天基逆合成孔径雷达脉内脉间运动补偿及高分辨成像

近年来,太空态势感知在军用和民用领域都得到了越来越多的关注。天基逆合成孔径雷达(SBISAR)能够实现对空间目标的高分辨成像,支撑部件提取、姿态估计、类型识别等后续任务,是太空态势感知的重要工具。然而,在SBISAR成像场景下,平台与空间机动目标间存在复杂的相对高速运动,传统距离-多普勒成像方法不再适用,必须进行运动补偿。本文针对高速径向速度下传统“停—走—停”模型失效、长相干积累时间内目标转速不一致的两个典型误差来源,分别设计了脉内运动及脉间运动补偿算法。首先,建立SBISAR成像的信号模型。然后,基于最小熵准则构建参数估计代价函数,通过估计目标对应回波信号的调频率,构造补偿项进而实现脉内补偿。同时,建立图像熵代价函数,在估计转动参数后,完成对目标转动的空变相位补偿。所提算法有效解决了天基高速机动背景下传统距离-多普勒成像方法的距离像展宽、方位散焦问题,实现了SBISAR对空间目标的高分辨成像。通过基于仿真数据的实验分析,验证了所提算法的有效性。

天基ISAR对空间轨道目标高分辨率成像问题分析

对空间轨道目标高分辨率成像是空间态势感知计划的重要组成部分。本文讨论天基逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)对空间目标进行高分辨率成像的概念。基于雷达和空间轨道目标相对运动场景,研究减少天基ISAR回波数据量的方法;分析天基ISAR对空间目标可成像时间段的限制因素,推导天基ISAR与目标轨道高度差及天基ISAR波束扫描角度的噪声等效后向散射系数(noise equivalent sigma zero,NESZ)公式,探讨满足方位分辨率的天基ISAR在轨可成像时间段,并利用NESZ衡量可成像时刻内回波信噪比(signal to noise ratio,SNR),为天基ISAR系统设计提供依据。此外,还推导天基ISAR对空间轨道目标回波表达式,并研究二维图像散焦原因,提出ISAR图像二维相位误差具体补偿模型,通过仿真结果验证了分析的正确性。

天基ISAR电子系统论证与设计

为了天基逆合成孔径雷达（ISAR）成像的理论技术向可实现性方向发展的需要，提出了以一体化综合电子系统和可重构计算机为核心技术的天基ISAR硬件电子系统设计方案。此方案结合了国外先进航天电子系统的设计，将基于1553B的总线结构和模块化设计思想贯穿于整个系统中，并对系统合理性进行了说明和论证。这种一体化的结构可以有效地简化设计、提高抗辐射性能、节约能量、减少体积和质量，并能解决设备之间的快速对接、故障设备快速更换的问题。