弹道导弹目标微动特性的微多普勒分析与仿真研究

真假目标识别一直是反导系统中地基雷达(GBR)的技术难点,而基于弹道导弹目标微动特性的雷达识别是近来研究的热点.微多普勒是目标微动特性的一种表征,基于弹头和诱饵微动特性的差异,提取微多普勒特征可用于识别真假目标.首先介绍了弹头和诱饵的运动特性,然后建立了弹头和诱饵的微动模型,并进行了微多普勒理论分析和推导,最后通过仿真实验分别研究了微多普勒的多散射点和噪声污染的问题.仿真分析表明多点和噪声对微多普勒提取影响不大;同时指出以目标微多普勒的周期、频率最大值以及平面变化规律为特征可识别真假目标.     

弹道导弹目标群轨迹建模与仿真

针对弹道导弹在空间中形成的目标群轨迹具有复杂性和多阶段的特点,提出一种弹道导弹目标群轨迹分阶段建模方法。由于不同阶段下目标群运动特性存在差异,基于分阶段建模的思想,在定义相应坐标系的基础上,建立了对称释放结构下的中段诱饵释放模型;在考虑数量质量、初始状态及消亡条件等因素下,设计了助推段多批次碎片轨迹产生过程。实验仿真了地固系下弹道导弹主体弹道、诱饵释放过程以及多批次碎片轨迹。结果表明,该方法在选择恰当参数的条件下可近似逼近真实情况。     

基于离差最大化的导弹中段目标威胁度评估

释放诱饵是典型弹道导弹中段突防措施之一,对诱饵与真弹头的威胁度进行评估也因此成为导弹防御系统实施拦截的首要前提.考虑弹头与诱饵的位置、速度、RCS及红外辐射强度等目标特性不同,采用模糊隶属函数和G.A.Miller 9级量化理论对弹头与诱饵的威胁属性进行量化,建立了基于离差最大化的导弹中段目标威胁度多属性评估模型,给出了计算实例.计算结果表明,采用此方法能够有效确认威胁度最大的目标,满足弹道中段目标的威胁度评估需要.     

弹道目标电磁特征提取技术的研究进展

随着弹道导弹突防和防御技术研究的不断深入,对目标特征提取提出了更加严格的要求。在突防设计中需要对目标和诱饵进行特征控制,以提升突防能力;在防御系统中,则需要从多传感器获取的信息中提取目标各种特征,以实现真假弹头的区分。分析和研究了弹道导弹中段目标电磁特征提取技术以及近年取得的成果,包括中段复杂目标逆合成孔径雷达成像技术、目标几何特性反演技术、目标微动特征提取技术等,最后对弹道目标特征提取技术的难点进行了分析,提出了一些解决思路。     

自旋进动目标的微多普勒特征分析

针对弹道导弹防御系统中弹头目标的自旋进动特性,建立了锥体目标的自旋进动模型,引入微多普勒效应的有关概念,推导出了由自旋进动产生的微多普勒频率的数学表达式,利用高分辨的时频变换对微多普勒特征进行分析,并用仿真实验验证了该模型的正确性.针对时频图,提取能反映目标质量特性的特征量,为识别此类目标提供了新的途径.通过仿真实验证明了在低信噪比时所提取特征的有效性.     

中段目标微运动建模方法与宽带雷达回波仿真

改进了中段目标微进动动力学参数模型,建立了微进动目标数学描述方程,从中段目标的外形特征、运动特征及散射特性全面阐述了中段目标的物理特性,提出了中段目标的移动散射点模型,最后给出了仿真结果,为中段目标识别提供了重要基础。     

基于MP稀疏分解的弹道中段目标微动ISAR成像新方法

弹道目标在中段的运动包括轨道运动和微动。与轨道运动相比,弹道目标的微动能引起目标相对雷达视线角更为快速的变化,有利于逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像。针对自旋对称弹头的微动特性,提出了一种基于匹配追踪(matching pursuit, MP)稀疏分解的微动ISAR成像算法,分析了成像平面和成像所需积累转角,并通过计算机仿真与传统的距离－多普勒(range-Doppler, RD)、魏格纳－维尔(Wigner-Ville, WV)成像算法进行了比较。仿真结果表明：本文算法具有更好的成像精度和稳定性,且不受交叉项的干扰,是一种有效的微动目标成像算法。     

基于H/α极化分解的弹道目标鉴别

提出了一种基于H/α目标分解理论的弹道目标极化鉴别方法。首先简要给出了H/α目标分解理论的定义和数学模型,然后阐述了真实弹头和诱饵的不同微运动特性,即真弹头具有姿态控制故运动稳定,而诱饵由于没有姿态控制而出现旋转、翻滚等随机运动。在此基础上提取反映目标时间维散射随机性的极化特征量--时间熵。接着利用基于弹头模型暗室测量数据的弹道导弹全极化回波仿真方法,获取了不同战情下弹头与诱饵目标动态特性回波,进而对时间熵进行计算。实验表明,真弹头时间熵值与诱饵熵值可分性明显;时间熵与目标特性有关,但当诱饵与真弹头外形高度逼真时,该特征可有效鉴别真假目标;时间熵亦与所用数据长度(统计窗口)有关,但当统计窗口长度增加到进动周期时,时间熵趋于稳定。     

基于时频分布的空间锥体目标微动形式分类

空间锥体目标的微动形式分类对空间目标识别、参数估计等有着重要意义。针对这一问题,提出了一种从雷达回波时频分布中提取特征对微动形式进行分类的方法。首先分析了空间锥体目标的散射特性,在此基础上建立了等效散射点模型,并与传统的一般散射点模型比较,电磁计算结果进一步证明了提出模型的正确性;在特征提取阶段,基于能量强弱提取了回波时频分布中包含微动信息的区域,并针对自旋、进动、章动3种微动形式下瞬时频率变化的差别提取了4种特征;最后基于等效散射点模型仿真产生训练数据集、电磁计算产生测试数据集的模式,使用支持矢量机（support vector machine, SVM）分类器的分类实验结果表明新方法在一定信噪比条件下可有效实现对微动形式的分类。     

连续波微动测量雷达及目标微动特性分析

目标或其部件微运动产生的微多普勒是目标识别的重要特征,对其进行高分辨测量和微动特征提取是识别的关键。设计了基于连续波体制的微动测量雷达方案,分析设计了收发分离的雷达微带天线,研制了X波段连续波微动测量雷达及其数据采集设备。利用该雷达实测数据采用时频分析工具对人行走的躯体、手、脚运动进行了微多普勒特征分析,实验验证了雷达测量数据的有效性。     

相干源诱偏下比相被动雷达导引头测角性能分析

从比相单脉冲测向体制出发,推导出比相体制PRS跟踪相干两点源的数学模型,对两点源诱偏下被动雷达导引头的测角性能进行了分析,指出比相体制导引头无法分辨雷达和相干源诱饵,PRS将跟踪雷达和诱饵的合成相位中心,跟踪角度不固定且不断变化。仿真结果和实测数据均验证了结论的正确性。     

基于地形遮蔽的自旋弹测高雷达回波建模与仿真

为解决导弹自旋运动模型复杂、建模计算量大的问题, 建立了一种新的导弹自旋运动模型。在该运动模型的基础上, 考虑了地形起伏对弹载测高雷达回波遮挡的影响, 利用仿真地形, 采用地形遮蔽算法, 建立地形遮挡下的雷达回波模型, 仿真得到不同高度下的雷达回波图和频谱图。通过对回波的分析、得到在高度为10 km, 雷达斜照射角度超过65.3°时, 地形起伏对于雷达回波有显著遮蔽影响雷达回波发生频谱搬移等若干结论。该结论与实际情况一致, 验证了模型的准确性, 为后续弹载测高雷达回波模拟提供一定的理论支撑。     

New method for passive radar seeker to antagonize non-coherent radar decoy

Using super resolution direction of arrival (DOA) estimation algorithm to reduce the resolution angle is an effective method for passive radar seeker (PRS) to antagonize non-coherent radar decoy. Considering the power and correlation property between radar and non-coherent decoy, an improved subspace DOA estimation method based on traditional subspace algorithm is proposed. Because this new method uses the invariance property of noise subspace, compared with traditional MUSIC algorithm, it shows not only better resolution in condition of closely spaced sources, but also superior performance in case of different power or partially correlated sources. Using this new method, PRS can distinguish radar and non-coherent decoy with good performance. Both the simulation result and the experimental data confirm the performance of the method.     

采用ESO补偿的再入飞行器姿态预测控制方法

针对飞行器再入姿态运动设计了一种基于扩张状态观测器(extended states observer,ESO)的预测控制方法。为了降低系统的阶数,将姿态系统分成姿态角子系统和姿态角速率子系统,分别设计控制器。采用动态逆方法将运动方程线性化,并基于此推导了解析的最优预测控制律。为了提高控制器的精度和鲁棒性,采用ESO对模型误差和不确定扰动进行估计,并在预测控制律中进行补偿。最后证明了算法的稳定性。通过六自由度仿真分析,验证了控制方法的良好性能。     

有源假目标干扰的极化识别及其应用策略分析

研究了有源假目标等欺骗性电子干扰的极化识别及其应用方式等问题。首先分析了有源假目标干扰和雷达目标的极化特性,从理论上分析了有源假目标干扰识别的可行性,提出了能够有效鉴别真假目标的系列特征参量,并设计了有源假目标干扰的极化识别算法,结合实测数据,计算机仿真实验表明识别算法的可行性和有效性。最后,探讨了极化识别算法在相控阵雷达系统中的使用策略。     

拖曳式诱饵对多普勒雷达导引头的干扰仿真

导弹对目标跟踪过程中,弹目之间的运动参数是变化的。为了反映这种变化的实时性,本文以脉冲多普勒(PD)雷达导引头为例,建立了拖曳式诱饵干扰条件下雷达导引头接收信号模型,分析了雷达导引头速度跟踪和角跟踪的方法,并根据PD雷达导引头的工作方式,对拖曳式诱饵干扰条件下导弹攻击目标的全过程进行了系统仿真,对不同诱饵战术参数下拖曳式诱饵对PD雷达导引头的干扰性能进行了仿真分析。这一工作有助于在工程中能够方便地选取合适的诱饵战术参数。     

双隐身飞机闪烁干扰对单脉冲雷达性能的影响

针对单脉冲雷达检测跟踪协同干扰状态的双隐身飞机编队时,角度跟踪误差性能难以合理评价的问题,首次建立了基于侧双机编队平飞航迹的隐身飞机协同闪烁非相参干扰模型,经过相同航迹下编队姿态的解算,获取闪烁干扰模型下的编队动态雷达散射截面序列,结合双机闪烁干扰模型下单脉冲雷达角度跟踪特点,推导得出与双机编队闪烁干扰相适应的单脉冲雷达角度误差跟踪模型,以最小干扰有效诱偏角为实时参变量对闪烁干扰模式下雷达角度跟踪误差性能变化的程度作出了评价。仿真表明双隐身飞机闪烁非相参干扰在干扰释放阶段能有效使单脉冲雷达角误差提高5.67倍,有效诱偏单脉冲雷达的角度跟踪。     

雷达抗自卫转发式航迹假目标欺骗干扰技术

在杂波背景下,传统的自卫转发式航迹假目标欺骗干扰识别方法的正确识别率较低,且利用单一信号特征鉴别真假目标的正确鉴别率较低。针对此问题,提出了一种新的抗自卫转发式航迹假目标欺骗干扰技术。首先,使用常规多目标跟踪算法消除杂波的影响,然后利用基于目标状态估计的角度检验和N/M逻辑准则判断雷达是否遭受自卫转发式航迹假目标欺骗干扰。若存在干扰,则提取目标信号的幅度和相位量化信息,使用多级模糊综合评判对真假目标进行联合鉴别。该技术对自卫转发式航迹假目标欺骗干扰正确识别率较高,能有效剔除形成稳定航迹的假目标。仿真结果验证了该技术的可行性和有效性。     

基于直接配点法的远程交会轨道优化设计与仿真

介绍了直接配点法在空间飞行器远程轨道交会最优化问题中的应用。首先给出了空间飞行器远程轨道交会最优化控制问题模型,其中运动方程在地心惯性坐标系下建立;性能指标选为轨道交会过程中燃料消耗最小;控制变量为推力、方位角和高低角;终端状态受到位置和速度的约束。然后,采用直接配点法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,选取各配点上的状态量和控制量作为优化参数。最后应用适合求解大型非线性规划问题的SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解。仿真结果表明直接配点法对于空间飞行器远程交会轨道初始参数取值不敏感,具有一定的鲁棒性,且求解过程具有一定的实时性。