遠距離空間目標慣量提取與質量分布估計方法研究

《遠距離空間目標慣量提取與質量分布估計方法研究》是依託北京航空航天大學，由王俊擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：遠距離空間目標慣量提取與質量分布估計方法研究
• 依託單位：北京航空航天大學
• 項目負責人：王俊
• 項目類別：面上項目

項目摘要

遠距空間目標識別對太空飛行器空間運行安全、空間對抗和飛彈防禦等有著重要意義，本項目將研究遠距空間目標慣量參數提取與質量分布估計，可為空間目標識別提供更多信息，有利於提高目標識別率。但如何從雷達信號中提取目標慣量參數、如何估計質量分布的方法尚待研究。本項目將採用理論分析、算法仿真和實驗室數據驗證的研究途徑，開展典型空間目標運動模型、慣性參數提取方法與質量分布估計方法、參數提取與估計方法性能評估等關鍵技術研究，以便闡明典型空間目標慣量特性、質量分布及目標運動方式之間的關係、尤其是前兩者與雷達回波信號特徵之間的內在聯繫，從而得到高精度提取慣量參數和估計質量分布的方法。本項目的研究成果不僅可用於空間目標識別領域，而且可用於高精度散射中心提取、高分辨成像、目標散射點三維位置重構、空間目標運動預測與估計等領域，服務於我國空間探測領域。同時研究過程中將培養多名博士、碩士研究生，形成多篇高水平論文和專利。

結題摘要

本項目著眼於我國對空間探測與對抗技術提升的迫切需求，開展利用雷達回波信號進行遠距離空間目標慣量參數提取與質量分布估計的相關研究。主要完成了典型空間目標運動建模、空間目標微動及慣量參數估計方法研究、空間目標質量分布特徵估計方法研究、以及參數提取與估計方法性能評估等內容。 首先，以姿態動力學為依據，研究了空間目標微動狀態與其自身固有屬性之間的內在關係，提出了一種基於目標慣量特徵的微動建模方法。該方法從物理意義和數學模型角度表明了空間目標微動狀態與其轉動慣量特徵和初始起旋條件的內在聯繫。 其次，研究了空間目標微動對雷達回波的頻率調製效應及微都卜勒分析方法。針對空間對稱目標雷達回波微都卜勒頻率的非線性、非正弦時變特點，提出並推證了一種基於混合微都卜勒時頻序列的參數估計方法，實現對空間目標複雜微動參數的同步估計。 再次，研究了一種基於幾何繞射理論（GTD）散射模型的狀態空間處理方法，可實現目標散射中心徑向距離、徑向速度、類型參數及散射強度的同時估計。圍繞基於高分辨一維距離像（HRRP）序列的三維成像算法問題，給出已知運動信息條件下的兩種典型三維成像算法。在此基礎上，提出了一種基於微都卜勒處理的空間目標慣量比估計實現方法。 最後，在一個散射中心的情況下，分析了多維狀態空間觀察法對徑向距離、徑向速度、散射強度、相位偏移等的估計精度，結果表明其基本逼近對應的性能估計理論界限，即克拉美勞界（CRB）。 本項目研究能夠為空間目標識別提供一種新的識別特徵和信息，可套用於衛星、碎片等其它空間目標的質量分布特徵提取，為空間目標編目、彈道目標識別提供重要的理論支撐。