一种低角雷达电波折射误差在线修正方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达测量误差修正方法技术领域，具体涉及一种低角雷达电波折射误 差在线修正方法。
【背景技术】
[0002] 提高雷达的测量定位精度是导航、卫星和测控等应用领域的必要条件。随着组成 雷达系统的电子元器件本身精度的提高以及相关数据处理方法的优化，大气环境引起的电 波折射误差已成为限制雷达测量精度进一步提高的主要因素。
[0003] 雷达探测空中目标时，电波要通过大气（包括对流层和电离层）环境。大气环境 的不均匀性使得电波在大气中传播时产生折射效应，电波射线沿曲线而不是沿直线传播， 且传播速度小于光速，使得雷达测量参数产生折射误差，进而影响雷达定位精度。要进一步 提高雷达定位精度，必须进行电波折射误差修正。由于大气的水平不均匀性很小，因此折射 误差只考虑距离误差和仰角误差，而不需要考虑方位角误差。目前，绝大多数学者利用实测 大气环境参数，采用基于积分形式的射线描迹法进行电波折射误差的计算和修正，由于该 方法需要测量大气环境参数和积分运算，需要的处理时间很长，因此它只适用于靶场和实 验基地的雷达系统，而不适用于实际应用中需要在线（实时）进行电波折射误差修正的雷 达系统。
[0004] 目前已有的电波折射误差实时修正方法主要有两类，一类是利用微波辐射计测量 雷达电波射线经过大气环境的热噪声，利用马可（Marcor)技术得到热噪声与折射误差的 关系，进而进行折射误差修正。但是这种方法一是只能进行距离折射误差修正，不能进行角 度折射误差的修正，修正参数不完整；二是它得到的折射误差只是从雷达到无限远处的误 差量，不是雷达到目标之间的误差量，修正范围大于实际电波通过区间，扩大了误差量。另 一类是对某些参数进行理想化近似的简化修正法，它不仅需要进行大量的前期数据统计工 作，而且修正精度较低，只能适用于参与统计的典型地区的雷达系统。
[0005] 为了满足实际应用中的雷达系统的电波折射误差在线修正，进一步提高雷达定位 精度，有必要研发一种低角雷达电波折射误差在线修正方法。
【发明内容】
[0006] 本发明解决的技术问题是提供了一种低角雷达电波折射误差在线修正方法，当雷 达对目标进行测量时，将雷达测量参数（距离和角度）通过由GPS接收机、地面大气折射率 测量仪、大气剖面数据库、控制与数据处理器和有关接口电路等组成的装置得到消除大气 折射误差的雷达定位参数，用该参数进行目标的定位，提高雷达的定位精度。
[0007] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种低角雷达电波折射误差在线 修正方法，其特征在于包括以下步骤：（1)由雷达天线处的GPS接收机得到雷达天线的地 理位置和工作月份，并通过数据接口输送到控制与数据处理器中；（2)控制与数据处理器 根据雷达的地理位置和工作月份，在大气剖面数据库中找寻和确定所需要的大气模型；（3) 大气折射率测量仪对雷达处的地面大气折射率进行测量，并将地面大气折射率测量值通过 数据接口输送到控制与数据处理器中；(4)控制与数据处理器根据大气折射率测量值对步 骤（2)中确定的大气模型进行参数确定，得到只含未知数高度h的实用大气剖面；（5)雷达 测量参数通过数据接口输送到控制与数据处理器中；(6)在控制与数据处理器中，根据确 定的大气剖面和雷达测量参数，利用差分电波折射误差修正方法计算电波折射误差，并将 雷达测量参数进行误差修正，得到修正结果；（7)将修正后的雷达测量参数再输送到雷达 的定位处理单元进行目标精确定位；（8)将雷达折射误差进行显示和存储。
[0008] 进一步限定，所述的大气剖面数据库的建立方法具体包括以下步骤：
[0009] (1)根据我国常用雷达所处地理位置和无线电气象环境变化特点，采用栅格技术 划分区域，在东经700到1350范围内按10间隔进行划分，在北炜150到550范围内按0. 10 间隔进行划分，划分后建立的栅格数为26000个；
[0010] (2)确定每个栅格内的大气实测剖面，根据目前我国现有大气剖面探测站的位置， 从全国大气探测站的探测数据中找出对应栅格20年内的大气实测剖面数据，每天两组数 据，每个站共有14600组，如果栅格内有实测数据，则该栅格内的数据即为实测大气剖面数 据，如果栅格内没有实测大气剖面数据，根据相邻四个栅格内的实测大气剖面数据，利用拉 格朗日插值公式求得该栅格内的大气剖面，最后使得每个栅格内都有20年的大气剖面实 测数据；
[0011] (3)确定大气模式，通过对比各种大气模式，最后选用高精度的大气剖面分段模 式，即
[0012]
[0013] 式中，h。为地面海拔高度，km ;N。为地面大气折射指数；G为地面到Ikm高度的折 射指数梯度，1/km A1为地面Ikm高度上的大气折射指数；其中N9为海拔9km高度上的大气 折射指数；c为地面Ikm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，Ι/km ;
[0014] (4)各栅格内大气模式系数计算，对各栅格中每一次探测数据利用⑵式计算出 对应的系数G和C，即
[0015]
[0016] 式中，N1由实测探测数据内插获得，N1为地面Ikm到海拔9km范围内各高度Ii 1Ji 的大气折射指数，m为该范围内大气折射指数探测数据的个数，每一次探测数据中的N9也由 实测探测数据内插获得，C 9全国变化不大，因此采用全国年平均值0. 1434,这样由各个栅格 每一次实测大气剖面得到一组N。、HGA数据，将这些数据代入到⑴式就得到该次实 际探测数据的大气剖面模型；
[0017] (5)各栅格地面折射指数N。与大气剖面模型系数的关系统计，对每个栅格内各个 月份的数据N。与N pNyGX进行统计回归，得到各栅格每个月份NpN9WX与N。的关系式， 对于各栅格的每个月份N。再根据得到各栅格每个月份N i、N9、G、C与N。的关系式得出对应 的N9、G、C，从而得到实用的大气剖面N(h);
[0018] (6)地面折射率与大气模式系数关系建库，利用步骤（5)的结果建立数据库，它由 经度，炜度，海拔高度，月份，N。与N 系式，N。与N 9关系式，N。与G关系式，N。与C关系式 组成，在实际应用中，根据地面大气折射指数N。得到大气剖面N (h)。
[0019] 进一步限定，所述的大气折射率测量仪为IlGHz大气折射率测量仪，是根据微波 谐振腔的谐振频率随腔内大气介质变化而变化的原理而设计的，其工作频率为S=IlGHz, 工作模式为TE mi，谐振腔频率为：
[0020]
[0021] 式中，c为真空中的光速，η为腔内介质的折射率，1为腔体的长度，R为腔体的半 径，当谐振腔内充满大气介质时，腔内的谐振频率不等于真空中的谐振频率，而是存在一定 的频率差Λ f = f"-f,从而可得到谐振眸内太气的析射指数N为：
[0022]
[0023] 大气折射率η与大气折射指数N的关系为
[0024] η = 1+ΝΧ10 6 (5)
[0025] 实际上，大气折射指数或折射率的测量主要是测量谐振腔的谐振频率的变化量， 其具体测量过程为：
[0026] (I) 500ΚΗΖ晶振提供两路信号，一路输入到鉴相器为其提供参考标准信号，另一路 输入到IOOMHz压控振荡器VCO为其提供调制信号；
[0027] (2) IOOMHz压控振荡器VCO提供两路信号，一路输入到混频器，另一路经过倍频后 在频率综合器中生成IlGHz信号；
[0028] (3) IlGHz频率综合器信号经衰减、滤波将信号送至环形器，环形器再经过支节调 配器的阻抗调节后将信号送至微波谐振腔；
[0029] (4)环形器将腔体反射回来的信号传送给检波器进行检波，检波器将腔体反射回 的高频信号中带有折射率信息的中频信号取出；
[0030] (5)鉴相器将带有折射率信息