The invention discloses a method for calculating atmospheric refractive index on radio wave rays, and establishes a national atmospheric refractive index profile database according to the geographical location range and the characteristics of Radio Meteorological environment changes in China; for uniform atmospheric structure areas, the atmospheric profile of the radar location is obtained by direct detection method, and the radio wave rays are obtained by translating the measured refractive index at the same height. Refractive index; For inhomogeneous atmospheric structure area, when the starting position of the radio ray is in the radar grid, the atmospheric refractive index profile of the radar site is obtained by direct detection method; when the radio ray falls into other grids, the position of the ray point is calculated first, and then the atmospheric refractive index profile of the ray point is obtained by using the national atmospheric profile model database. The refractive index profile is used to obtain the atmospheric refractive index of radio waves. The invention is easy to realize in engineering application and has small calculation error, thereby effectively improving the calculation accuracy of radio wave refractive index.
【技术实现步骤摘要】
一种电波射线上大气折射率计算方法
本专利技术属于电波折射误差修正
,具体涉及到一种电波射线上大气折射率计算方法。
技术介绍
随着电子器件精度的进一步提高,以及信号与数据处理方法的进一步发展和优化,作为现代战争中不可或缺的雷达系统得到了广泛应用,雷达系统的探测精度主要取决于电波折射误差修正精度。电波折射误差主要是由于雷达的电波通过不均匀的大气而产生的,根据目前的电波折射误差修正研究和实际应用情况,电波折射误差计算公式本身的精度较高,影响其修正精度的关键因素是电波射线上大气折射率的精确度,因此要提高电波折射误差修正精度的关键是要提高电波射线上的大气折射率的准确度。对流层大气中的折射率主要由直接探测法、统计法、公式法和反演法等四种方法获得。直接探测法是利用“五九”型探空仪、电子探空仪、ADAS探测系统等探测仪进行不同高度处的大气温度、气压和湿度等参数探测,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,进而得到雷达所在地的大气折射率剖面,它是一种由高度和折射率组成的离散剖面。统计法是通过大量的雷达所在地的大气折射率剖面的统计,给出一种大气折射率的数学模型,目前该模型精度最高的是分段模型。公式法是利用国际上给出的Hopfild、Saastamoinen等公式计算大气折射率剖面。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。就获得大气折射率剖面的精度而言,这四类方法中直接探测法的精度最高,其次是统计法。直接探测法获得的大气折射率剖面是实时测量,基本上不存在大气的时变误差;统计法是根据本地的大 ...
【技术保护点】
1.一种电波射线上大气折射率计算方法,其特征在于,包括:(1)根据我国地理位置范围和无线电气象环境变化的特点,采用大气环境栅格技术将全国划分成1840个栅格,建立全国大气折射率剖面数据库;(2)对于均匀的大气结构地区,只考虑大气折射率随高度的变化,将大气视为球面分层大气,利用直接探测法得到雷达所在地的大气剖面,并通过相同高度实测折射率的平移来获取电波射线任意位置的折射率;(3)对于不均匀的大气结构地区以及下垫面复杂地区,采用三维大气剖面,当电波射线的开始位置是在雷达所在的栅格内,利用直接探测法得到雷达所在地的大气折射率剖面;当电波射线落到其他栅格内时,先计算出射线点的位置,然后再利用已建立的全国大气剖面模型数据库得到该射线点的大气折射率剖面,利用此折射率剖面进行计算,得到电波射线上的大气折射率。
【技术特征摘要】
1.一种电波射线上大气折射率计算方法,其特征在于,包括:(1)根据我国地理位置范围和无线电气象环境变化的特点,采用大气环境栅格技术将全国划分成1840个栅格,建立全国大气折射率剖面数据库;(2)对于均匀的大气结构地区,只考虑大气折射率随高度的变化,将大气视为球面分层大气,利用直接探测法得到雷达所在地的大气剖面,并通过相同高度实测折射率的平移来获取电波射线任意位置的折射率;(3)对于不均匀的大气结构地区以及下垫面复杂地区,采用三维大气剖面,当电波射线的开始位置是在雷达所在的栅格内,利用直接探测法得到雷达所在地的大气折射率剖面;当电波射线落到其他栅格内时,先计算出射线点的位置,然后再利用已建立的全国大气剖面模型数据库得到该射线点的大气折射率剖面,利用此折射率剖面进行计算,得到电波射线上的大气折射率。2.如权利要求1所述的一种电波射线上大气折射率计算方法,其特征在于:全国大气折射率剖面数据库的建立是根据我国地理位置范围和无线电气象环境变化的特点,采用大气环境栅格技术将全国划分成1840个栅格,然后利用分段模型对大气折射率进行计算,其模型为:其中,h0为地面海拔高度,km;N0为地面大气折射率;G为地面到1km高度的折射率梯度,1/km;N1为地面1km高度上的大气折射率;N9为海拔9km高度上的大气折射率;c为地面1km至海拔9km大气层的衰减系数,1/km;c9为海拔9km以上高度大气层的衰减系数,1/km,下标0为区分作用,h表示目标指定的海拔高度,单位为km;利用近20年全国大气探空数据对每个栅格按月份进行统计,各个探空站每天都有2次大气剖面实际探测数据,因此每个栅格内每月共有1200组探空数据,在这些数据中除去特殊天气外的数据后按式(1)进行统计,可得到1200组参数N0i、Gi、ci和c9,再将所有参数进行回归统计,就可建立各个栅格内每个月的G与N0、c与N0、c9与N0之间的关系式,最后建立由栅格、地面高度h0、月份、G与N0、c与N0、c9与N0的回归系数组成的全国大气折射率剖面数据库。3.如权利要求2所述的一种电波射线上大气折射率计算方法,其特征在于:当栅格内没有探空数据时,选用相邻有探空站的四个栅格内的同时间数据,利用拉格朗日插值公式求得该栅格内的同时间大气剖面数据,这样就使得各个栅格内都具有大气剖面数据。4.如权利要求1所述的一种电波射线上大气折射率计算方法,其特征在于:当雷达电波射线的开始位置是在雷达所在的栅格内时,大气折射率剖面由直接探测方法得到,由于电波在大气传播时会发生折射现象,所以通常用射线来表示电波传播的轨迹,大气折射率剖面是描述大气折射率沿高度变化的数学公式或相关数据,因此计算大气折射率剖面时,需要首先计算电波传播的射线轨道,其具体计算过程如下:已知射线初始位置上的大气折射指数n0、矢径r0和初始仰角θ0,矢径r0表示当地地球半径,则由斯奈尔定律的变形式可得出:θ表示目标在海拔h处电波射线上的仰角,n表示大气折射指数,r表示当地地球半径;根据三角关系,可推导出:假设射线上某点的位置用水平距离d和高度...
【专利技术属性】
技术研发人员:张瑜,秦元基,李爽,邢孟女,赵小纳,周文静,
申请(专利权)人:河南师范大学,
类型:发明
国别省市:河南,41
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