基于宽带雷达的空间目标精确测速方法研究

admin · 发表于 2022-5-22 23:34:18

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空间真假目标识别是弹道导弹防御和空间监视的难点和主要技术瓶颈之一。随着宽带雷达信号处理技术的发展，可对目标的宏观运动和微运动进行精确测量。本文围绕空间微动目标雷达特征信号建模与高速空间目标速度的精确测量题目，将空间目标的六自由度运动特性模型、电磁散射计算的高频渐近技术和宽带雷达回波信号模型相结合，形成了空间目标动态雷达特征信号仿真模型。系统研究了高分辨体制下的微动目标雷达特征信号调制机理。在此基础上，对线性调频（LFM）和步进频率波形下的相推测速技术进行了深入研究。主要研究工作及成果如下：（1）建立了空间目标的六自由度运动特性模型和微多普勒模型，包括振动、摆动、锥旋、进动、章动和翻滚共六种微动模型，给出了目标初始姿态旋转矩阵与微动参数的变换关系，修正了Rodrigues微动模型，使其适用于旋转矢量方向不断发生变化的微动情况，采用时频分析方法分析了其微多普勒时频分布特征。研究表明，该模型可用于多种空间目标的运动特性建模与仿真。（2）将空间目标的六自由度运动特性模型、动态目标宽带电磁散射计算方法和宽带雷达回波信号模型相结合，建立了空间目标宽带雷达特征信号预测与仿真模型。分析了高速质心运动对目标一维距离像的调制效应，讨论了非理想雷达系统幅相特性对雷达特征信号的影响，系统研究了微动目标的宽带雷达特征信号调制机理，计算结果同测量数据的对比分析验证了本文模型的正确性。（3）研究了基于宽带LFM波形的相推测速技术，建立了空间目标的宽带LFM雷达解调频处理后中频回波信号模型，分析了高速运动对雷达回波信号的影响。提出了基于中频回波信号相位信息的两种精确测速方法——回波相位差斜率测量法和回波相位差最小二乘参数估计法。针对低信噪比条件下的精确测速题目，采用恒虚警率（CFAR）检测与形态学滤波相结合的技术对噪声进行抑制，有效地提高了算法的鲁棒性和测速精度。（4）研究了基于步进频率波形的相推测速技术，建立了空间目标宽带步进频率雷达回波信号仿真模型，分析了速度和加速度对步进频率信号的影响。提出了多脉冲串步进频率信号相位斜率和相邻帧步进频率组合信号的两种运动参数估计方法，仿真分析表明所提出算法可实现对空间目标运动参数的精确测量。

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