大气折射计算
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发布时间：2024-10-13 01:05
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时间：2024-10-13 08:47
大气折射是由于大气折射指数分布差异，导致射线在空间弯曲方向和程度的不同。根据射线曲率半径与地球半径的关系，折射现象可分为正折射（ρ/ɑ>0）、负折射（ρ/ɑ<0）、标准折射（ρ/ɑ=4）和超折射（ρ/ɑ<1）。在对流层和下电离层，无线电波通常经历正折射；上电离层则产生负折射；当折射指数梯度dn/dh小于-157×10^(-6)km^(-1)，且射线仰角为0°时，会出现超折射现象。在考虑大气折射时，常用等效地球半径概念，通过球面斯涅耳定律模拟射线在真空中的直线传播，即所谓的等效地球半径系数（K因子）和等效地球半径（ɑθ）的概念，以简化计算。这种方法在估算传播路径时较为常用，尤其在低空对流层折射修正中效果良好。
精确计算大气折射误差可以通过球面斯涅耳定律和几何关系进行。雷达定位中，目标的仰角测量误差与射线弯曲角τ有关，τ的计算依赖于折射指数、射线起点距离和测得仰角等参数。目标距离测量误差与雷达测得的距离和电离层底到地心的距离有关。随着测得仰角增加，折射误差减小明显。例如，1°仰角时，误差约为10毫弧和72米，而30°仰角时，误差约为0.6毫弧和5.3米。多普勒频移与目标真实速度相关，通过特定的线性方程组可以求解目标速度。
然而，大气折射修正的准确性受到假设球面分层、大气结构随机起伏和探测误差等因素影响。对流层折射率的测量误差可能导致残差，约为5N-单位，占精确方法计算值的3%~5%。电离层结构误差的残差则占折射误差的25%。湍流强度和尺度的随机性使得残差小于折射误差一个数量级。大气折射误差修正的残差主要表现为系统误差，其具体表现为距离和仰角误差残差与测得参数的特定函数关系。
扩展资料
包围地球的大气层从地面一直延伸到几千公里高度，从下到上可分为对流层、平流层、电离层和磁层四层。无线电波在大气层中传播时，由于在各层中的传播速度变化而产生的效应称为大气折射，它对雷达定位、多普勒测速、通信、导航都有影响。所测得的目标角度、距离、高度都存在大气折射误差。大气折射误差可根据大气结构计算求出，称为大气折射误差修正。
