[发明专利]一种雷达测量的大气折射修正方法

说明书

本发明涉及一种雷达测量空间目标飞行轨迹时的大气折射修正方法，该方法主要应用于雷达精度鉴定等工作中，采用鉴定目标的标准轨道作为修正参考，并将地面垂直基准从传统方法的地心至雷达位置矢量，改进为地球椭球曲率中心至雷达位置矢量，从而由曲心距代替地心距、曲心夹角代替地心夹角，达到空间目标测量中折射修正量改进的目的。本发明考虑了地球的非球形特征，使折射误差计算更加接近物理实际，可直接应用于空间目标测量雷达的精度鉴定工作，提高精度雷达等的误差分离水平，服务于空间碎片环境监测、在轨服务与空间态势感知能领域，提升空间目标测量跟踪能力。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，雷达测量空间目标飞行轨迹时的大气折射修正方法。

背景技术

地基雷达对空间目标跟踪测量时，电磁波受大气折射影响，发生弯曲，测距值、测角(主要是俯仰角)和测速值需要进行修正。

在大气折射修正方法研究上，前人开展了深入的研究，较好地解决了普通测量应用问题。目前主要折射修正方法的思想是，基于大气球面分层假设，将折射修正量计算分为两步，第一步是根据气象数据计算电波传输路径的大气折射率，第二步是计算测元修正量。折射率计算主要根据电磁波与大气的物理作用机理，可以通过理想气体假设和大气密度与成分模型等推导，计算精度取决于模型精度。测元修正量计算，主要是以电波传播路径上的地心距为积分变量获取测站和目标真实的地心夹角，然后根据折射三角关系计算出真实测距、测角值，从而确定目标位置，给出折射修正量。

折射修正量一般采用迭代计算的方式，其关键是其中的夹角序列计算。传统做法是，按照指定的视在仰角传播到目标对应地心距后，根据传播路线计算对应的地心夹角。在该模型中，只有正确的视在仰角才能得到正确的地心夹角。当视在仰角估计值偏大时，得到的地心夹角估计值偏小；当视在仰角估计值偏小时，得到的地心夹角估计值偏大。实际上，在雷达精度鉴定等工作中，从第三方可获得高精度的雷达测量目标空间轨道信息，作为精度鉴定的标准。因此，在进行视在仰角计算时，这种事先已知的目标高精度位置信息，有很大的利用价值。此外从视在仰角计算地心夹角的策略，通常都是假设雷达当地的垂线与法线重合，即基于球形地球的假设，这在目标处于低仰角测量时，其合理性还有待商榷。

因此，本发明充分考虑雷达精度鉴定工作的特点，充分利用鉴定目标的标准轨道信息，引入地球椭球模型，建立更高精度和计算效率的折射修正方法，以满足空间目标测量雷达的精度鉴定需求，提高精度雷达等的误差分离水平，服务于空间碎片环境监测、在轨服务与空间态势感知能领域，提升空间目标测量跟踪能力。

发明内容

为满足航空航天领域中雷达设备测量精度的鉴定需求，本发明提供一种雷达测量的大气折射修正方法，该方法克服了传统方法信息利用率低和不准确的缺陷，改善了折射修正的精度和计算效率。

本发明采用鉴定目标的标准轨道作为修正参考，应用雷达站处地球椭球曲率中心代替地心，改进折射迭代中的夹角计算模型，从而建立一种改进的大气折射修正方法，具体方案如下：

一种雷达测量的大气折射修正方法，具体步骤如下：

(1)基于空间目标轨道，建立迭代计算策略

根据测量任务,通过第三方获取空间目标轨道数据，提取各时刻空间目标实际位置，进而计算空间目标的理论距离和仰角；计算雷达测量空间目标视线与雷达垂直基准线的夹角，利用该夹角计算理论的视在仰角和距离，建立折射迭代的基本公式；

(2)基于地球椭球模型，计算折射修正量

采用地球椭球模型，以地球椭球曲率中心至雷达位置矢量为地面垂直基准；根据椭圆曲率计算公式得到雷达位置的焦点半径，进而计算曲率半径，获得曲率中心坐标，由曲率中心坐标可以得出曲心距和曲心夹角；迭代计算空间目标真实的距离和仰角，进而获得折射修正量。

进一步的，所述步骤(1)的具体处理方法如下：