小偏心率空间碎片天基短弧定轨方法和实验

低轨空间碎片数量巨大, 对航天器在轨安全运行造成严重影响。天基光学是空间碎片观测的重要发展方向。低轨天基光学观测平台观测低地球轨道空间厘米级碎片的观测弧段相对较短, 由单个观测弧段难以确定目标的初始轨道, 初始轨道的误差也不容易评估。本文基于可行域方法, 建立了初始轨道确定和误差估计算法。针对天基短弧光学观测数据的初始轨道不易确定的问题, 本文提出了圆轨道辅助可行域方法。通过与商业遥感卫星合作, 利用遥感视频星开展了低轨空间碎片观测实验, 并利用天基实测数据对所提出的计算方法进行了验证, 为后续利用初始轨道进行弧段间关联奠定了基础。     

基于时域特性的非相参雷达目标检测与跟踪

将跟踪雷达的目标检测策略应用于搜索雷达数据处理,提升对复杂低空空域非相参雷达图像中小弱目标的检测与跟踪能力。首先,根据跟踪目标的生命周期等时域特性,修正“最优分类面”中目标预估位置邻域内的分割阈值,以提高目标检测灵敏度。然后,利用杂波在雷达图像序列中的时域特性进一步修正“最优分类面”,剔除剩余杂波。最后,将本算法与已经实现的基于空域特性的杂波抑制算法相结合,分别应用于仿真和实测数据,并采用多种方法评价检测结果。检测结果表明,本算法能够在提高检测率的同时,进一步降低虚警率。     

防空雷达预警监视装备体系作战能力优化的新模式

在将防空雷达预警监视装备体系作战能力辨析为固有作战能力和实际作战效能的基础上,提出了由“基于能力”的体系固有能力层面静态优化和“面向任务,基于效果”作战效能层面动态优化组成的一种新型体系作战能力优化模式--“双层铰链模式”。并给出了该模式的逻辑框图,同时对逻辑框图中的优化过程进行了阐述。最后,通过对某类复杂对抗背景下的防空雷达预警监视装备体系作战能力优化的实例分析,验证了该优化模式的可行性和可信性。     

相控阵雷达资源受限时最优搜索性能研究

多功能相控阵雷达通过对时间和能量资源的合理调度,可同时完成目标搜索、跟踪等多项任务。但对优先级别较低的搜索任务来说,当高优先级任务抢占雷达资源时,将会导致搜索性能下降。分析了影响相控阵雷达搜索性能的主要因素,详细研究了在搜索资源受限条件下,相控阵雷达搜索性能的优化模型,给出了搜索帧周期和探测距离计算的最佳准则和方法。通过仿真实验,分析了优化后相控阵雷达的搜索性能,实验结果验证了该模型的有效性。     

可交互式相控阵雷达DOA估计仿真系统设计

针对相控阵雷达波达方向（direction of arrival,DOA）估计的仿真、验证和评估等问题,论述了相控阵雷达DOA估计的建模与评估,设计了一个采用交互式操作的实时仿真系统。该仿真系统能进行可交互目标环境、相控阵列和目标探测效能评估模型的建模与仿真,模拟出对实时飞行的目标进行探测时,信号发射、空间传播、回波信号采集以及信号处理等过程,并能对DOA估计结果进行评估,仿真结果验证了该仿真系统的实用性和有效性。该仿真系统的设计为现代战争环境下相控阵雷达的系统设计、目标探测效能评估、装备性能展示、测试与验证奠定了基础。     

基于天基空间目标监视系统的定轨技术研究

天基空间目标监视系统是进行空间目标监视与跟踪的重要发展方向,通过对美国即将运行的空间目标监视跟踪系统(SBSS)的分析,按照其设计思想和运行环境,仿真实现了SBSS对空间目标的定轨功能.设计了SBSS系统覆盖区域的简易算法,可以快速准确判断目标的可观测区域,为星座设计提供必要的支持.针对星上计算机能力有限的特点,提出了基于拉格朗日5点法求状态转移矩阵的定轨算法.仿真试验证明,SBSS系统对空间目标的覆盖区域比地基监视系统显著增加,同时,改进的定轨算法可显著缩短定轨时间、提高定轨精度,其中低轨道空间目标定轨误差10米,高轨道空间目标定轨误差500米左右.     

弱偏好序下的最优单边匹配算法设计

传统的匹配算法假定学生偏好序是严格的, 但在现实中匹配的学生一方很可能会具有弱偏好序, 这时任意一种算法的双边匹配都不能满足稳定、抗操作和帕累托最优. 在中国, 高等学校录取的“平行志愿”录取方式是一个典型的单边匹配. 因此论文将弱偏好序的匹配算法研究拓展到单边匹配领域, 设计了“挤出”匹配算法, 并证明该算法满足稳定、抗操作和帕累托最优的算法, 且匹配后学生总效用最高. 通过计算机算法模拟的方式, 全志愿模拟录取证实“挤出”算法确实能显著改进匹配效率, 且主要改善优先序排名较后的学生的效用; 在两批次高考志愿录取模拟中, “挤出”算法使学生总效用最高, 能同时保证“高分低就”率和“高分落榜”率最低.     

基于联合EDF和多模板的天波雷达波位调度方法

天波超视距雷达能够同时探测空中目标和海面目标,具备执行多任务的能力,为优化整体探测效能,必须考虑波位调度问题。借鉴相控阵雷达资源调度思想,结合天波超视距雷达工作方式和任务特点,研究了一种修正截止优先(earliest deadline first, EDF)和多模板相结合的波位调度方法。首先,在经典修正EDF方法基础上对截止期进行重新定义,并改进任务优先级计算方法;然后,设计了三种波位调度模板;最后,根据任务优先级计算结果,自适应选择调度模板。该方法能够使雷达探测资源在复杂任务场景下得到更加精细的配置,从而最大化发挥其探测效能。     

天基光学监视系统空间目标定轨精度仿真分析

天基光学监视系统具有获取空间态势信息的优势,是进行空间目标监视与跟踪的重要发展方向。主要研究基于天基光学监视平台的空间目标的可见区域分析和轨道确改进定算法,仿真实现了天基监视系统对空间目标的定轨功能,分析了天基光学监视平台对高、中、低轨三类典型空间目标的定轨精度。通过仿真实验可以得出,由高低轨监视平台组成的联合监视系统提高对空间目标的轨道确定精度,其中低轨空间目标定轨精度误差约20米,中高轨空间目标定轨精度300米左右。

Abstract：

Space-based optical surveillance system has advantages accepting state information of space-objects, and is an important tendency in the realization of surveillance and tracking for resident space objects. The orbit determination theory for space objects and its cover region by space-based optical surveillance system were analyzed. The function for space objects was simulated. The accuracy of three kinds of space objects based on space-based optics surveillance system was studied. Simulation experiment shows the surveillance system which constitutes of high/low orbit surveillance platforms can improve the accuracy of space objects, and therein the orbit determination precision for low-orbit space objects reaches 20m, while that for high-orbit space objects about 300m.     

基于偏移影响率的相控阵雷达事件调度方法

在相控阵雷达事件调度中,常以时间偏移率作为指标构造目标函数,但时间偏移率在非线性滤波系统中往往难以实现最优的调度性能。针对这一问题,首先,在分析时间偏移影响的基础上,提出了以偏移影响率做为评价指标,推导了卡尔曼滤波器(Kalman filter,KF)和扩展卡尔曼滤波器(extend Kalman filter,EKF)中偏移影响率的计算公式;然后,基于“偏移影响率”指标构造相控阵雷达事件调度中的目标函数,并利用改进的遗传算法进行求解,加快收敛速度;最后,采用仿真场景测试调度方法优劣。实验结果表明,在线性滤波系统中,偏移影响率与时间偏移率的调度效果相近;在非线性滤波系统中,偏移影响率的调度性能和跟踪精度明显优于时间偏移率。     

Novel cued search strategy based on information gain for phased array radar

A search strategy based on the maximal information gain principle is presented for the cued search of phased array radars. First, the method for the determination of the cued search region, arrangement of beam positions, and the calculation of the prior probability distribution of each beam position is discussed. And then, two search algorithms based on information gain are proposed using Shannon entropy and Kullback-Leibler entropy, respectively. With the proposed strategy, the information gain of each beam position is predicted before the radar detection, and the observation is made in the beam position with the maximal information gain. Compared with the conventional method of sequential search and confirm search, simulation results show that the proposed search strategy can distinctly improve the search performance and save radar time resources with the same given detection probability.     

相控阵雷达搜索工作方式的研究

本文从合理规划相控阵雷达资源的角度,具体分析了雷达搜索工作方式中时间和能量资源与空域的相关性,提出了通过搜索图样模糊图来选择最佳帧时间的方法以及检测门限的选择策略。仿真结果表明,搜索空域采用多重复周期覆盖和搜索墙技术是节省系统时间和能量资源的有效途径。     

相控阵雷达探通一体化关键技术研究

随着作战平台高集成度建设、多功能整合发展的需求不断提高, 相控阵雷达的探通一体化技术成为了当下非常热门的研究领域。本文聚焦于探通一体相控阵雷达的工程实现, 采用了一种“时分复用为主, 频分复用和空分复用为辅”的优化机制, 提出了一种基于异步双时间指针的探通同时多任务资源调度算法, 完成了探通一体工作的发射-接收(transmit/receive, T/R)模块前端设计。试验结果表明, 本文提出的工程设计能满足探通一体工作的要求, 为数字相控阵雷达探通一体化发展提供了一种可行的工程实现方法。     

基于立体视觉的空间碎片定位技术

空间碎片是在地球轨道上超高速运行的物体,安装在航天器上的空间碎片探测系统需要具备造价低廉、数据分析处理及时的特点。利用计算机双目立体视觉的基本原理,提出一种由2个红外探测器组成的空间碎片红外探测系统以及相应的空间点目标定位算法。根据2个红外探测器具有相同背景图像的特点,将图像减法用于背景剔除,以简化图像中空间碎片边缘提取算法。通过在2幅图像中提取空间碎片的边缘,导出了空间碎片中心像点在2幅图像中位置,并利用空间点目标定位算法给出了空间碎片在航天器固连坐标系中的位置。该系统不仅造价低廉,也实现了空间碎片的快速定位。仿真结果证明了系统及其定位方法的可行性。     

共置天线的分布式相参MIMO雷达布阵优化研究

多输入多输出（multiple-input multiple-output, MIMO）雷达与传统相控阵雷达相比,其最大优势在于由天线孔径空间卷积带来的更高的角度分辨力。将多部X波段相控阵雷达组成共置天线的分布式相参MIMO雷达可以实现更窄的波束宽度,但随之而来的是严重的栅副瓣问题。以降低MIMO雷达稀布阵旁瓣电平为目标,对共置天线的分布式相参MIMO雷达阵地布置进行优化。仿真试验结果显示粒子群算法应用到该最大最小问题是有效和稳健的。     

基于极化状态配置的宽带相控阵极化控制方法

传统的固定极化状态存在交叉极化隔离度低且有效的扫描角度范围窄等问题,制约了相控阵雷达中极化信息的充分利用.为提高交叉极化隔离度,并解决宽带相控阵中波束方向图畸变问题,提出一种基于极化状态配置方法的宽带相控阵极化方向图综合方案.通过优化不同波束指向的极化状态,并利用有限长单位冲激响应(finite impulse res...     

基于存贮的相控阵波束控制

本文提出了一种相控阵天线波束控制的新方法——存贮法。通过移相值存贮代替移相值计算,提高了波控计算机系统的速度,简化了系统设计,提高了系统的可靠性。     

米波MIMO雷达波束空间精确最大似然算法

针对阵元空间多输入多输出(multiple input multiple output, MIMO)雷达低仰角估计方法运算量和数据传输量太大的问题, 提出了基于波束空间的MIMO雷达精确最大似然(refined maximum likelihood, RML)算法。该算法将阵元空间的数据转换到波束空间, 实现降维处理, 再利用最大似然的思想对波束空间的数据进行测角。计算机仿真结果表明, 相比于基于阵元空间的MIMO雷达RML算法, 所提算法有着良好的测角性能, 并大大降低了算法运算时间。同时, 通过计算机仿真分析了信噪比、仰角、波束指向与目标仰角之间的偏差、阵元数、反射系数误差和天线中心高度等因素对所提算法测角性能的影响。