高精度折光修正系统射线描迹快速算法

大气折射误差是影响外弹道测量数据的主要误差源之一.受技术条件所限,大气折射误差修正在线算法常采用简化模型,而高精度的大气折射误差修正往往置于事后数据处理工作中.为适应新形势下折光修正系统数据处理的需求,基于大气折射率随高度的分布特征,引入“虚高”概念,并给出了高度迭代步长选取的新方法.通过与传统方法的比较可知:改进方法在保证大气折射误差修正精度的同时,大大提高了射线描迹算法的运算速度;另外,该仿真结果也可为电波大气折射误差修正的工程应用提供参考.     

基于蒸发波导传播的雷达定位误差研究

大气参数满足一定条件(修正折射率梯度小于0)时会形成大气波导,利用大气波导可实现雷达的超视距探测。由于近海面易形成蒸发波导,利用蒸发波导实现雷达的超视距探测已成为目前舰船雷达最实用的方法之一。雷达电波射线在不均匀大气中传播时会产生折射误差,为提高舰船雷达的定位精度,必须研究雷达在蒸发波导中超视距探测时的大气折射误差。根据电波传播理论,利用电波射线描迹技术,建立了舰船雷达在蒸发波导中实现超视距探测时的大气折射误差模型。仿真实验表明,蒸发波导条件下雷达超视距探测目标时的大气折射误差较大,且计算时不能采用常规的折射误差计算方法。     

大气波导传播类型及特性分析

电磁波在大气中传播时,除了正常的折射外,在特殊条件下还会产生超折射现象,从而形成大气波导传播.利用大气波导,可以扩大探测、截收、通信和电子对抗等电子系统的有效作用距离,为远距探测、预警和通信提供条件.同时,也会形成诸如向外扩展的电磁盲区,使雷迭系统的杂波增强等不利因素.要实现大气波导超视距传播,须对将电磁波在大气波导环境中的传播进行研究.通过对大气波导类型及形成条件、电磁波实现大气波导传播的必要条件的分析,用射线描迹方法研究了大气波导传播的8种类型,同时对其特性进行了分析,从而为电子系统在各种大气波导环境下的应用奠定了基础.     

对流层电波折射误差修正经验模型研究

大气的折射效应引起电波传播延迟和路径弯曲.目前常见的电波折射经验模型只考虑了时延误差,而对于低仰角(5°以下)目标,弯曲误差的影响是不能忽略的,为进一步提高对目标的定位精度,以某沿海地区为例,利用1986～1995年的历史气象探空数据建立了适合不同仰角的电波折射修正经验模型,并拟合得到了模型中的参数.统计分析表明,经验模型与射线描迹法计算的折射误差具有很好的一致性.     

对流层电波折射修正的残差模型研究

电波折射修正常用方法是射线描迹法，其修正精度主要取决于大气时空结构参数的精度。本文给出了影响大气结构精度的四种误差（垂直大气剖面测量误差、大气时变漂移误差、大气水平不均匀性误差和大气随机起伏误差）所引起电波折射修正的残差，并给出了某连续波干涉仪系统中电波折射修正的实用残差模型。     

雷达跟踪海上低空目标仰角误差计算方法研究

针对雷达跟踪低空目标受传播环境影响的仰角误差问题, 基于电磁波传播的抛物方程方法, 提出一种能计算多路径和大气折射等造成低仰角误差的新方法.正常大气折射条件下, 与射线方法结果的对比显示了该方法的正确性.利用所提方法, 仿真分析了粗糙海面、大气波导等不同环境条件下的雷达测角误差, 并仿真了采用窄角和偏轴跟踪方式减轻多路径效应后的改善效果.计算过程和仿真结果表明, 所提方法可同时考虑大气波导和多路径等复杂传播环境的综合影响, 以及雷达参数和工作方式等因素的共同影响.     

电磁盲区随波导内雷达发射角的变化特性

蒸发波导是一种出现概率最高的大气波导。利用蒸发波导可实现雷达的超视距探测,扩大探测距离,但是也会出现不同的电磁盲区,降低雷达性能。为了在雷达超视距探测中减小电磁盲区,需要掌握电磁盲区随雷达发射角的变化规律,以便在应用中对发射角进行调整。首先给出了抛物方程和射线描迹这两种描述大气波导中电磁波传播的方法,然后分别运用这两种方法对不同雷达发射角下的电磁盲区进行计算和仿真,获得了电磁盲区随雷达发射角变化的规律。同时也证明了尽管这两种方法的机理不同,但得到的电磁盲区的变化规律相同,它们都可以应用于电磁盲区计算。得到的结论为利用蒸发波导实现雷达超视距探测的工程实际应用奠定了基础。     

蒸发波导环境中雷达二维海杂波仿真

提出了一种大气波导环境下的K分布雷达海杂波仿真方法,仿真了二维海杂波序列.该方法采用射线描迹和抛物方程模拟蒸发波导中电磁波的传播过程,结合雷达方程计算K分布参数,利用球不变随机过程仿真产生K分布海杂波.该二维序列一维为时间,另一维为距离,时间为相关时间,频谱为高斯谱;相邻距离单元之间独立,K分布参数在距离上慢变化,可以认为距离上符合独立同分布假设.文中的二维海杂波序列可应用于雷达海杂波信号模拟中,作为海杂波反演大气波导中的杂波信号,亦可用以分析雷达在不同波导环境中的超视距探测性能.     

射线跟踪技术用于分析波导环境下电波异常折射误差

海洋大气环境中电磁波传播受大气波导影响常呈现出复杂的折射特征,本文通过构建基于射线跟踪技术的电波传播轨迹微分计算方法,研究了电波受蒸发波导和表面波导环境影响所形成的电波折射误差(仰角和高度误差)的异常特性,并对雷达试验的实际测量数据的误差进行了分析验证。     

水平折射率梯度对卫星激光测距精度的影响

已经发表了许多公式,都能用来部分修正大气折射对激光测距数据的影响。这些公式全都假定大气折射率剖面为球面对称。本文采用球面对称及三维折射率分布的射线描迹法研究了水平折射率梯度的影响。该剖面是根据无线电探空数据构成。结果表明:卫星仰角在10附近时,水平折射率梯度引进均方根误差约为3厘米。而卫星接近天顶时,该误差将减少到几毫米。     

船载雷达电波折射修正方法误差影响分析

为满足测量船高精度测控模式下对电波折射修正精度的需求,针对测量船采用的高斯分层积分法具有较高精度、但存在计算复杂且不具有实时性的缺陷,提出了一种电波折射误差修正的新方法,将距离折射表示成天顶距离误差和仰角因子的函数关系,解决了测量船实时电波折射误差修正精度差的问题,满足了测量船数据处理的精度需求。     

北斗系统对流层延迟改正模型精度分析

北斗系统是我国自主研制的卫星导航定位系统,为提高该系统的定位精度,必须对其误差源引起的定位误差进行修正。对流层延迟是影响北斗卫星定位精度的误差源之一,它是由对流层大气对卫星信号的折射而引起,因此需要进行对流层延迟改正,其改正精度将直接影响卫星的定位精度。针对目前导航系统常用的3种对流层延迟模型,利用公认的电波射线描迹法进行比对,得到了各个模型的特征和适用范围,从而为我国北斗导航卫星定位应用中的对流层延迟模型选择奠定基础。     

三维无规则不均匀折射率场光线追迹新方法

飞行器在大气层中高速飞行时,气动加热,光学窗口与外部气流相互作用形成了复杂的流场结构。其折射率分布无规则、不均匀,很难准确得到光线的传播路径。为此,提出三种四阶精度方法的光线追迹方案,通过与螺旋光线解析解结果进行对比,发现四阶Runge-Kutta方法光线追迹过程中最大相对误差为1.610-8,Richardson外推法为1.210-8,Adams线性多步法为1.210-11,确定Adams线性多步法是可用于光线追迹的高精度、高速的方法。基于多项式拟合的任意点插值方法可以获得比距离反比法更高的折射率场插值精度。并将该方法运用在导弹的光学窗口附近流场引起的波前畸变的计算,对计算结果进行了对比,结果表明Adams线性多步法以Runge-Kutta方法起步,但Admas方法没有忽略前一步的计算结果,不会带来误差的累积,所以结果更接近真实解,而Richardson外推方法算出的光程差大小与其他两种方法明显不同。     

无规则非均匀折射率场描述

在大气或流动介质中的折射率分布是无规则非均匀的,由于流动和温度变化的影响,无法用通常的梯度折射率公式来描述。提出采用自适应网格方法来描述无规则非均匀折射率场,将数据以动态八叉树结构存放在内存中,给出了网格划分的折射率判据和折射率梯度判据,并采用插值法来计算光线传播路径上的折射率和折射率梯度。以一种可以用公式描述的梯度折射率棒为例,在折射率阈值为0.005、折射率梯度阈值为0.000 5的条件下,建立了自适应网格并求出了一些位置处的折射率及其梯度,计算结果的均方根误差小于7×10－5,可以用于光线追迹。     

一种二次雷达大气折射距离误差修正方法

大气折射误差是二次雷达测距误差中最主要的因素之一.针对目前还没有二次雷达在大气中的折射距离误差修正模型,根据工程中的检飞数据,提出了一种二次雷达大气折射距离误差修正方法.该方法根据二次雷达获得的C模式气压高度实时计算折射率,得到修正的雷达波速度,减小了大气折射误差,进一步减小了距离测量的误差,从而提高了测距精度.     

毫米波室内传播场景的蚁群优势路径搜索方法

为更高效地实现毫米波室内传播特性分析,提出了一种基于蚁群算法的快速射线追踪方法.该方法利用蚁群分布计算和启发式搜索原理寻找电波传播优势射线路径,并选取室内传播中能量较高的优势射线路径代替所有射线路径进行分析,用于降低算法复杂度和提高执行效率.通过典型室内场景下28 GHz、32 GHz和38 GHz三个频率信道特性的仿...     

舰船雷达超视距探测中的定位方法研究

蒸发波导是海洋大气环境中出现概率最高的一种大气波导,当舰船雷达工作在蒸发波导环境下时,在一定的条件下雷达电波被陷获在蒸发波导内传播,如果采用雷达常用的定位方法就会产生很大的定位误差。根据电波传播理论和蒸发波导特征,基于射线追踪技术,提出了蒸发波导环境中舰船雷达电波传播路径的计算方法和雷达对目标的精确定位方法。仿真结果表明,满足蒸发波导传播条件情况下,舰船雷达采用常用方法对目标定位时在水平方向的误差较小,在垂直方向上的误差很大。采用蒸发波导环境下的舰船雷达定位方法可以实现在蒸发波导条件下对目标精确定位,从而提高舰船雷达的作用效果和精度。     

大气折射引起的雷达定位误差模型

大气折射引起的雷达定位误差是限制雷达精度进一步提高的关键因素之一.针对目前只给出雷达测量参数的折射误差,不能明显给出实际应用中所需要的目标位置偏移误差现状.通过采用我国大气折射率的统计模型和目前公认的高精度的电波折射误差修正方法一射线描迹法,对大气折射引起的雷达定位误差进行了目标位置偏离的计算和拟合,建立了大气折射引起雷达测量目标的位置偏移误差模型,从而为雷达实际使用和精度评估奠定基础.     

基于改进射线描迹法的对流层斜延迟估计

该文针对传统对流层延迟模型和射线描迹法在估计对流层延迟方面的局限性,如效率低、成本高、精度受地表参数和探空数据限制等不足,提出一种基于改进射线描迹法的对流层斜延迟估计方法。该方法结合中纬度大气模式气象参数公式和UNB3m气象参数模型,改进了射线描迹法中折射率剖面的计算,克服了气象数据对射线描迹法的限制。选取亚洲地区10个站点2012年的气象数据,分别采用改进射线描迹法和传统对流层延迟模型估计各个站天顶方向至 高度角区间15个方向的对流层斜延迟,并与基于探空数据获取的对流层斜延迟真值进行比较,计算结果表明该方法的估计精度优于传统对流层延迟模型,为非气象数据情况下对流层斜延迟实时估计提供了新的思路。     

大气折射效应对LEO-SAR成像质量的影响

大气折射会对无线电波造成射线弯曲和时延色散。对工作在微波频段的LEO-SAR而言,弯曲效应会导致雷达图像在距离上的偏移,而色散效应导致的二次相位误差会对接收信号造成脉冲展宽,使雷达图像分辨率降低,产生畸变。通过对这两种传播效应进行建模分析,选择电离层、对流层环境折射效应均较强的三亚地区进行折射指数剖面建模,仿真计算了该大气环境下,不同频段和轨道高度上LEO-SAR目标成像的距离向漂移和分辨率的变化,分析了大气折射引起的射线弯曲和时延色散特性对LEO-SAR成像质量的影响,为不同类型的LEO-SAR提供准确合理的折射误差修正补偿。