多基地雷達空間目標慣量特徵分析與提取方法研究

《多基地雷達空間目標慣量特徵分析與提取方法研究》是依託北京航空航天大學，由雷鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多基地雷達空間目標慣量特徵分析與提取方法研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：雷鵬
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

地基雷達探測是空間非合作目標測量與識別的重要途徑之一。本項目將以多基地窄帶信號體制雷達為手段，針對空間剛體目標質量非對稱分布的一般化情況，研究利用多基地雷達空間分集特性，通過自相似矩陣和全局最近鄰準則對多路回波微都卜勒時頻分量進行關聯處理，實現目標慣量參數估計的方法。根據空間動力學原理和多基地雷達都卜勒測量特點，分析目標慣量參數與微動狀態及微都卜勒特徵之間的明確量化關係，在理論、算法和實驗三個層面上開展對慣性模型合理簡化、目標慣量參數估計、性能評估方法等方面的研究工作。項目研究成果將為雷達目標特徵提取與識別提供新的思路和方法，並能夠為窄帶信號體制雷達技術升級、多基地雷達系統合理構建提供關鍵的理論支持，服務於我國在空間探測、載人航天保障、飛彈防禦等領域的技術發展需求。

結題摘要

空間目標除軌道平動外，由於初始橫向干擾的影響將導致其自身產生姿態運動，即微動。通常情況下，由這些微小運動引起的雷達微都卜勒頻率調製現象不僅反映了目標的精細特徵，而且還能夠體現目標內在的固有屬性信息。本項目主要以多基地窄帶信號體制雷達為手段，針對空間剛體目標質量非對稱分布的一般化情況，研究了目標微動及其對雷達回波調製的影響；提出了基於全局最近鄰和混合微都卜勒時頻序列的空間目標慣量特徵估計方法，以及基於多基地雷達距離歷程的目標強散射中心三維分布估計方法；在此基礎上，分析了雷達布站對目標微動及慣性參數估計的影響。 首先，推導和分析了質量非對稱分布空間剛體目標微動以及相應的雷達回波微都卜勒瞬時頻率特徵，表明在一般情況下，目標微動狀態在本質上與自身轉動慣量和初始起旋角速度有關。因此，微都卜勒頻率的時變特徵能夠為利用雷達回波進行目標微動及慣量特性的反演提供有效的手段。 其次，針對多微都卜勒分量的數據關聯問題，研究了基於全局最近鄰和混合微都卜勒時頻序列的空間目標慣量特徵估計方法。利用時頻分量的全局機率和卡爾曼濾波來進行其更新與預測。在此基礎上，通過加權疊加形成一維混合微都卜勒時頻序列，並採用基於傅立葉變換的漸進最大似然估計方法進行頻譜估計，實現對空間目標慣量特徵的有效提取。 再次，針對質量非對稱分布空間剛體目標微動形式複雜的問題，討論利用多基地雷達觀測，實現對目標散射中心空間三維分布的有效估計。在構建多散射中心距離歷程的混合測量矩陣基礎上，利用奇異值分解，並設計回響的約束條件，實現對質量非對稱分布空間剛體目標強散射中心三維分布的確定性估計。 最後，針對空間目標回波微都卜勒瞬時頻率與雷達觀測角度之間的關係，研究了雷達布站對目標微動及慣性參數估計的影響。利用微都卜勒頻率頻寬描述了雷達觀測角變化與瞬時頻率動態範圍的關係，分析了雷達觀測視角對混合微都卜勒時頻序列中各頻譜分量盲提取和匹配處理的影響。