地面測量雷達大氣折射誤差分析

齊玉濤　王海風(fēng)　趙東濤　張馨元（中國飛行試驗研究院，陜西西安 710089）

地面測量雷達大氣折射誤差分析

齊玉濤王海風(fēng)趙東濤張馨元
（中國飛行試驗研究院，陜西西安 710089）

為應(yīng)對現(xiàn)代化空戰(zhàn)，應(yīng)用地面測量雷達對空中目標(biāo)進行動態(tài)測試，獲取目標(biāo)散射特征、精確探測空中目標(biāo)位置愈顯重要，具有重大的軍事意義。大氣系統(tǒng)對地面測量雷達造成測量誤差除大氣衰減外，大氣的折射效應(yīng)也是測試?yán)走_誤差的來源之一，本文通過對大氣折射效應(yīng)進行了分析研究，對傳統(tǒng)的射線描跡法進行了改進，在不影響計算精度的前提下極大的提高了計算速度。

雷達 大氣折射 偏離誤差

大氣折射研究以特定大氣模型應(yīng)用射線描跡法計算最為普遍，但該方法迭代次數(shù)較多，計算實時性差，因此在此基礎(chǔ)上計算折射誤差也就復(fù)雜且耗時，本文對大氣折射率隨高度分布模型進行分析，選擇以Hopfield模型來研究，提出一種改進措施，使迭代次數(shù)降為1～2次，極大的提高了計算實時性，并仿真計算出了大氣折射引起的目標(biāo)測量距離、角度誤差。

1　折射誤差模型及計算

雷達波在大氣中進行傳播，折射現(xiàn)象主要是通過折射指數(shù)n或折射率N來體現(xiàn)的。大氣折射對雷達波傳播影響假設(shè)T為目標(biāo)，O為雷達陣地，O＇為地心，θ0為視在仰角，α0為目標(biāo)真實仰角，ε0為仰角誤差，Rg為雷達陣地到目標(biāo)的電波射線軌跡，R0為雷達陣地到目標(biāo)真實距離，φ為陣地與目標(biāo)之間的地心夾角，a為地球半徑［2-3］。

由Snell定理，可得目標(biāo)視在距離：

目標(biāo)真實仰角為：

圖1　本文計算的角度誤差

圖2 本文計算的距離誤差

其中r0為雷達陣地地心距，為目標(biāo)地心距。

2　折射誤差計算及改進

為簡化計算，減少迭代次數(shù)，本文對傳統(tǒng)計算方法及結(jié)果進行研究，提出一種新的方法，一般情況下只需要進行1～3次積分運算就能得到比較高的精度結(jié)果。（1）觀測的目標(biāo)視在距離gR和觀測仰角0θ比真實距離0R及仰角0α大，因此計算出的初始目標(biāo)地心距應(yīng)大于目標(biāo)實際地心距；（2）根據(jù)計算所得分析，目標(biāo)的折射誤差與觀測角和視在距離有某種函數(shù)關(guān)系，因此設(shè)目標(biāo)相對于地面高度的初始值為：

將門限選為1m，圖1和圖2為應(yīng)用本文方法計算的某地大氣折射引起的角度和距離誤差。

3　結(jié)語

本文通過對電磁波在大氣傳播折射現(xiàn)象分析，基于Hopfield模型采用射線描跡法對大氣折射誤差進行計算，針對傳統(tǒng)方法迭代次數(shù)多、計算實時性差的特點提出了一種改進方法，從計算結(jié)果可得出：（1）距離誤差在m量級，仰角誤差在0.1°量級；（2）仰角誤差和距離誤差隨著目標(biāo)高度的增加而增加的速度由快變慢，表明折射誤差主要發(fā)生在低高度區(qū)域；（3）通過圖1、圖2證明了本文方法計算精度較高；經(jīng)過統(tǒng)計，對每個采樣點修正需要1～3次迭代即可，計算速度明顯提高。

［1］莫劍飛，張榮濤.一種對流層電波折射誤差修正辦法［J］.火力與指揮控制，2010，35：164-169.

［2］趙樂至，武昱，唐佩佳.雷達大氣折射誤差修正快速算法［J］.四川兵工學(xué)報，2012，33（5）：104-106.