地面測量雷達大氣折射誤差分析

齊玉濤　王海風　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

齊玉濤王海風趙東濤張馨元
（中國飛行試驗研究院，陜西西安 710089）

為應對現代化空戰，應用地面測量雷達對空中目標進行動態測試，獲取目標散射特征、精確探測空中目標位置愈顯重要，具有重大的軍事意義。大氣系統對地面測量雷達造成測量誤差除大氣衰減外，大氣的折射效應也是測試雷達誤差的來源之一，本文通過對大氣折射效應進行了分析研究，對傳統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用射線描跡法計算最為普遍，但該方法迭代次數較多，計算實時性差，因此在此基礎上計算折射誤差也就復雜且耗時，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，折射現象主要是通過折射指數n或折射率N來體現的。大氣折射對雷達波傳播影響假設T為目標，O為雷達陣地，O＇為地心，θ0為視在仰角，α0為目標真實仰角，ε0為仰角誤差，Rg為雷達陣地到目標的電波射線軌跡，R0為雷達陣地到目標真實距離，φ為陣地與目標之間的地心夾角，a為地球半徑［2-3］。

由Snell定理，可得目標視在距離：

目標真實仰角為：

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，為目標地心距。

2　折射誤差計算及改進

為簡化計算，減少迭代次數，本文對傳統計算方法及結果進行研究，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果。（1）觀測的目標視在距離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地心距應大于目標實際地心距；（2）根據計算所得分析，目標的折射誤差與觀測角和視在距離有某種函數關系，因此設目標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　結語

本文通過對電磁波在大氣傳播折射現象分析，基于Hopfield模型采用射線描跡法對大氣折射誤差進行計算，針對傳統方法迭代次數多、計算實時性差的特點提出了一種改進方法，從計算結果可得出：（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高度的增加而增加的速度由快變慢，表明折射誤差主要發生在低高度區域；（3）通過圖1、圖2證明了本文方法計算精度較高；經過統計，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］.四川兵工學報，2012，33（5）：104-106.