地面测量雷达大气折射误差分析

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【摘 要】为应对现代化空战，应用地面测量雷达对空中目标进行动态测试，获取目标散射特征、精确探测空中目标位置愈显重要，具有重大的军事意义。大气系统对地面测量雷达造成测量误差除大气衰减外，大气的折射效应也是测试雷达误差的来源之一，本文通过对大气折射效应进行了分析研究，对传统的射线描迹法进行了改进，在不影响计算精度的前提下极大的提高了计算速度。

【关键词】雷达 大气折射 偏离误差

大气折射研究以特定大气模型应用射线描迹法计算最为普遍，但该方法迭代次数较多，计算实时性差，因此在此基础上计算折射误差也就复杂且耗时，本文对大气折射率随高度分布模型进行分析，选择以Hopfield模型来研究，提出一种改进措施，使迭代次数降为1～2次，极大的提高了计算实时性，并仿真计算出了大气折射引起的目标测量距离、角度误差。

1折射误差模型及计算

雷达波在大气中进行传播，折射现象主要是通过折射指数 或折射率 来体现的。大气折射对雷达波传播影响假设 为目标， 为雷达阵地， 为地心， 为视在仰角， 为目标真实仰角， 为仰角误差， 为雷达阵地到目标的电波射线轨迹， 为雷达阵地到目标真实距离， 为阵地与目标之间的地心夹角， 为地球半径[2-3]。

由Snell定理，可得目标视在距离： （1）

目标真实仰角为： （2）

目标真实距离为： （3）

因此仰角及测距误差为： （4）

其中 为雷达阵地地心距， 为目标地心距。

2折射误差计算及改进

为简化计算，减少迭代次数，本文对传统计算方法及结果进行研究，提出一种新的方法，一般情况下只需要进行1～3次积分运算就能得到比较高的精度结果。（1）观测的目标视在距离 和观测仰角 比真实距离 及仰角 大，因此计算出的初始目标地心距应大于目标实际地心距；（2）根据计算所得分析，目标的折射误差与观测角和视在距离有某种函数关系，因此设目标相对于地面高度的初始值为： （5）

经过拟合计算，取： （6）

（3）以 为积分下限， 为积分上限，计算出视在距离 ，在高度 处利用Snell定理即可计算出精度很高的目标高度，若重复计算上述步骤，可达到更高的精度。然后即可计算出目标的仰角及测距误差。

将门限选为1m，图2和图3为应用本文方法计算的某地大气折射引起的角度和距离误差。

图2本文计算的角度误差 图3本文计算的距离误差

3结语

本文通过对电磁波在大气传播折射现象分析，基于Hopfield模型采用射线描迹法对大气折射误差进行计算，针对传统方法迭代次数多、计算实时性差的特点提出了一种改进方法，从计算结果可得出：（1）距离误差在 量级，仰角误差在0.1°量级；（2）仰角误差和距离误差随着目标高度的增加而增加的速度由快变慢，表明折射误差主要发生在低高度区域；（3）通过图2、图3证明了本文方法计算精度较高；经过统计，对每个采样点修正需要1～3次迭代即可，计算速度明显提高。

参考文献：

[1]莫剑飞，张荣涛.一种对流层电波折射误差修正办法[J].火力与指挥控制，2010，35：164-169.

[2]赵乐至，武昱，唐佩佳.雷达大气折射误差修正快速算法[J].四川兵工学报，2012，33（5）：104-106.