天基雷达地面回波的多普勒频率特性

研究地球自转对天基雷达地面回波的多普勒频率的影响,通过分析卫星雷达与地面回波点的相对速度,推导了天基雷达地面回波的多普勒频率计算公式. 由公式可知,当卫星雷达轨道高度一定时,地球自转对地面回波多普勒频率的影响只与卫星的轨道倾角和星下点纬度有关,其偏航幅度接近于1,最大偏航角约为4°,与地面反射点的位置无关.     

GEO空间慢旋目标天基监视受控绕飞轨道设计与仿真

为实现GEO空间慢旋目标特定面的连续观测,提出了一种天基监视受控绕飞轨道设计方法. 首先建立了目标、天基平台相对运动模型,研究了空间任意自旋轴下的期望相对轨道模型,设计了单周期受控绕飞模型和多周期螺旋接近受控绕飞模型,应用时间约束的多脉冲控制实现平台受控绕飞,仿真分析了不同绕飞半径、不同脉冲数、不同绕飞周期下的受控绕飞轨道,最后提出并验证了多周期螺旋接近受控绕飞策略. 结果表明,基于GEO空间自旋目标姿态变化的受控绕飞的相对轨道设计,能够实现目标特定面的连续指向观测,相关仿真结果和结论对实际工程应用具有一定的参考意义.      

一种基于正交编码的天基雷达空中目标检测方法

天基雷达由于工作于下视模式,天基雷达接收到的目标回波信号往往会淹没在地球杂波背景中.分析了天基雷达地杂波的产生原因,提出了低PRF时天基雷达空中动目标检测的无杂波区域,然后结合正交编码方式,提出了一种基于正交编码技术的空中目标检测方法.该方法不需要进行复杂的杂波抑制处理,可在一定程度上解决下视雷达面临的强地杂波问题.     

J2项摄动对分布式天基雷达波束形成的影响

分布式天基雷达小卫星不可避免地要受到摄动的影响,摄动不仅对卫星编队有影响,对雷达稀疏阵列的波束形成也会产生很大的影响。从卫星相对运动方程出发,利用轨道摄动方程,并引入编队构型参数,根据分布式天基雷达对各成员卫星间距小而稳定的要求,对采用空间圆编队的分布式天基雷达卫星编队进行了仿真。利用在J2项摄动影响下的分布式天基雷达卫星编队的仿真结果,进行了分布式天基雷达波束形成的仿真,分析了J2项摄动影响下波束指向的偏移量,为研究分布式天基雷达波束形成技术提供了重要的参考依据。     

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%。     

相控阵雷达天线多保真度优化设计

研究了某型相控阵雷达天线多保真度优化设计技术.基于代理模型,提出了天线单元优化、阵列优化和近似模型的分层次多保真度优化方法,以提高计算效率;采用KS包络函数将多目标问题转化为单目标函数;以雷达天线几何模型参数为设计变量,以提高雷达天线电磁性能为目标,以温度、应力、变形等为约束,在Isight平台下建立了某型相控阵雷达天线的多学科设计优化系统,实现了雷达天线阵列的多学科设计优化,在满足传热、强度等学科约束的条件下,提高了雷达天线的电磁性能.     

三轴稳定静止卫星赋形天线指向误差分析

对于静止轨道三轴稳定卫星,天线的指向精度是用户要求的重要指标.在卫星定点后处于工作姿态时,要求天线波束覆盖用户规定的地面区域,并满足规定的电性能指标.卫星的姿态、轨道、天线性能和总装等误差对赋形天线的指向精度均具有一定的影响.本文对影响赋形天线指向精度的各类误差的形成原因、误差数据的计算方法进行了逐项分析.研究了各类误差对赋形天线指向精度的影响,其中重点分析了姿态和轨道误差的影响,给出了相应的算法公式,并基于实际工程数据进行了算例仿真,得到卫星在正常和位保两种模式下赋形天线的指向误差数据.通过对比,仿真计算结果与卫星在轨天线方向图的实测结果具有一致性,证明了该分析思路和计算方法的有效性和正确性.     

大椭圆轨道SAR滑动聚束模式设计及斜距模型

针对大椭圆轨道合成孔径雷达存在大偏心率,时变轨道高度及时变卫星速度等特性,首次开展了大椭圆轨道SAR滑动模式设计研究.对大椭圆轨道SAR滑动聚束模式设计,考虑了不同轨道位置处不同分辨率改善因子、地面波束足迹一致性、天线扫描角度、天线扫描角速度等.对大椭圆轨道SAR滑动聚束模式回波斜距模型研究.仿真分析结果表明大椭圆轨道SAR滑动聚束模式参数需要随轨道位置变化进行调整,为了满足成像需求斜距模型需要展开到三阶.      

空间目标天基光学跟踪可观测性分析

针对天基光学监视跟踪系统可观测性问题,建立了空间目标天基光学监视跟踪模型,引入跟踪滤波误差下限(CRLB)和系统可观测度定义,并提出了瞬时可观测度概念.结合仿真实验对测量条件、观测几何以及系统配置等影响系统跟踪可观测性的因素进行了分析.仿真结果表明,所提出的可观测分析方法能实现对天基光学定位跟踪系统性能的客观有效评定.     

基于旋转天线的二维高分辨成像算法

受涡旋电磁波产生方法和自旋目标成像方法的启发,提出了基于旋转天线的二维高分辨成像方法。首先构造了基于旋转天线的雷达观测模型;利用距离向傅里叶变换获取目标的距离仿真,推导出了包含目标方位角信息的多普勒效应的正弦表达式;最后将正交匹配追踪算法应用到该正弦信号中,重构出目标的方位角,有效提升了雷达波束范围内的方位角分辨能力。仿真实验证明,该算法对雷达性能要求较低,克服了成像质量对纯净的高模态涡旋电磁波的依赖,实现了对静止目标的二维高分辨成像。     

综合因素下的星载SAR模糊函数分析

综合考虑地球自转、地球曲率以及卫星轨道等因素,建立了星载合成孔径雷达（synthetic aperture radar,SAR）卫星绕地飞行模型,推导了星载SAR模糊函数的表达式。通过对模糊函数进行分析,表明模糊函数与地球自转、地球曲率及卫星轨道因素有关。为验证理论推导结果,对卫星位于不同赤纬(卫星与地心连线和赤道面的夹角)照射地面目标情况进行了仿真分析,仿真结果表明：对比传统模糊函数,地球自转和卫星观测位置会使星载SAR的模糊函数分辨单元轴有一定的偏转,而地球曲率和卫星圆轨道会影响星载SAR模糊函数所表示的分辨率,在合成孔径时间较长或卫星侧视角较大的情况下表现得更为明显。     

Precise orbit determination of Haiyang-2 using satellite laser ranging

With the successful launch and official commissioning of China’s first dynamic ocean environment satellite Haiyang-2(HY-2),China’s capabilities for oceanic environment monitoring and oceanic resource detecting have been further improved and enhanced.Precise tracking and orbit determination are not only key technical concerns in the ocean dynamic environment satellite project but also necessary conditions for carrying out related oceanic science research using observational data obtained using spaceborne instruments including radar altimeter.In this study,the current available status of international satellite laser ranging(SLR) monitoring on HY-2 was introduced.Six-months of SLR data from HY-2 were processed to obtain precise satellite orbit information using the dynamic orbit determination method.We carried out a detailed assessment of the SLR orbit accuracy by internal evaluation,comparisons with the orbit derived by the French Doppler orbitography and radio-positioning integrated by satellite(DORIS) system,and station-satellite distance validation.These assessments indicate that the three-dimensional orbital accuracy of HY-2 is about 12.5 cm,and the radial accuracy is better than 3 cm.It provides a good example of the application of international SLR monitoring and precise orbit determination in China’s earth observation satellite project.     

星载合成孔径雷达实时快视成像系统

给出了一种基于多数字信号处理(DSP)并行处理技术的星载合成孔径雷达(SAR)快视成像系统设计,比较了多种星载SAR成像算法.针对某星载SAR参数提出了优化的实时算法流程,系统实现了对L波段星载SAR距离向1/4降分辨率和方位向四视实时成像处理.通过仿真和实测数据,分析和验证了系统成像结果.     

SAR成像的变换线性调频尺度(C/S)算法研究

介绍了合成孔径雷达的成像原理,针对目前通用的距离一多普勒（R／D）算法的不足,对SAR成像的变换线性调频尺度（C／S）成像算法进行了研究．构建了弯曲均衡化模型．重点论述了C／S算法中的弯曲均衡化的实现．最后通过实际回波数据的成像试验,论证了C／S算法的可行性、     

基于轨道根数交接的弹道导弹落点快速预报

为实现弹道导弹精确落点的快速预报,提出基于轨道根数交接的落点预报方法。多功能地基相控阵雷达通过综合自身计算的目标轨道根数信息与远程预警相控阵雷达上报至预警中心的目标轨道根数信息,对弹道导弹实时定轨,待落点误差精度满足要求后,进行落点精确预报。仿真结果表明,相对传统落点预报方法,能够将预报时间缩短近40%。     

Precise orbit determination for GRACE with zero-difference kinematic method

Thanks to the high performance of the spaceborne GPS receiver and the availability of precise IGS orbit and clock products, ze-ro-difference kinematic precise orbit determination (POD) has been turned out to be a new effective method in orbit determination for the LEO satellites. Zero-difference kinematic POD, which is based on the GPS measurements only from the spaceborne GPS receiver, does not depend on the force models and orbit design. From this point of view, kinematic POD is suitable for the Earth observation satellites at very low altitudes, such as CHAMP, GRACE and GOCE, etc. This paper first reviews the basic ze-ro-difference GPS observation model. Then a modified data quality control scheme is put forward. Finally, a block-wise least squares algorithm, which first separates the parameters into several groups and then solves the parameters by elimination and back-substitution, is discussed and proposed for the kinematic orbit determination. With the above algorithms, we developed kinematic POD software to solve the orbit suitable for one-week GRACE observations. Comparisons with the published Rapid Science Orbit (RSO) indicate that, using our approach to determine the orbit, the accuracy in the radial direction can achieve 3―4 cm for GRACE-A, and 3―5 cm for GRACE-B.     

复杂目标散射近区RCS特性预估的研究

本文运用物理光学法（PO）和等效电磁流法（EMC）分析和计算了平板、多面体及某船体等复杂目标的近区单站RCS。作为例子，文中给出了一些目标的“近区”和“远区”单站RCS的比较。数值结果表明：目标“近区”和“远区”的单站RCS特性存在差异，而且这种差异随着目标形体复杂程度的增加而增加，其近区单站RCS特性亦变得复杂起来。该结果可为军用目标近区RCS的预估、雷达截面的减缩、隐身与反隐身、对抗与反对抗、目标别识、目标散射特性的缩比研究和远近场变换等相关的电磁工程技术实验和理论研究提供一定的理论依据。     

地质雷达探测地铁沿线未知涵洞的研究与应用

以某在建工程线路经过老城区主干道的地质与环境调查为研究对象,采用地质雷达探测方法,在路面合理布设探测剖面和观测系统;通过对采集的地质雷达记录进行有效处理和地质雷达图像的分析,研究如何在地铁隧道勘察中根据场地条件和探测的目标物,综合识别未知涵洞.研究结果表明:通过设计纵横跟踪布设地质雷达探测剖面,选择恰当的资料处理参数和模块,能够有效探测未知涵洞的具体位置和规模,为工程设计与施工提供合理建议,降低施工风险.     

Improved Minimum Detectable Velocity in Bistatic Space-Based Radar

Single orbit bistatic space-based radar （SBR） is composed of two radars in the same orbit. The characteristics of the clutter Doppler-angle spectrum of a single orbit bistatic SBR show that the slope of the mainbeam clutter spectrum is highly sensitive to the cone angles. Therefore, the minimum detectable velocity of the bistatic system is dependent on the cone angle. Then a new combined working mode of singleorbit bistatic SBR system was developed in which one radar will act as the transmitter and another as the receiver to improve detection performance for all angles. Simulation results by space-time adaptive processing verify the improved detection performance. The new design also reduces the average power of each radar system and the size and weight of the on-board solar array-battery system.     

Simulation study on optimal currents and winds for the spaceborne SAR mapping of sea bottom topography

A simulation model for the radar backscattering cross section of the sea surface has been developed based on the synthetic aperture radar (SAR) imaging mechanism of the sea bottom topography. The relationship between tidal currents, sea surface winds and the SAR mapping of the sea bottom topography has been analyzed using the results of the simulation. It is shown that the sea bottom topography can be observed by spaceborne SAR more easily at high current speeds. The optimal direction of the currents for mapping the sea bottom topography is the direction perpendicular to the bathymetric features while the direction parallel to the bathymetric features is the worst. The optimal range of wind speeds for mapping the sea bottom topography is between 3 and 9 m/s. The wind directions between 30° and 89° are preferred although the effect of the wind direction on SAR mapping of bottom topography is complicated.