天基TDM-MIMO雷达系统抗干扰波形设计方法

针对天基MIMO脉冲雷达探测体制的发射波形设计问题,考虑到天基雷达的发射波形等相关参数极易被敌方侦察设备侦收到,提出了一种新的抗干扰天基TDM-MIMO雷达波形设计方法。结合雷达系统的信号处理流程,建立了基于复合模糊函数的波形设计参数化模型,以表征雷达探测性能的发射信号集复合模糊函数和表征抗欺骗干扰的正交性来优化设计雷达波形,在保证了雷达探测性能的前提下,兼顾了抗干扰性能。该优化波形同时具有一定范围的多普勒不敏感的特性。天基TDM-MIMO雷达系统各发射阵元依次发射或跳变发射正交波形,所有接收阵元接收回波信号,回波信号经过信号处理流程之后实现了目标的检测。仿真试验验证了优化波形的有效性和可行性,适用于天基TDM-MIMO雷达探测高速空间目标的实际工程应用。

考虑综合性能最优的非短视快速天基雷达多目标跟踪资源调度算法

合理有效的资源调度是天基雷达效能得以充分发挥的关键。针对天基雷达多目标跟踪资源调度问题,建立了综合考虑目标威胁度、跟踪精度与低截获概率(LPI)的代价函数;考虑目标的不确定、天基平台约束以及长远期期望代价,建立了多约束下的基于部分可观测的马尔可夫决策过程(POMDP)的资源调度模型;采用拉格朗日松弛法将多约束下的多目标跟踪资源调度问题转换分解为多个无约束的子问题;针对连续状态空间、连续动作空间及连续观测空间引起的维数灾难问题,采用基于蒙特卡罗树搜索(MCTS)的在线POMDP算法—POMCPOW算法进行求解,最终提出了一种综合多指标性能的非短视快速天基雷达多目标跟踪资源调度算法。仿真表明,与已有调度算法相比,所提算法资源分配更合理,系统性能更优。

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。

采用子阵多输入多输出的天基预警雷达强杂波抑制方法

针对天基预警雷达因其高速平台运动带来严重的距离模糊和多普勒模糊,导致杂波背景强进而降低雷达目标检测性能的问题,提出一种基于子阵级多输入多输出天基预警雷达强杂波抑制方法。构建基于子阵级多输入多输出天基雷达模型并分析远距离机动目标相参性,确定目标出现线性距离徙动和不出现多普勒频率扩散时的最大相参积累时间,以保证长时间相参积累可行性;针对多输入多输出雷达长驻留的特点采用长时间积累提高多普勒分辨率,降低一个距离-多普勒单元的杂波功率,在保证搜索效率的情况下降低该单元杂噪比,并采用3/5准则检测盲区图评估天基雷达检测性能;在强杂波背景下改善了信杂噪比,提高了目标检测概率。实验仿真表明,所提方法相比相控阵雷达可有效降低杂波背景,在单脉冲重复频率下即可达到很好的检测效果,比相控阵雷达检测性能提高约20.48%。

一种基于一致性的分布式天基雷达组网空中目标高度估计与定位方法

单颗天基探测雷达对空中目标跟踪定位时,由于存在俯仰角信息缺失及量测的非线性等问题,目标高度估计误差大。多天基雷达组网为解决该问题提供了一种手段。同时,考虑系统的低计算复杂度、低通信开销、高精度、高可靠性等需求,该文提出了一种基于一致性的分布式天基雷达组网空中目标高度估计与定位方法。首先,给出了空中目标运动模型与天基雷达量测模型;然后,基于概率图模型理论,建立了多天基雷达组网融合多帧量测下目标跟踪定位问题的因子图模型;基于一致性融合,在多个局部目标运动状态之间建立耦合关系;结合粒子滤波与信度传播,建立了非参数信度传播在多天基雷达组网融合跟踪因子图上的消息表示与迭代计算规则;最后通过仿真验证了算法性能。仿真结果表明,与分布式一致扩展卡尔曼滤波算法相比,所提算法目标高度估计精度提升35.3%,有效提升了天基雷达目标定位性能。

基于天基平台的空中高机动目标检测方法研究

提出了一种基于天基合成孔径雷达平台实现空中高机动目标的检测方法,相比于逆合成孔径雷达系统实现空中运动目标检测具有极大的灵活性。同时,文中充分考虑了空中运动目标(如飞机、导弹等)的机动性,区别于现有合成孔径雷达地面动目标显示方法对空中机动目标进行匀速直线运动的假设,因此文中方法更具有实际应用的价值。文中方法先采用相邻互相关方法对运动目标进行降阶处理,通过keystone方法对动目标进行统一的走动校正,然后对动目标信号进行变尺度的维格纳威尔分布变换,最后通过傅里叶变换能够充分实现对机动目标的有效相干积累,因而适用于低信噪比下对空中机动目标的检测。

非均匀转动空间目标天基逆合成孔径激光雷达成像

由于没有大气的影响,天基逆合成孔径激光雷达(ISAL)可在远距离上获取空间目标的高分辨率图像,因此具有重要的应用前景。建立了空间目标天基ISAL成像的方位向回波信号模型,在目标非均匀转动二阶近似下,即匀加速转动时,ISAL方位向回波信号可近似为调频斜率和起始频率各异的多分量线性调频(MLFM)信号,采用传统的FFT方法难以实现方位图像聚焦。提出了一种基于Radon-Wigner变换的方位快速成像算法,利用Radon-Wigner变换并结合逐次消去法,在每个距离单元对回波中的MLFM信号由强至弱逐个进行估计,将估计获取的峰值点直接提取并线性叠加,即得到该距离单元的方位像。通过对所有距离单元进行上述处理,即可获得二维ISAL图像。由于该方法在估计出MLFM信号后无需再进行瞬时多普勒成像处理,因此减少了处理流程,算法效率大幅提高。仿真试验表明,相比传统的距离瞬时多普勒成像算法,该算法平均处理时间从222.66 s降低至23.51 s,在低信噪比情况下图像中目标轮廓更显著,更易于检测识别。

天基逆合成孔径激光雷达LEO目标成像模式设计

对采用天基逆合成孔径雷达(ISAL)对300~2000 km轨道高度的低轨(LEO)目标的掠飞和绕飞成像模式进行了性能分析及可行性探究,分析了成像分辨率和成像时间、最小无模糊脉冲重复频率(PRF)和回波信噪比(SNR)等系统关键指标,并进行了对比。研究结果表明:绕飞成像模式相比于掠飞成像模式可以实现对于目标的多角度持续观测,且绕飞周期较短(1.5~2.1 h),可以快速获取更为丰富的目标信息,具备进一步三维ISAL成像的潜力;脉冲积累时间虽然更长,但在300~2000 km轨道高度范围只有130~190 ms(掠飞成像为0.1~130 ms);最小无模糊PRF(对于10 m转动直径的目标,约为15 Hz)减少一半(减少了对激光器高重频的要求);由于更长的脉冲积累时间,绕飞模式的回波信噪比更高,通过后期处理可以获得更为清晰的图像结果;适用于对重要目标和高价值资产进行快速、高分辨率、全方位的持续观测。而掠飞模式适用于对相近轨道高度面的LEO目标进行遍历和成像,从而建立目标的特征库。

天基毫米波空间碎片观测雷达系统分析与设计

介绍了天基毫米波空间碎片观测雷达的难点和关键技术,提出了解决问题的思路。将同时多波束天线引入到高速目标探测中,分析了雷达天线和发射机的形式,采用多频信号处理方法解决多普勒模糊问题。给出了空间站载天基毫米波雷达的系统参数,分析了测距、测角、测速精度。在天球坐标系下建立了雷达平台坐标系,通过速度分解和坐标转换,结合雷达成像的方法分析了雷达和碎片间的相对速度、位置的几何关系,在此基础上对空间站载天基毫米波雷达系统空间碎片轨道预测性能进行了分析。

天基雷达高速微弱目标的积累检测

本文研究天基雷达高速微弱目标的相干积累检测问题。首先根据回波高阶相位影响包络补偿效果的程度对数据进行分段处理;然后对每个数据段采用速度滤波器组进行划分和Keystone变换补偿包络走动并结合分数阶傅立叶变换估计回波相位历程;最后利用最小二乘方法拟合出目标的运动参数并对目标回波进行长时间相干积累。仿真结果表明本文方法具有良好的高速微弱目标积累检测性能。

一种新的基于GPS照射源的天基雷达信号处理算法

天基雷达 (SpaceBasedRadar SBR)由于本身所具有的覆盖面积广、抗隐身和抗摧毁性等优点而得到越来越多的研究。通过分析基于GPS照射源的天基雷达 ,提出了一种基于对Gold码进行合理划分的对空中目标进行探测的信号处理算法 ,该算法具有实时处理的优点。

国外天基预警雷达系统发展现状及关键技术

天基预警雷达作为重要的信息获取手段,其采用多种工作模式,可探测空间、空中和地面目标。鉴于天基预警雷达系统的战略地位,美国、俄罗斯和加拿大等国竞相开发该系统。总结了天基预警雷达系统的国外发展现状及关键技术,简要介绍了天基预警雷达的未来发展趋势,指出美国虽怀疑其"天基雷达计划"的可行性,但仍非常重视天基雷达各项关键技术的研究。

天基雷达系统概念分析

针对天基雷达系统,对比分析了SAR、GMTI、AMTI以及DTED等技术模式的特点,研究了各种不同技术模式条件下的处理算法、体制特点和应用场合。并探讨了不同任务需求情况下根据覆盖性能对天基雷达卫星星座布局的要求。分析结果表明,天基雷达星座具有多种可变模式,功能先进。同时,天基雷达星座只需要有限的卫星数目就能达到全球覆盖的目的,具有很好的目标监视能力。分析的结论对于研究国际先进的天基雷达系统有着重要的指导意义。

天基雷达预警系统星座设计方法

介绍了天基预警系统的发展现状,阐述了天基雷达预警系统的基本概念和工作原理,研究了天基雷达预警系统的星座设计方法,提出了确定各项参数的方法。该方法适用于天基雷达全球和区域预警系统的星座设计。最后设计了天基雷达区域预警系统星座,并利用STK软件加以分析,证明了提出的设计方法是可行的。

天基合成孔径激光雷达非合作目标成像系统设计与实验

合成孔径激光雷达是合成孔径技术在激光相干探测雷达领域的推广,相比传统合成孔径雷达具有更高的分辨率。相比机载、陆基等应用环境,空间没有大气湍流和机械振动,非常适合合成孔径激光雷达应用,而合成孔径激光雷达本身分辨率不随距离变化的优点,也利于空间大尺度距离探测。建立了对非合作目标进行高分辨率成像监测天基合成孔径激光雷达成像模型,对系统中关键参数进行分析,针对地球静止轨道上的目标进行了系统设计,提出系统实现工程化需要进一步突破的关键技术。结合理论分析,设计了缩比模型验证实验,利用转台模拟空间卫星间运动,得到了方位向分辨率1 mm的目标图像,证明了系统分析的合理性和该系统的实用性,对天基合成孔径激光雷达技术的推广具有一定意义。

基于遗传算法的低轨天基雷达星座设计

从目标监视性能的角度出发,分析了低轨天基雷达星座的卫星总数、能量需求以及星座发射费用等优化目标。综合考虑了Walker星座的碰撞等约束问题,建立了低轨天基雷达星座设计的优化目标。提出了一种基于遗传算法的低轨天基雷达星座设计方法。根据天基雷达星座的特点,该算法在进化过程中使用了非可行解修正和约束分级等约束处理方法,有效提高了算法的运算效率。通过仿真实验验证了该方法能够有效的同时优化低轨天基雷达星座的构形和卫星参数。

美国天基预警雷达发展历程及现状分析

天基预警雷达是美军战略预警体系的前哨和核心，可以突破领空领海限制，实现防区外远距离大范围的预警监视。介绍了美国天基预警雷达发展的历程，分析了美国在这一领域的研制进展及关键技术储备情况；并根据美国战略意图及天基预警进展情况，指出了美国后续天基预警雷达的发展趋势。

天基雷达观测空间碎片的研究现状及关键技术分析

文章针对空间碎片观测中尚未得到确切观测数据的危险碎片的观测需求,综合分析了国内外的研究水平和现状,对天基雷达观测的需求和关键技术开展研究,提出了天基空间碎片观测有三个关键技术需要解决,即如何确定雷达工作体制和平台轨道以提高观测效率,如何有效探测尺度只有几个毫米-几个厘米的细小目标,如何对观测到的空间碎片进行分类和精确定轨。

基于频率非均匀采样杂波谱配准的天基雷达STAP方法

地球自转和非正侧面阵配置会使得天基雷达杂波谱随距离发生变化,呈现出非平稳性,从而严重影响统计STAP方法的杂波抑制性能。为了补偿这种非平稳性,该文提出了一种基于频率非均匀采样的杂波谱配准方法,建立了非均匀谱配准法的数学模型,给出了频率非均匀采样点的选取方法以及谱配准后杂波协方差矩阵的估计方法等。通过对天基雷达的仿真实验表明,上述谱配准法可有效消除杂波非平稳性,获得较好的处理性能。

基于自适应波形设计的天基雷达目标检测方法

针对天基雷达检测海面目标时杂波特性复杂、场景变化迅速和信杂比低的问题,文中提出一种基于波形自适应设计的目标检测方法。这种方法将每个驻留时间分拆为若干个子驻留,在第1个子驻留上发射线性调频脉冲,并进行预检测和杂波协方差估计。在后续子驻留中采用多粒子滤波技术对杂波协方差进行动态更新,以适应天基雷达杂波的快速变化。进而在后续子驻留中利用平均平方优化技术自适应的设计波形,并进行主成分分析和广义似然比检验,以提高信杂比和实现恒虚警率检测。最后,文中将海杂波建模为复合高斯过程、将目标建模为若干个具有确定但未知散射幅值的散射体,并进行仿真实验。结果表明,在尖峰性海杂波环境和天基监视雷达配置条件下,用这种目标检测方法实现可靠检测所需的信杂比降低约9dB,可有效改善对弱小目标的检测效果。