天基噪聲雷達(dá)空間高速目標(biāo)探測(cè)研究.pdf

1、隨著航天技術(shù)的發(fā)展，航天在政治、軍事、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的戰(zhàn)略地位日益提高，空間目標(biāo)探測(cè)技術(shù)也越來(lái)越受到各國(guó)的重視?？臻g目標(biāo)觀測(cè)雷達(dá)可分為地基和天基兩種形式。和前者相比，天基目標(biāo)觀測(cè)雷達(dá)不受大氣衰減和電離閃爍等因素的影響，可工作于較高的信號(hào)頻率，易于實(shí)現(xiàn)對(duì)小尺度空間目標(biāo)的觀測(cè)，并在較高軌道目標(biāo)觀測(cè)方面具有優(yōu)勢(shì)。噪聲雷達(dá)由于發(fā)射信號(hào)無(wú)周期，具有理想的圖釘型模糊函數(shù)，可避免周期性距離模糊，從原理上就非常適合在軌探測(cè)遠(yuǎn)距離高速目標(biāo)。然而空間目標(biāo)極高的

2、運(yùn)動(dòng)速度使得常規(guī)匹配濾波算法性能嚴(yán)重惡化，而對(duì)于噪聲雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償需要結(jié)合噪聲雷達(dá)的特點(diǎn)來(lái)開(kāi)展研究。本文圍繞天基噪聲雷達(dá)空間高速目標(biāo)探測(cè)的相關(guān)問(wèn)題展開(kāi)研究，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　1、首先研究了空間目標(biāo)與天球坐標(biāo)系（地心慣性坐標(biāo)系）的位置關(guān)系及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。通過(guò)分析雷達(dá)坐標(biāo)系、衛(wèi)星坐標(biāo)系、天球坐標(biāo)系三者之間的關(guān)系，推導(dǎo)了空間目標(biāo)的位置和速度從雷達(dá)坐標(biāo)系到天球坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。然后系統(tǒng)地對(duì)高速目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行了模型分類研究，以噪聲調(diào)頻連

3、續(xù)波(Noise Frequency Modulated Continuous Wave，NFMCW)為例對(duì)回波模型進(jìn)行了具體分析，給出了NFMCW雷達(dá)的適用條件。針對(duì)隨機(jī)噪聲信號(hào)的特點(diǎn)提出采用插值法構(gòu)建高速目標(biāo)回波信號(hào)。從天基雷達(dá)發(fā)射波形角度分析，仿真并比較了線性調(diào)頻連續(xù)波(Linear Frequency Modulated Continuous Wave，LFMCW)和NFMCW雷達(dá)探測(cè)遠(yuǎn)距離高速目標(biāo)的性能，表明NFMCW雷達(dá)在天

4、基探測(cè)高速目標(biāo)方面具有一定的優(yōu)勢(shì)。
　　2、通過(guò)對(duì)噪聲調(diào)相連續(xù)波雷達(dá)(Noise Phase Modulated Continuous Wave Radar，NPMCWR)和噪聲調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)(Noise Frequency Modulated Continuous Wave Radar，NFMCWR)脈壓輸出主旁瓣統(tǒng)計(jì)規(guī)律的研究，推導(dǎo)了噪聲調(diào)相和噪聲調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)脈壓輸出的統(tǒng)計(jì)主瓣均方旁瓣比(Statistical Mainlo

5、be to Mean Square Sidelobe Ratio，SMMSSR)和統(tǒng)計(jì)主瓣峰值旁瓣比(Statistical Mainlobe to Peak Sidelobe Ratio，SMPSR)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，為定量分析NPMCWR和NFMCWR脈壓輸出主旁瓣比與脈壓長(zhǎng)度、多普勒頻率、帶寬等參數(shù)的關(guān)系提供了理論依據(jù)。數(shù)學(xué)表達(dá)式的計(jì)算結(jié)果與蒙特卡羅(Monte-Carlo，MC)仿真結(jié)果很好地吻合，驗(yàn)證了推導(dǎo)結(jié)論的正確性。
　

6、　3、對(duì)天基噪聲雷達(dá)空間高速目標(biāo)“時(shí)域相關(guān)法”跨距離門相參積累進(jìn)行了研究，提出了采用單頻信號(hào)測(cè)速生成NFMCW“匹配參考信號(hào)”進(jìn)行時(shí)域相關(guān)，同時(shí)結(jié)合單頻信號(hào)回波與NFMCW回波的共軛處理實(shí)現(xiàn)跨距離門相參積累的檢測(cè)方法，可以大幅度提高距離主旁瓣比。對(duì)于多個(gè)目標(biāo)采用基于此方法結(jié)合FFT-IFFT法對(duì)各目標(biāo)從大到小依次“Clean”以提高檢測(cè)目標(biāo)動(dòng)態(tài)范圍的方法。并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了上述方法的有效性。
　　4、對(duì)天基噪聲雷達(dá)空間高速目標(biāo)“

7、頻域相關(guān)法”跨距離門相參積累進(jìn)行了研究。討論了一種快速離散時(shí)間尺度變換方法在keystone變換中的應(yīng)用，針對(duì)隨機(jī)噪聲信號(hào)非周期的特點(diǎn)，提出采用回波信號(hào)等間隔重疊分段法進(jìn)行二維頻域相關(guān)處理，結(jié)合快速算法實(shí)現(xiàn)的keystone變換進(jìn)行距離徙動(dòng)校正，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的高速目標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間相參積累，無(wú)需先驗(yàn)知識(shí)，能同時(shí)處理多目標(biāo)場(chǎng)景。以NFMCW雷達(dá)為例，詳細(xì)推導(dǎo)了處理過(guò)程，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　5、對(duì)天基噪聲雷達(dá)空間高速目標(biāo)