地面测量雷达大气折射误差分析

齐玉涛　王海风　赵东涛　张馨元（中国飞行试验研究院，陕西西安 710089）

地面测量雷达大气折射误差分析

齐玉涛王海风赵东涛张馨元
（中国飞行试验研究院，陕西西安 710089）

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。

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n或折射率N来体现的。大气折射对雷达波传播影响假设T为目标，O为雷达阵地，O＇为地心，θ0为视在仰角，α0为目标真实仰角，ε0为仰角误差，Rg为雷达阵地到目标的电波射线轨迹，R0为雷达阵地到目标真实距离，φ为阵地与目标之间的地心夹角，a为地球半径［2-3］。

由Snell定理，可得目标视在距离：

目标真实仰角为：

图1　本文计算的角度误差

图2 本文计算的距离误差

其中r0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gR和观测仰角0θ比真实距离0R及仰角0α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：

将门限选为1m，图1和图2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。

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m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1、图2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。

［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.