[發明專利]一種基于地面氣象數據的對流層折射率梯度剖面建模方法

有效

• 申請號: 202111585420.7
• 申請日: 2021-12-23
• 公開（公告）號: CN114417565B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 胡冉冉;孫樹計;趙振維;劉玉梅
• 申請（專利權）人: 中國電波傳播研究所（中國電子科技集團公司第二十二研究所）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G01W1/02
• 代理公司: 青島博雅知識產權代理事務所(普通合伙) 37317
• 代理人: 封代臣

本發明公開了一種基于地面氣象數據的對流層折射率梯度剖面建模方法，包括如下步驟：步驟1，對給定探空站點的歷史氣象數據進行預處理，獲取對流層氣象參數與折射率梯度的剖面數據；步驟2，建立折射率梯度剖面分段模型的表述方程：步驟3，結合氣象參數隨高度的變化方程，得到基于地面氣象參數的折射率梯度模型表達式：步驟4，建立基于地面氣象數據的折射率梯度剖面分段模型。本發明所公開基于地面氣象數據的對流層折射率梯度剖面建模方法，可以根據站點的地面氣象數據獲取站點上空的折射率梯度剖面，可以較好地為測控雷達設計、衛星導航定位、大地精密測量、天文測量等領域的無線電波傳播效應評估及無線電系統設計提供技術支持，具有較好的實用性。

技術領域

本發明屬于地面無線電系統大氣模型構建技術領域，特別涉及該領域中的一種對流層折射率梯度剖面建模方法。

背景技術

對流層作為各種無線電系統的重要工作空間，其環境特性對無線電波的傳播有著十分重要的影響。無線電波在近地面大氣傳播時，由于近地面大氣環境存在復雜的時空變化，造成無線電波在其中的傳播效應，如衰減、折射、閃爍、多徑、去極化、時延等，使得無線電外測系統測得目標的距離、俯仰角、速度等參數偏離其真實值。在衛星導航、無線電定位以及地面微波通信中，無線電波的大氣折射效應都是必須處理的重要問題。

近地面大氣環境主要是面向地面微波基站、船載、地空路徑等電波傳播，折射率梯度的變化是影響無線電系統性能的重要因素。在折射率梯度模型的以往研究中，利用簡化公式給出了近地面1km高度處折射率梯度與地面折射率的指數關系模型：dN₁＝a₁ exp(b₁N₀)，但通過實測數據的對比驗證，發現指數模型的精度達不到無線電系統使用的要求；對于現有的折射率剖面模型，現用的比較多的為分段模型、指數模型以及Hopfield模型等，通過這些模型獲取到的折射率梯度與實際獲取到的梯度值存在較大的誤差，且在無線電系統應用過程中，通常以折射率梯度統計數據作為參考標準，在近地面1km高度內將折射率梯度看為常數值，其實用價值不高，不足以滿足無線電系統高精度使用需求。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就是提供一種基于地面氣象數據的對流層折射率梯度剖面建模方法，用以彌補現有應用中難以快速獲取對流層折射率梯度剖面的欠缺。

本發明采用如下技術方案：

一種基于地面氣象數據的對流層折射率梯度剖面建模方法，其改進之處在于，包括如下步驟：

步驟1，對給定探空站點的歷史氣象數據進行預處理，獲取對流層氣象參數與折射率梯度的剖面數據，所用氣象參數包括：溫度、壓強和水汽壓強；

步驟1A，從氣象探空站的探空數據中解析出特性層探空數據，獲取特性層的氣象數據，并用拉普拉斯壓高公式獲取特性層對應的海拔高度，拉普拉斯壓高公式為：

式中，P_n為特性層壓強值，h_n為特性層所對應的海拔高度值；

步驟1B，根據所述特性層氣象數據獲取特性層折射率數據N，計算公式為：

式中，N_h為折射率靜力項，N_w為折射率非靜力項，P為大氣壓強，e為水汽壓，T為氣溫，R_d為干空氣氣體常數，R_v為水汽的氣體常數，k₁,k'₂,k₃為常數；

步驟1C，根據所述特性層折射率數據獲取特性層折射率梯度數據，計算公式為：