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。2. 根据权利要求1所述的低角雷达电波折射误差在线修正方法，其特征在于：所述的 大气剖面数据库的建立方法具体包括以下步骤： (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； ⑵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； (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lkm高度的折射指 数梯度，1/kmA为地面lkm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lkm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，1/km; (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（2)式计算出对应 的系数G和C，即式中，K由实测探测数据内插获得，^为地面lkm到海拔9km范围内各高度h上的大 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队也由实测 探测数据内插获得，C9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。、NpN9、G、C数据，将这些数据代入到（1)式就得到该次实际探 测数据的大气剖面模型； (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NN9、G、C进行统计回归，得到各栅格每个月份&、N9、G、C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^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); (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N9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)。3.根据权利要求1所述的低角雷达电波折射误差在线修正方法，其特征在于：所述的 大气折射率测量仪为11GHz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fc= 11GHz，工作模式为TEM1，谐振腔频率 为：式中，c为真空中的光速，n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Af= 4-f?，从而可得到谐振腔内大气的折射指数N为：大气折射率n与大气折射指数N的关系为 n= 1+NX10 6 (5) 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： (1) 500KHZ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100MHz压控振荡器VCO为其提供调制信号； (2) 100MHz压控振荡器VC0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11GHz信号； (3) 11GHz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； (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； (5) 鉴相器将带有折射率信息的中频信号与500KHZ晶振产生的中频信号进行比相，比 相结果是一个电压信号，用该电压信号控制100MHz压控振荡器VC0的振荡频率； (6) 混频器将100MHz压控振荡器VC0输出频率与100MHz晶振产生的频率进行混频和 放大，得到的差频信号Af含有大气折射率信息，利用（4)式可计算处腔体内的代表大气折 射指数N的电压信号； (7) 将N的电压信号经A/D采集得到大气折射指数N数据，然后送至计算机进行存储和 处理； 其中，步骤（2)到（5)是一个锁相电路环式的主测量电路，它将腔体中大气折射指数变 化引起的谐振腔谐振频率的变化锁定，然后与高精度的100MHz晶振信号进行差频后得到 大气折射指数的量值。4.根据权利要求1所述的低角雷达电波折射误差在线修正方法，其特征在于：所述的 控制与数据处理器用于完成雷达地理位置和日期、地面大气折射率和雷达测量定位参数的 输入，大气剖面数据库中的剖面模型的数据交换，电波折射误差修正后的雷达测量参数的 输出，折射误差的显示和存储以及电波折射误差的计算和修正，其具体步骤为： (1) 采集和控制输入GPS接收机得到的地理位置和日期数据； (2) 采集和控制输入大气折射率仪得到的地面大气折射率数据n。； (3) 采集和控制雷达测量数据距离和仰角； (4) 根据步骤（1)的数据在大气剖面数据库中选择大气剖面模型； (5) 根据步骤（3)中的大气剖面模型和步骤（2)中的地面大气折射率获得大气剖面n(h)； (6) 进行电波折射误差计算，根据雷达测量的初始仰角0。，利用senell定理计算出电 波射线任意高度处的射线折射仰角0 (h)，即式中，0 (h)为任意高度的电波射线的折射仰角，rad; 0。为雷达测量到的仰角，rad;a为地球平均半径，a~6370km;h。为雷达天线的海拔高度，km;n(h)为任意高度h处的大气 折射率， 将电波射线分成m段，每一段对应的高度为Ahpi= 1，2, 3,......k，采用差分法得到 每一段的距离误差A民、地心角即地心到目标与地心到雷达之间的夹角误差A仍和电波射 线上折射角误差A，即式中，每段的折射率梯度由步骤（5)中的大气剖面n(h)获得， 采用迭代法求得i+1段电波射线上的对应参数，迭代公式为根据雷达测量精度的要求假设距离误差的精度为8,当|R1+1-R」〈5时迭代结束，艮为 雷达测量的距离参数，km， 为了减小迭代时间，A&采用变步长，第一次迭代取A/(u =Uv"，当n - /(. > 0时， 改变步长为A/~(2> = ，下一次迭代距离从及'开始计算，以此类推，直到变换p 次，步长小于S，出现I#1 -5时迭代结束，从而得到有关参数为折射误差的计算，距离折射误差AR和仰角折射误差e分别为式中，％分别为雷达测量的视在距离和视在仰角，Rc、a。分别为经过几何计算得到 的雷达到目标的真实距离和真实仰角，(7)雷达电波折射误差修正，经步骤（6)后得到修正后的雷达定位参数为⑶将步骤（7)的修正结果输送到雷达处理单元进行定位计算，得到目标的精确位置。
【专利摘要】本发明公开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。本发明的折射误差修正方法简单，运算量小，时间较短，精度较高，自动化程度高且易于实现，可实现雷达高精度定位的电波折射误差在线修正功能。
【IPC分类】G01S7/40
【公开号】CN105093195
【申请号】CN201510426385
【发明人】张瑜, 王召迎, 张洁寒, 杨豪强
【申请人】河南师范大学
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月20日