临近空间目标运动建模与跟踪方法研究

x-43、x-5l等临近空间高超声速飞行器的相继出现,给雷达目标跟踪提出了新的挑战,临近空间高超声速飞行器具有高速度、高机动的特点,常规跟踪算法跟踪性能低,不能满足作战使用要求。本文通过分析临近空间高超声速飞行器的运动特性,建立临近空间飞行器的运动模型,阐述临近空间目标跟踪的技术难点,提出了交互多模型的临近空间飞行器跟踪的方法,并对该算法进行了仿真验证,与传统的跟踪算法比较,该算法的跟踪精度有明显提高。     

临近空间高超声速目标跟踪技术及展望

临近空间高超声速目标对空间防御系统和跟踪技术提出了挑战。文中简要介绍了临近空间高超声速目标的特点;从跟踪算法和目标探测技术两个方面概述了当前临近空间高超声速目标跟踪技术的研究现状;从滤波算法、目标运动模型、目标探测系统和信号处理方法等方面分析了临近空间高超声速目标跟踪技术的发展趋势,提出了一些思考及可行性建议。     

红外卫星对通用高超滑翔导弹的可探测性分析

随着临近空间高超声速技术的迅猛发展和临近空间高超声速导弹的装备使用,新的军事威胁已成为现实。由于临近空间高超声速导弹飞行弹道低且具有机动飞行的特点,需要对它进行实时探测跟踪才有可能对其飞行弹道进行预测。受地球曲率等因素的影响,地面雷达系统对临近空间高超声速导弹的探测距离有限,且组网探测对雷达数量需求庞大,因此卫星探测是一种较好的手段。对美国当前大力发展的海陆军通用型高超声速滑翔体(Common Hypersonic Glide Body, C-HGB)的红外辐射特性进行了初步分析,并结合高轨红外预警卫星的探测能力,初步分析了预警卫星对处于滑翔飞行阶段的C-HGB的可探测性。结果表明,当前的高轨红外预警卫星难以实现对处于滑翔段的C-HGB的探测,所以需要改进卫星红外探测系统或者组建低轨卫星星座。     

临近空间高超声速导弹红外特性研究

研究临近空间高超声速导弹的红外辐射特性,对于反临近空间武器系统侦察监视临近空间目标具有重要意义。通过对临近空间高超声速导弹X-51A试验飞行过程的研究,深入分析了高超声速导弹的红外辐射特征,并建立其红外辐射模型。以导弹蒙皮、发动机及尾喷焰作为高超声速导弹的主要红外辐射源,以X-51A试验飞行器为参考,计算临近空间高超声速导弹在3~5μm和8~14μm波段在不同方向上的红外辐射强度,并针对计算结果进行了分析。     

地基雷达部署对探测临近空间高超声速目标影响研究

针对不同地基雷达(GBR)部署方式对探测临近空间高超声速目标的性能影响问题,该文建立临近空间高超声速目标模型和GBR探测模型,依据目标雷达截面积(RCS)、探测距离和观测角随时间的变化情况,提出检测概率、跟踪系数和资源冗余率3种雷达探测性能评估指标,仿真分析GBR前沿部署、接力部署和要地部署方式对临近空间高超声速目标探测性能的影响。结果表明,前沿部署和接力部署相结合的探测效果好,前沿部署首次发现目标距离远,能提供的预警时间长,要地部署跟踪时间短,资源冗余率高。研究结果具有一定现实意义和工程实践性,能为临近空间预警系统中GBR部署提供理论依据和技术支撑。     

临近空间高超声速目标预警探测特征及对策北大核心CSCD

针对现有反导预警体系对临近空间高超声速目标预警探测能力不足的问题,基于目标特性详细分析体系内各预警装备对其适用性并提出相应对策。在给出目标运动模型的基础上,通过建立红外探测模型和雷达探测模型,采取与弹道导弹比较的方式详细、定量分析目标飞行高度和横向机动能力对地基雷达的影响及红外辐射可探测性性能,并提出反临预警探测对策。分析结果表明,高超声速目标更低的飞行高度和更强的机动能力导致雷达对其搜索捕获难度更大,但其红外辐射强度大使得对其预警时间更长。仿真数据验证了分析结果的正确性,可为反临预警探测体系建设提供技术支撑。     

空天作战中防空导弹武器系统关键技术简论

针对空天作战中敌方武器具有高超声速、隐身等特点,防空导弹武器系统应突出其反隐身、反导、反临近空间等性能,实现对隐身目标和临近空间目标的良好打击效能,以应对敌方武器多空域突防.     

LFM雷达对临近空间高超声速目标的跟踪研究

针对临近空间高超声速目标跟踪的问题,提出了一种ECEF坐标系下基于径向速度补偿和相邻时刻目标量测对消处理的高超声速目标跟踪算法.首先,充分分析了目标高超声速运动对雷达探测跟踪的影响,并在此基础上合理构建了目标高超声速运动下的量测模型,以避免模型失配所引起的滤波发散问题;其次,利用解模糊处理后的径向速度估计对目标高超声速运动引起的高动态偏差做近似补偿,以将问题转换为低系统偏差下的状态估计问题,最后,通过基于相邻时刻目标量测对消处理的单雷达量测方程构建,可有效回避低系统偏差存在下的航迹关联问题,进而实现临近空间高超声速目标的可靠跟踪.仿真结果表明,与现有的临近空间目标跟踪算法相比,该算法具有较高的定位跟踪精度.     

天基红外系统对滑翔式高超目标探测性能分析

目前试飞成功的临近空间高超目标已经成为潜在威胁,对临近空间高超目标的预警探测成为新的研究方向。美国天基红外系统(SBIRS)是现阶段最完整最先进的天基预警系统。本文分析了助推滑翔式高超目标HTV-2的目标特性,以天基红外系统为研究对象,分析了其对高超目标全程探测性能,包括探测模式、探测覆盖性以及探测能力。     

高超声速目标尾迹对GNSS信号的衰减特性研究

高超声速目标在临近空间飞行时,目标周围及尾迹区域中电离形成的等离子体对卫星信号的传播会造成较大的衰减,这一现象有助于针对高超声速目标的被动式雷达探测。为研究全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System, GNSS）信号在鞘套尾迹中的衰减特性,采用计算流体动力学模拟了高超声速目标在不同飞行条件下的三维绕流流场,并以此建立绕流流场电磁模型。然后通过改进的移位算子时域有限差分方法（Shift Operator Finite?Difference Time?Domain, SO?FDTD）仿真计算GNSS信号在目标流场尾迹中的衰减特性,并绘制了信号通过流场后的透射系数分布图。仿真计算发现,临近空间高超声速目标尾迹对GNSS信号有明显的衰减作用,GNSS信号载波频率、目标飞行的高度和速度对GNSS信号透射系数的大小及分布结构均会带来影响。该研究中的结论为基于GNSS的临近空间高超声速目标无源探测提供了一定依据。     

分布式孔径相参雷达预警探测技术

分布式孔径相参雷达是指空间分置的多部雷达在统一的控制和调度下,实现对目标信号级相参探测,具有探测威力大、测量精度高等优势,可应用于防空反导、预警探测、精密跟踪和空间目标监视等领域。本文针对分布式孔径雷达相参探测在预警领域的应用开展技术研究,首先分别给出了一发多收和多发多收相参合成预警探测工作原理;然后从探测威力和检测概率两方面对相参合成预警探测性能进行了分析,结果表明,相参合成对探测威力和检测概率改善效果明显;在此基础上,构建了低频段一发两收相参合成预警探测试验系统,通过对飞机目标相参探测试验验证了分布式孔径雷达相参合成预警探测的性能优势。      

近空间高速流场环境小目标探测分析与试验

随着空间安全与应用探索的不断深入,近空间飞行器目标探测效能成为研究的核心问题。光学成像探测能够直观反映目标的形态、光谱与运动特性等多维度信息,因此成为空间探测感知的重要手段。在近空间大气密度、气压、对流等条件作用下,导致高速飞行器光学探测设备成像质量与探测性能衰减。采用以成像系统、大气传输系统和目标背景系统为要素的目标探测分析模型,根据气动光学效应理论,建立高速流场气动光学效应评价方程,对深空、近地等典型应用场景进行成像探测分析。设计了高速流场环境下目标探测地面验证试验,仿真测试结果表明,针对空间高速飞行目标,采用900~1 700 nm谱段短波红外探测器配合厚度10 mm以上石英窗口,对尾焰目标辐射具有良好观测效果;通过降低探测设备曝光时间、优化曝光控制策略及选用光学带通滤光片等方式,能够有效抑制背景杂光与气动光学效应影响。     

临近空间高超声速目标预警探测若干研究进展

防御方进行临近空间高超声速目标预警探测基础研究和工程研制需要对该领域形成系统全面的认识。为此详细总结与分析该领域最新研究进展：围绕该类目标的预警探测问题,在简要介绍目标类型及特点的基础上,从目标特性、预警装备体系构建与运用和预警探测关键技术等3个方面对国内外的研究进展情况进行归纳梳理。分析总结结果表明,该领域当前研究存在试验验证少、定性讨论多、体系运用探讨不足等问题,防御方需要据此开展针对性的研究。     

雷达探测临近空间高超声速目标关键技术研究

随着临空高超武器陆续取得技术突破和试验成功,其对探测感知和系统防御带来的挑战也逐渐由概念设想转变为重大现实威胁。本文从临空高超目标轨道特性、运动特性、电磁散射特性对雷达探测带来的技术挑战出发,分析雷达探测临空高超目标需解决的关键技术问题,提出在临空高超目标的高速、大机动、等离子鞘套带来的目标检测、跟踪、鞘套目标识别等问题的技术解决路径。以体系化作战为核心,分析提出反临探测体系需重点解决覆盖性、时效性和协同性等关键问题,探索构建探测-跟踪-打击链闭环的探测体系需求和技术路径。     

临近空间高超声速目标RCS模拟技术研究

针对雷达探测临近空间高超声速目标模拟试验中的雷达散射截面（radar cross section，RCS）逼真模拟问题，提出了一种适用于临近空间高超声速飞行器等离子体鞘套下目标RCS衰减模拟方法.首先利用不同高度、不同速度对应的等离子体频率和电子碰撞频率的相关数据，拟合得出不同速度、不同高度对应的等离子体频率和电子碰撞频率关系表；其次，实时查表得到给定雷达频率情况下不同目标高度与速度对应的等离子体频率和电子碰撞频率，建立目标等离子体包覆模型和电磁波传输模型，计算雷达电磁波的衰减系数和反射系数；最后，通过雷达电磁波的衰减系数和反射系数模拟出目标RCS衰减.通过与有关实测数据比对，证明了方法的合理性.仿真分析可知，利用高频率雷达探测临近空间高超声速飞行器将更容易得到连续的航迹，产生雷达"黑障"的时间更短.     

临近空间对地探测目标与背景红外特性研究

红外辐射特性是红外探测系统进行目标识别的主要依据。基于辐射传输原理,面向临近空间对地探测目标与背景的红外特性进行研究。利用全球大气廓线反映全球大气状况先验知识,设计了一套临近空间对地探测红外特性研究的辐射传输仿真方案。利用MODTRAN模型进行仿真,量化临近空间对地探测目标与背景的红外特性差异,分析传感器最优透过率波段以及红外辐射特性的影响因素。结果表明,大气透过率以及目标与背景的红外辐射差异随着临近空间传感器高度的增加而减小,且与大气状况密切相关;得出了传感器在3~14 μm范围内的最优透过率波段;季节、大气能见度与传感器观测角度对目标与背景的亮温差异造成的影响不可忽略。     

临近空间飞行器军事应用价值分析

随着现代高新技术的快速发展,信息对抗空间不再仅限于陆地、海洋、低空和太空,临近空间的军事化和临近空间对抗逐渐成为各国的研究热点。临近空间飞行器搭载探测、预警,通讯设备及武器平台可以很好地完成定点侦察监视、情报收集、通信保障,攻击空中及地面目标等任务。本文针对临近空间飞行器的军事应用价值展开研究,介绍了现有的飞行器种类及其在军事应用方面独特的优势。分析了临近空间飞行器的应用前景,为我国临近空间飞行器的发展提供了思路,对于我国军事技术变革有着重要意义。     

平流层飞艇载综合脉冲孔径雷达系统研究

常规战术预警系统主要用于对空探测,战略预警系统主要用于对天探测,空、天之间的临近空间探测几乎处于空白状态。为了解决临近空间目标探测问题,提出以平流层飞艇为平台将综合脉冲孔径雷达(SIAR)升空,建设平流层飞艇载综合脉冲孔径雷达系统。分析了综合脉冲孔径雷达升空的优势,进行了初步的系统设计。计算与仿真表明,平流层飞艇载综合脉冲孔径雷达系统不仅可以完成临近空间目标探测任务,而且还具有很好的低空、超低空目标探测能力。     

临近空间目标飞行器地基探测技术研究

临近空间领域的探测对未来战争将发挥无法估量的作用。提出了利用地面光学无源探测设备对临近空间的目标飞行器进行探测的设计方案。文中对临近空间目标的光谱特性做了细致分析,给出了系统应用多谱段进行探测的必要性。给出了探测系统的硬件架构。从光学系统的焦距和对比度两个方面详细分析了系统的设计指标。假设目标的直径为20 m,太阳高角为15°,当光学系统的焦距大于280 mm时,目标与背景之间的对比度为0.33。从理论上证明该系统方案是有效可行的。     

基于多层感知器的外辐射源雷达多帧联合检测

针对复杂杂波背景下“低慢小”目标检测问题,发展了一种基于多层感知器（multi-layer perceptron, MLP）的检测器. 该检测器联合多场距离多普勒（range-Doppler, RD）谱作为观测空间,在每一场RD谱上取沿距离维滑窗的n个（通常取n=3）单元构造观测向量. 为评估该检测器实际性能,开展了无人机探测实验. 无人机这类“低慢小”目标通常出现在RD谱上邻近零多普勒的区域,该区域的杂波会影响目标检测. 实验结果表明,所提MLP检测器既能在高斯杂波环境下很好地逼近最优似然比（likelihood ratio, LR）检测器,同时,在难以得到杂波分布模型解析表达式的情况下,检测性能优于统计模型失配的LR检测器.