基于微波辐射测量的电波折射修正技术

针对电波折射修正精度直接影响无线电系统的探测和定位精度这一问题,提出了利用微波辐射计反演大气折射率剖面进行电波折射修正的解决方法,并引入RBF（Radial Basis Function,径向基）神经网络算法反演大气折射率.在青岛市气象局架设MP-3000A型多通道微波辐射计,开展了长达1个月的与探空数据的联合观测比对实验,对输出的大气折射率剖面进行了详细的分析.实验结果表明：RBF神经网络算法与MP-3000A自带的神经网络算法相比,反演大气折射率剖面的精度提高了30％以上,同时,电波折射修正的精度也得以提高.因此,利用微波辐射计反演大气折射率剖面进行电波折射修正方法可行.     

双通道微波辐射计大气折射率剖面反演的神经网络算法

基于地基双通道微波辐射计（23．8GHz和31．65GHz）所测天顶方向的亮温测量数据和地面气象参数，给出了一种利用微波辐射测量反演大气折射率剖面的神经网络算法。利用青岛地区历史探空数据仿真的大气辐射亮温对神经网络进行了训练，回归得到了三段折射率剖面模型，并对利用实测亮温反演的大气折射率剖面与探空实测折射率剖面和模式剖面进行了比较分析，分析结果表明利用微波辐射计反演的折射率剖面与实测剖面间有很好的一致性，较三段折射率剖面模式具有更好的反演精度。     

大气水平不均匀条件下电波折射修正法——辐射计法

对于大气水平不均匀性较大的地区,用59型探空仪测量大气剖面,然后用大气球面分层法计算电波折射误差,其精度不会太高。本文提出了用微波辐射计直接测量电波传播路径上大气辐射亮度温度而得到电波折射修正量的方法——辐射计法。由于辐射计法是直接在电波传播路径上进行测量,直接反应大气的空间结构和时变特性,并且不需要施放探空仪,具有方便、灵活、实时、全天候和修正精度高等优点,因此是一种非常实用的高精度电波折射修正方法。     

基于分段模型的测速雷达电波折射误差修正方法

针对高精度测速系统在优化设备时取消探空气象测量的要求,提出用统计大气折射率剖面分段模型代替探空测量剖面,并在此基础上建立了基于分段模型的测速雷达电波折射误差修正方法。利用某测站历史气象数据对该方法进行了验证,结果表明精度较高,基本上能够满足测速雷达数据处理电波折射修正的精度要求。     

外测数据对流层折射误差修正及精度分析

针对对流层引起的航天器外测数据折射误差,基于对流层分段模型,以测站历史气象数据拟合折射衰减系数,建立测控站上空对流层折射率模型,并利用实测地面折射率对统计模型进行优化,进一步提高模型反映大气剖面的真实性.利用该模型对S频段多颗在轨卫星50多跟踪圈次的实测外测数据进行修正分析,并与微波辐射计实时修正结果进行比较,测距、测角、测速互差分别优于0.9m、0.02°、0.06 m/s.将该模型应用于卫星长管外测数据的实时修正,可提高轨道测量数据质量.     

大气水平不均匀条件下电波折射修正法——辐射计法

对于大气水平不均匀性较大的地区,用５９型探空仪测量大气剖面,然后用大气球面分层法计算电波折射误差,其精度不会太高。本文提出了用微波辐射计直接测量电波传播路径上大气射亮度温度而得到电波折射正量的方法－辐射计法。由于辐射计法是直接在电波传播路径上进行测量,直接反应大气的空间结构和时变特性,并且不需要施放探空仪,具有方便、灵活、实时、全天候和修正精度高等优点,因此是一种非常实用的高精度电波折射修正方法。     

电波折射误差实时修正方法研究

目前的实时弹道处理过程中,由于获得探空气象数据比较困难,电波折射误差均采用各种简化方法进行计算,因而大气折射误差计算的精度不高,修正效果不佳。针对这种现状,本文提出了基于双指数模型的射线瞄迹法计算大气折射误差。试算结果表明,该方法的计算精度与事后数据处理所采用的电波折射误差修正方法相当,且能够满足实时处理的时间要求。     

一种基于海上探空气象数据的大气折射率模型

针对测量船精度鉴定中电波折射经验模型修正精度较差的问题,在双指数大气折射率模型的基础上,通过对测量船历次任务的100多次探空气象数据进行处理,回归分析得到干项和湿项特征高度与海平面气象参数的关系式。试算结果表明:基于该模型用射线描迹法计算折射修正量,其计算精度与事后数据处理采用的计算方法相当,距离、仰角修正后的最大残余误差约为3%,满足了测量船在三大洋任意海域的精度鉴定需求。     

低仰角大气折射修正的新方法

常规的大气折射修正方法都作了大气折射率水平均匀分布的假定,只适用于仰角较高(5°以上)的情况。本文给出了适用范围广、修正精度高的低仰角大气折射修正的新方法,并利用验证试验和以往试验任务的实测数据,对该方法的修正效果进行检验。     

水汽对折光修正精度的影响分析

针对当前部分折光修正的工程应用常常忽略水汽影响的现状,选取了国内4个不同地域的气象站点,基于1995年的数百组历史气象探空数据,利用射线描迹法分别仿真计算包含水汽和忽略水汽2种情况下由于大气折射引起的测距误差和测角误差,并对这4个站点不同仰角和不同时间的测距偏差和测角偏差进行统计分析,结果表明：水汽是构成测量残差的一个重要误差源,对于精度要求较高的折光修正系统,水汽的影响不能忽略.该分析结果可为其他需要考虑大气折射效应影响的高精度光学测量工程领域提供参考.     

应用端部效应改善的LS+NN模型进行日长变化预报

现有ΔLOD(Delta Length-Of-Day,日长变化)预报模式在进行周期项与残差项拟合分离时,通常没有考虑LS(Least Squares,最小二乘)拟合序列的端部效应,预报精度难以取得较大提高。针对端部效应现象,首先采用时间序列分析模型在ΔLOD序列两端进行数据延拓,构成一个新序列,然后用新序列求得LS外推模型系数,再结合LS外推模型和NN(Neural Network,神经网络)对原始ΔLOD序列进行预测。算例表明,在ΔLOD序列两端增加延拓数据,能有效改善LS拟合序列的端部效应;端部效应改善的LS+NN模型的预报精度明显优于常规LS+NN模型,精度最大提高了17.86%。该方法不仅适用于LS+NN模型,也适用于LS外推模型与其他模型的组合。     

船载星敏感器测星数据蒙气差实时修正方法

针对船载星敏感器安装在航天测量船上而引起的测星数据如何进行蒙气差实时修正问题,在分析船载经纬仪目前使用的蒙气差修正方法和中国天文年历提供的蒙气差修正方法的修正精度的基础上,提出船载星敏感器测星数据的蒙气差实时修正方法,给出蒙气差常数R0和温度变差乘数A的改正量α的计算公式,解决了工程应用上的高精度和实时性问题;同时,在分析大气温度、大气压力对船载星敏感器测星数据蒙气差影响的基础上,提出工程应用中的气象数据采集与使用的具体方案。     

电波折射误差实时修正的公式拟合方法

在实际工程应用中,为了提高雷达测量精度,电波折射误差的修正主要采用实时修正方法。本文给出了电波折射误差实时修正的公式拟合方法,该方法在实际应用中能够快速得到折射误差,从而提高了雷达测量精度。     

伞舱系统跟踪引导数据迭代算法

针对在返回舱乘伞下降阶段,测控链中弹道测量设备丢失目标,以及跟踪结束后无法外推生成可靠引导数据,光学设备难以快速捕获目标等问题,以风场修正模型为基础,通过风场提前修正与采用测量数据实际修正相结合的方法,建立伞舱系统跟踪引导数据迭代算法.利用多次返回段任务数据对该算法进行实验验证,并与实际任务中目前使用的方法进行比较,结果表明：通过该算法推算较长时间后的引导数据,其平均误差为现有方法的6％;推算较短时间后的引导数据,其平均误差为现有方法的20％.因此,利用该算法计算的引导数据精度较高,有助于光学设备及其他测控设备快速捕获或重捕目标.     

A Celestial Analytic Positioning Method by Stellar Horizon Atmospheric Refraction

This article, in allusion to the limitation of conventional stellar horizon atmospheric refraction based on orbital dynamics model and nonlinear Kalman filter in practical applications, proposes a new celestial analytic positioning method by stellar horizon atmospheric refraction for high-altitude flight vehicles, such as spacecraft, airplanes and ballistic missiles. First, by setting up the geometric connexion among the flight vehicle, the Earth and the altitude of starlight refraction, an expression for the relationship of starlight refraction angle and atmospheric density is deduced. Second, there are produced a novel measurement model of starlight refraction in a continuous range of altitudes (CRA) from 20 km to 50 km on the basis of the standard atmospheric data in stratosphere, and an empirical formula of stellar horizon atmospheric refraction in the same altitudes against the tangent altitude. Third, there is introduced a celestial analytic positioning algorithm, which uses the least square differential correction instead of nonlinear Kalman filter. The information about positions of a flight vehicle can be obtained directly by solving a set of nonlinear measurement equations. The stellar positioning algorithm adopts the characteristics of stellar horizon atmospheric refraction thereby removing needs for orbit dynamics models and priori knowledge of flight vehicles. The simulation results evidence the validity of the proposed stellar positioning algorithm.