非相干散射雷达的空间碎片信号处理与分析

非相干散射雷达是目前地基电离层探测最强大的手段,同时在空间碎片探测方面也具有重要应用价值.从基于非相干散射雷达的空间碎片探测理论基础出发,较详细地介绍了其信号处理方法和空间碎片参数的估算方法,特别是介绍了相干积累和非相干积累两种方法与实测数据对比分析结果,定性分析了测量误差,这对于提升我国的空间碎片探测能力具有重要意义,对利用我国曲靖非相干散射雷达开展小尺寸空间碎片探测具有重要参考价值.     

曲靖非相干散射雷达月球探测初步结果

非相干散射雷达是目前地面监测电离层最强大的设备,在月球等天体目标探测方面也具有潜在价值。本文介绍了曲靖非相干散射雷达技术特点与月球探测数据处理方法,分析了月球探测初步结果以及目前存在的不足与下一步工作计划。结果表明,曲靖非相干散射雷达目前可探测月球单极化回波（右旋圆极化）、反演月表反射系数和粗糙度、进行初步成像等,探测结果与现有研究结果基本一致。本文工作对我国地基雷达天文探测具有重要意义。     

曲靖非相干散射雷达在空间碎片探测中的应用

目前,空间碎片探测方面的研究越来越受重视,曲靖非相干散射雷达的建成进一步加快了我国空间碎片探测的步伐.本文基于曲靖非相干散射雷达基本特性,首先利用Mie理论研究了498MHz、500MHz和502MHz三个频率理想球形目标的散射特性并进行了分析,结果表明目标大部分散射能量分布在前向及其附近方向;然后以编目为14209的空间碎片为例,通过该雷达的探测得到其后向雷达散射截面（RCS）为0.0043m²,并给出了该雷达的最小可探测目标,这说明了曲靖非相干散射雷达在空间碎片探测方面具有优良的性能,目标电磁散射截面按500MHz计算正确有效,并能够满足工程需要.最后,以西安7.3m和1m天线为例分析了该结论对非相干散射雷达优化布站以及组网探测空间碎片具有参考价值.     

曲靖非相干散射雷达探测空间碎片初步成果

在介绍曲靖非相干散射雷达的基本情况和工作参量的基础上,给出了雷达探测空间碎片的灵敏度,报道了2014年11月18日空间碎片探测的实验结果,与理论轨道计算值比较,目标的距离值有很好的一致性,确认了7个编目碎片,证实了利用曲靖非相干散射雷达开展空间碎片探测的可行性。经过进一步的技术革新,曲靖非相干散射雷达有望观测直径为5 cm左右的空间碎片,并通过组网等技术手段进一步扩充空间碎片和其他自然天体目标的跟踪能力。     

930MHz雷达测空间碎片散射截面

提出了在欧洲非相干散射雷达电离层探测原始数据中提取空间碎片信息的方法,采用匹配滤波技术和发射码模拟方法计算了空间碎片参数,分析空间碎片所处雷达波束位置导致散射截面的差异性,按照中国科学院国家天文台预报理论模型轨道计算,通过理论方向图修正雷达散射截面后,与美国太空监测网所公布的数值进行比较。结果证实了电离层的探测原始数据可提取空间碎片的信息,通过碎片所处雷达波束位置修正散射截面可以提供较为准确的雷达散射截面。     

非相干散射雷达的高信噪比空间物体距离测量方法

非相干散射雷达是目前地基电离层探测的强大手段, 同时在空间物体探测方面也具有重要应用前景.当空间物体回波信噪比很高时, 可以利用单个脉冲进行目标检测, 而无需相干积累.非相干散射雷达常采用相位编码脉冲, 在单个相位编码脉冲内存在多次相位翻转, 此相位翻转在接收机滤波后显示一定坡度, 通过搜索此坡度曲线上具有最大斜率的坡度点可高精度确定发射-接收回波脉冲内各对应相位翻转的时间差以及对应的距离, 对这些距离值进行加权最小二乘拟合, 即可给出该回波脉冲对应的空间物体距离及误差估计值.利用欧洲非相干散射科学联合会(European Incoherent Scatter Scientific Association, EISCAT)实测数据分析发现, 距离误差可达数十米量级, 远优于以往的基于发射-接收回波脉冲前沿时间差方法.     

非相干散射雷达参数反演误差分析

非相干散射雷达以其多参数、高精度等优点成为探测电离层参数的主要手段之一,文章主要研究利用非相干散射雷达对电离层参数反演过程中,电离层条件、反演参数选择、先验信息及时延分辨率和时延长度对电离层参量反演误差的影响.根据高、低电离层的不同条件,减少反演参数,反演误差会有一定程度的降低,但受高低电离层非相干散射模型不同的影响,低电离层参数的误差会更大;先验信息可以很有效地降低电离层的反演误差;电离层参数误差随时延分辨率降低而增大,随时延长度的增加而减小;零时延信息是否存在对误差估计的影响不大.     

非相干散射雷达巴克码与交替码自相关函数计算方法研究

非相干散射雷达使用复杂的信号处理技术来获得多种高精度的电离层参数，自相关函数计算是其中的关键.文章详细推导了非相干散射雷达的模糊函数与自相关函数表达式，并针对常用的13位巴克码和16位交错码（alternating code，AC）的整数阶和分数阶进行了仿真与分析.研究发现:1）巴克码不适合计算非零时延处的自相关函数；2）AC码分数阶比整数阶有更多的时延点数，自相关函数计算更准确，同时功率谱谱宽增加.以上结果对提升我国电离层非相干散射探测与研究水平具有重要意义.     

非相干散射雷达探测空间碎片实验研究

这是我国首次用欧洲非相干散射雷达探测空间碎片的实验。根据非相干散射探测原理和空间碎片高度分布的规律,采用匹配滤波方法处理了2010年3月25日15小时实验数据,每小时平均24个碎片,用统计方法分析了碎片高度分布。结果表明:大部分碎片分布在高度为800～1000km之间,与碎片高度分布理论一致,与中国科学院国家天文台空间碎片预测理论模型比对,比较2010年3月25日10点31分05秒目标信息,高度误差仅为0.97km,确认为碎片国际标识为1965-016F的美国报废业余通信卫星,证实了非相干散射雷达设备直接探测碎片的可行性。     

利用非相干散射探测电离层

本文介绍了利用非相干散射探测电离层电子浓度分布的原理和对R_(10)雷达探测能力的估计,以及为开展此实验所必需的终端处理设备以及实验所取得的一些典型照片、频谱曲线和电子浓度分布图。     

张衡一号卫星三频信标载荷典型事件观测

“张衡一号（简称ZH-1）”卫星搭载的三频信标机（tri-band beacon,TBB）载荷,能够对站链上空的电离层进行高精度测量. 为检验TBB载荷在电离层监测中的应用效果,本文利用2018—2019我国中低纬地区TBB观测数据,采用求均值及多项式拟合的方法对各月份F₂层峰值电子密度(N_mF₂)数据进行处理,分析N_mF₂的半年变化特征;将2018-08-26磁暴当天与宁静日的电子密度作差值,分析电子密度对磁暴事件的响应特征. 结果表明:TBB观测数据能够有效监测电离层变化,正确反映站链上空电离层变化规律;在磁暴事件中,观测到了电子密度的变化过程,其准确地反映了正暴相的特征,证明在重要天气事件中,这一手段能够获得较为准确的观测数据.     

电离层化学物质释放实验最新研究进展

综述了化学物质释放方式空间物理主动实验的由来、发展和最新研究状况,尤其是美国、俄罗斯最近五年实施的五个计划的10余次实验,分析了代表性空间物理主动实验的释放物种类、实验目的和主要的实验结果,以及其中存在的关键物理和技术问题.有关综述、分析和趋势展望,对我们开展电离层物理研究及后续空间主动实验具有很好的参考价值.     

地基GNSS和天基掩星观测对全球电离层数据同化效果的影响分析

电离层的精确现报预报对装备系统效应减缓及空间科学研究均具有重要的应用价值. 地基GNSS和天基掩星是电离层数据同化最为重要的数据来源之一。通过观测系统仿真试验（observation system simulation experiments,OSSE）对四种不同的观测系统条件下的全球电离层数据同化效果进行了定量分析,数据同化的总电子含量（total electron content, TEC）及三维电子密度参量技术得分(skill score, SKS)的评估结果表明:1)观测构型对数据同化现报和预报精度均具有重要影响。2)仅仅同化地基GNSS数据,其同化的TEC精度相比背景模型会有较明显的改善,TEC现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS分别为0.45、0.39、0.32和0.25;但电子密度的现报和预报结果相比背景模型的改善则相对有限,电子密度现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS仅为0.05、0.04、0.03和0.02;通过融合掩星观测数据,其电子密度的精度会有明显提升。3)在掩星卫星数量较多且观测数据的覆盖性较好的条件下,仅同化掩星TEC观测数据就可以获得准确的TEC和电子密度现报与短期预报结果;大规模掩星星座的观测比仅利用地基GPS观测进行同化,其TEC现报、提前1 h预报、提前2 h预报和提前3 h预报的SKS分别提高了0.2、0.17、0.14和0.12;电子密度SKS分别提高了0.39、0.35、0.28和0.22,电子密度SKS的提升幅度要优于TEC。4) 现有的观测系统布局对中低纬区域的数据同化精度的提升效果要优于高纬区域;5) 随着预报时间的增加,数据同化的精度呈现下降的趋势. 随着未来微小卫星数量的快速增加,天基掩星观测将对电离层状态的精确表征产生不可估量的作用,相关研究可为我国天地基电离层观测系统的设计和构建提供技术参考.     

多传感器信息融合技术应用研究

近年来,情报、监视和侦察领域的多传感器信息融合技术研究飞速发展,应用领域不断扩展,显示出巨大的优越性,发挥了重要作用。战场的数字化对战场侦察监视领域的多传感器信息融合的质量和效率都提出了更高的要求。根据多传感器信息融合技术的研究现状,从运用的角度出发,结合当前建设中存在的一系列问题,对战场侦察监视领域多传感器信息融合技术的主要作用和工作特点进行了比较深入的研究,分析了多传感器信息融合技术在战略预警探测、地面传感侦察、雷达组网监视、图像情报处理和机载多传感器集成等ISR领域的应用特点和前景。     

软件无线电在电离层电波探测中的应用

提出了应用软件无线电发展新的电离层电波探测技术，开发新一代电离层电波探测设备的思想，并针对广泛使用的电离层探测设备数字测高仪，详细讨论了软件化数字测高仪的系统结构、特色和可行性。结果表明：发展新的软件化电离层电波探测设备的理论和技术条件均已成熟，它所具有的开放性和灵活性，能更好的满足二十一世纪电离层空间大气研究的需要。     

空间碎片红外观测的背景模拟与仿真研究

对空间碎片的光学观测是近年来红外研究领域重要的研究主题之一.它在目标的探测、跟踪、识别等领域有着广阔的应用前景.通过对大空间碎片的平衡温度的计算,完成了对其红外辐射照度的建模,最后通过仿真试验,绘制出了基于空间碎片影响的部分天基目标红外观测的星空背景图像;这对完成天基中低轨传感器对空间目标的在轨观测有着极为重要的意义.     

国外军事信息融合理论与应用的研究进展

信息融合是现代军事C4ISR系统的重要组成部分,对C4ISR系统效能的发挥起着决定性的作用.研究了当前国际上信息融合理论与军事应用研究的现状和发展,为国内相关专业研究提供参考.首先从定义、功能模型、体系结构和优缺点等方面阐述了信息融合基本理论;然后从学术研究、系统开发和实际应用等方面详细分析总结了国外C4ISR系统中信息融合研究的历程及现状,并就C4ISR系统信息融合的具体理论研究现状进行探讨,指出当前研究中存在的问题,对其解决方法进行了展望.     

太赫兹技术在空间领域应用的探讨

太赫兹频段介于红外光波与毫米波之间,是电磁波谱中的重要频段。太赫兹技术已在空间领域展示出良好的应用前景。通过空间太赫兹频段观测可以获得丰富的气象信息、大气信息和深空科学信息。基于太赫兹链路的高频段通信有望突破等离子体黑障的限制,实现无中断的测控通信;高速率小型化的太赫兹通信终端是实现卫星网络的理想选择。太赫兹雷达在航天器自身防御及空间弹道目标预警领域将显示出独特的优势与价值。     

Faraday效应对空间目标探测雷达的影响

分析了电离层Faraday旋转效应对空间目标探测雷达的影响。从磁离子理论出发,结合电离层模型和地球磁场模型,使用了一种快速的Faraday旋转角计算模型,并与传统使用的经验计算方法进行了比较,表明该方法普适性强,更适用于中国地区。针对当前国际上典型的空间目标探测雷达工作频段,选取我国海口（低纬地区）和长春（中纬地区）为代表,分别计算了太阳活动极大年和极小年间的Faraday旋转角,给出了仿真结果并进行分析,表明Faraday旋转效应给线极化方式雷达带来明显的回波能量损失。在进行雷达设计时,需要将该效应与雷达系统性能综合考虑,采用合适的天线极化方式。     

电离层涡旋加热波的传播特性理论分析

涡旋波加热是目前电离层加热试验技术研究的一个热点,但主要侧重于试验现象的分析和解释,对涡旋加热波传播特性及空间场分布特性的讨论很少.文章从菲涅耳衍射理论出发,利用厄米-高斯模和拉盖尔-高斯模的相互转换关系,对电离层涡旋加热波在自由空间的传播特性进行了理论分析,推导了其解析表达式.结果表明涡旋电磁波在传播时,可保持自身表达形式的不变性.依据解析表达式,仿真分析了涡旋波空间幅相分布与拉盖尔-高斯模阶数的关系,给出了涡旋场峰值波束指向的求解方法和公式.这些结论为利用涡旋波深入开展电离层加热研究,实现可控的涡旋加热场空间分布提供了一定的理论指导.