探测中，雷达无线电信道是空中大气，由于空中大气是折射率不等于1的不均匀媒质，因此雷达在工作中，其电波必定会产生折射效应，从而使得电波射线产生弯曲、传播速度小于光速、多普勒频率不再正比于目标的径向速度等现象，最终导致雷达在对目标的探测中产生折射误差。为了提高雷达的探测精度，必须对引起大气折射的误差的大气折射率进行计算，其计算精度将直接影响雷达对目标的定位和测速精度。

决定大气折射误差的主要因素有两个，一个电波折射修正算法误差，或称为公式误差，另一个是电波折射修正中采用的空中大气折射率剖面(随高度变化)误差，或称为大气折射率误差。经过几十年的研究，电波折射修正的公式误差已很小，常用的以电波射线描迹法为代表的电波折射修正算法已具有很高的精度。目前限制电波折射误差修正精度的主要因素是大气折射率误差，由于大气折射率误差在实际的空间环境中大气是分层的，所以电磁波在传播时其传播射线要发生不同程度的弯曲，由斯奈尔定律可知，雷达电波射线上大气折射率的准确性是影响电波折射误差修正精度的关键因素之一。这就需要在实际应用中精确获得雷达电波射线处的大气折射率。目前大气折射率剖面的获取方法较多，按种类分主要有直接探测法、模式法和反演法等三种。直接探测法主要是在雷达所在地采用五九型探空仪、电子探空仪、ADAS探测系统等进行不同高度处的大气温度、气压湿度等参数探测，然后利用大气折射率与温度、气压和湿度的函数关系计算出对应高度处的大气折射率值，从而获得雷达所在地的大气折射率剖面，称为离散剖面；模式法是对雷达所占地的大气折射率剖面进行多次探测，然后对这些数据进行统计，获得该地的大气折射率模型；反演法是利用微波辐射计或GPS等在雷达所占地进行测量，进而反演出该地的大气折射率剖面。这三类方法相比，直接探测法获得大气折射率剖面的精度最高，这也是高精度电波折射修正中采用该方法获得大气折射率剖面的缘故。

在大气折射率的直接探测法中，探测器一般由氢气球或氦气球携带自由升空，探测器每隔10秒左右发出一组大气参数，因此采用直接探测法获得的大气折射率剖面是一不等高度间隔的离散数据，即不同的离地高度与相应高度处的大气折射率值。在电波折射修正中，为了确保计算精度，一般描迹电波射线的步长很短，这样电波折射计算中用到的各点处大气折射率需要通过对已获得的大气离散剖面进行插值得到。目前在应用于电波折射修正中的大气折射率的所有插值方法中，都采用线性插值算法，即没有实测值的折射率由该高度前后两个相邻有实测值进行线性插值得到。根据大气折射率随高度的变化规律可知，大气折射率随高度一般分为三段变化，第一段(地面到离地1km范围)的大气折射率随高度呈线性衰减，第二段(地面1km到海拔9km范围)和第三段(海拔9km到对流层顶60km)的大气折射率随高度呈指数衰减，但是这两段大气的指数衰减系数不同。如果在电波折射修正中，第一段大气电波射线上的折射率采用线性插值其精度是较高的，但是在第二或第三段大气采用线性插值，由于大气直接探测得到的离散数据的相邻高度一般都在几百米或几千米，线性插值与实际大气折射率变化规律不相符，因此会产生较大的误差，进而影响电波折射修正精度，最终影响雷达的探测精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高精度大气折射率误差计算方法，能够降低大气折射率的误差，提高大气折射率的计算精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：