[发明专利]高精度区域对流层折射率三维反演方法

说明书

本发明提供了一种高精度区域对流层折射率三维反演方法，以国家气象局长期积累的探空气象数据为基础，建立适应我国试验任务区域的对流层折射率剖面模型，从而提高对流层折射率的三维反演精度，包括：以探空气象数据为基础，计算对流层折射率剖面；通过统计分析，建立各探空站点的对流层各高度折射率与地面参数之间的统计关系式；建立探空站点对流层不同高度折射率的反演模型；利用目标站点的地理位置信息、时间信息和地面气象信息驱动模型，采用双调和样条插值法，建立高精度折射率反演模型。因此，本发明可以使得反演精度进一步提高，并且针对区域内的任意一点进行反演效果都更好，驱动元素少，也使得本发明具有更强的推广性。

技术领域

本发明属于航天试验测控技术领域，涉及一种高精度区域对流层折射率三维反演方法，以国家气象局长期积累的探空气象数据为基础，建立适应我国试验任务区域的对流层折射率剖面模型，从而提高对流层折射率的三维反演精度。

背景技术

应了解，导弹定型必须通过导弹飞行试验实测数据验证。在导弹飞行试验中，由测控系统完成对导弹跟踪，记录导弹飞行实况，获取导弹在空中的外弹道参数、遥测参数和目标特性参数等飞行试验数据，用来评定导弹命中精度、验证导弹及其部件的环境适应能力、检验导弹突防性能等指标，为改进设计提供参考依据。

为实现导弹飞行试验验证目的，对测控系统的外测精度提出了很高要求。影响测控系统外测精度的因素很多，其中电波折射误差修正残差是一项重要误差源。经研究分析表明，该项误差引起的测量误差已经占到系统误差总量的30％以上。

在现有技术中，有多种对流层折射率反演方法，接下来将对这些反演方法进行详细介绍：

1)基于探空气象数据的对流层折射率反演

利用探空气球直接获取对流层各高度层上的温度、压强和湿度信息，根据大气折射率与大气温度、压强和湿度的函数关系解算各高度层上的大气折射率，进而求得对流层折射率剖面。

大气折射率与大气温度、压强和湿度函数关系如下：

其中，N为折射率，P_d为干空气气压，e为水汽压，T为绝对温度，k₁、k₂、k₃为物理常数，可取数值k₁＝77.6890K·hPa^-1、k₁＝71.2952K·hPa^-1、k₁＝375463K²·hPa^-1。

然而，基于探空气象数据的对流层折射率反演方法存在以下缺点：试验任务通常需要提前释放探空气球获取探空气象数据，成本较高且只能获取单个站点上空的对流层折射率剖面，在时间上无法覆盖试验全时段、在空间上无法覆盖试验任务区域，与任务需要存在一定偏差。

2)基于Hopfield模型的对流层折射率反演

直接采用探空气象数据获取对流层折射率剖面成本高、存在时空偏差等特点，因此普遍采用基于经验模型的方法，即利用历史探空气象数据建立折射率剖面反演模型，然后利用地面观测的温度、压强和湿度等驱动反演模型，获取对流层折射率剖面。其中Hopfield模型为最典型也是精度较高的模型之一。

Hopfield模型表达式如为：

N(h)＝N_h(h)+N_w(h)

其中，h为离地高度，h₀为地面海拔高度，N(h)为高度h处的折射率，N_h(h)和N_w(h)分别为N(h)的静力项和湿项，N_h0和N_w0分别为地面折射率的静力项和湿项，H_h为静力项等效高度，计算式为：