(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111585420.7 (22)申请日 2021.12.23 (71)申请人 中国电波传播研究所 （中国电子科 技集团公司第二十二研究所） 地址 266107 山东省青岛市城阳区仙山 东 路36号 (72)发明人 胡冉冉　孙树计　赵振维　刘玉梅　 (74)专利代理 机构 青岛博雅知识产权代理事务 所(普通合伙) 37317 代理人 封代臣 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G01W 1/02(2006.01) (54)发明名称 一种基于地面气象数据的对流层折射率梯 度剖面建模方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于地面气象数据的对 流层折射率梯度剖面建模方法， 包括如下步骤： 步骤1， 对给定探空站点的历史气象数据进行预 处理， 获取对流层气象参数与折射率梯度的剖面 数据； 步骤2， 建立折射率梯度剖面分段模型的表 述方程： 步骤3， 结合气象参数随高度的变化方 程， 得到基于地面气象参数的折射率梯度模型表 达式： 步骤4， 建立基于地面气象数据的折射率梯 度剖面分段模 型。 本发明所公开基于地面气象数 据的对流层折射率梯度剖面建模 方法， 可以根据 站点的地面气象数据获取站点上空的折射率梯 度剖面， 可以较好地为测控雷达设计、 卫星导航 定位、 大地精密测量、 天文测量等领域的无线电 波传播效应评估及无线电系统设计提供技术支 持， 具有较好的实用性。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 114417565 A 2022.04.29 CN 114417565 A 1.一种基于地面气象数据的对流层折射率梯度剖面建模方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 步骤1， 对给定探空站点的历史气象数据进行预处理， 获取对流层气象参数与折射率梯 度的剖面数据， 所用气象参数包括： 温度、 压强和水汽压强； 步骤1A， 从气象探空站的探空数据中解析出特性层探空数据， 获取特性层的气象数据， 并用拉普拉斯压高公式获取 特性层对应的海拔高度， 拉普拉斯压高公式为： 式中， Pn为特性层压强值， hn为特性层所对应的海拔高度值； 步骤1B， 根据所述特性层气象数据获取 特性层折 射率数据N， 计算公式为： 式中， Nh为折射率静力项， Nw为折射率非静力项， P为大气压强， e为水汽压， T为气温， Rd 为干空气 气体常数， Rv为水汽的气体常数， k1,k'2,k3为常数； 步骤1C， 根据所述特性层折 射率数据获取 特性层折 射率梯度数据， 计算公式为： 式中， N′1、 N′2为相邻特性层的折 射率值， h1、 h2为相邻特性层对应的海拔高度； 步骤2， 依据近地面折射率梯度的变化规律， 并参照折射率剖面分段模型的定义， 建立 折射率梯度剖面分段模型的表述方程： 步骤2A， 根据近地 面对流层的变化 规律， 将折射率剖面分段模型N(h)表述 为： 式中， h0为地面海拔高度， N0为地面折射率， N1为1km高度处折射率， N9为9km高度处折射 率， ΔN1为1km高度处折射率梯度， c1为离地1km至海拔9km的指数衰减率， c9为海拔9km以上 的指数衰减率； 步骤2B， 参照折 射率剖面分段模型， 建立 折射率梯度剖面分段模型dN(h)， 表达式为： 式中， h0为地面海拔高度， a1、 a2、 a3、 a4为模型系数； 步骤3， 结合气象参数随高度的变化方程， 利用泰勒展开方法对折射率梯度理论模型进 行近似处 理， 得到基于地 面气象参数的折 射率梯度模型表达式：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114417565 A 2步骤3A， 根据定义对折 射率梯度公式进行推导， 折 射率梯度定义表达式为： 步骤3B， 结合气象参数随高度的变化方程， 利用泰勒展开方法对折射率梯度公式进行 近似处理， 得到基于地 面气象参数的折 射率梯度模型表达式： 其中气象参数随高度的变化方程 为： T＝T0+t1h； P＝P0exp(t2h)； e＝e0+t3h； 近似处理后的折 射率梯度模型表达式为： 其中， T0为地面绝对温度， P0为地面压强， e0为地面水汽压， N1为近地面1km高度处折射 率， t1为绝对温度线性衰减率， t2为压强指数衰减率， t3为水汽压强线性衰减率， o(h)为h项 余项， o(k0)为常数项余项； 步骤3C， 将式(6)与式(4)对比， 舍去高阶小量， 对 模型系数进行简化， 表达式为： 其中， N0为地面折射率， ki为简化后的模型系数， i ＝1…9； 步骤4， 基于地面气象数据和折射率梯度剖面数据， 利用最小二乘法对步骤3给出的模 型系数进行拟合， 建立基于地 面气象数据的折 射率梯度剖面分段模型： 步骤4A， 通过最优化回归获取步骤2中的分段模型系数ai,i＝1…4； 步骤4B， 利用最小二乘法对步骤3给出的模型系数进行拟合， 得到分段模型系数与地面 气象温湿压参数的模型系数ki， i＝1…9， 形成基于地面气象数据的对流层折射率梯度剖面 分段模型。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114417565 A 3