大气折射

大气折射
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、电离层磁层四层。

正文

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。
射线理论是研究大气折射的基本理论。当无线电波在不均匀介质中传播且其内部反射可忽略时,可用几何光学近似方法对其进行研究。略去地磁场影响,电离层和对流层均为四维(三维空间与时间)不均匀各向同性介质,其中射线是由费马原理推导出的偏微分方程组描述的空间曲线。对四维不均匀大气的大量测量结果表明,通常大气随离地高度的变化比沿球面方向的变化大1~3个量级。因此,在大气折射误差修正中,可假设大气层是球面分层,这时射线服从球面斯涅耳定律。
由于大气折射指数分布不同,射线在空间弯曲的方向和程度也有所不同。按射线曲率半径 ρ(弯向地面为正,背向地面为负)与地球半径ɑ之比的大小,折射可分为正折射、负折射
、标准折射和超折射
无线电波对流层和下电离层(其电子密度小于电离层电子密度最大值)中传播时通常产生正折射;在上电离层中传播时产生负折射;当折射指数梯度
射线仰角
时,产生超折射。在考虑大气折射效应时,采用等效地球半径的概念。根据球面斯涅耳定律,如果半径为ɑ的地球用半径
的等效地球代替,则无线电波射线可视为在真空中以直线传播,其中