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。     

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.     

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.     

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。     

临近空间高超声速滑翔目标地理位置估计

为了提高临近空间高超声速滑翔目标在地心地固(ECEF)坐标系下地理位置的跟踪精度,基于目标的三自由度弹道方程对其轨迹进行分析,提出将轨迹投影到高度,经度,纬度三个坐标方向,在高度方向的轨迹衰减震荡,将加速度描述为零均值的正弦衰减震荡自相关随机过程,构造了一个位置滤波器,在经度和纬度方向的轨迹线性偏移,将角度的变化率描述为零均值的指数自相关随机过程,构造了两个角度子滤波器,将三个滤波器并行运行以实现目标的三维跟踪,仿真表明该算法具有较好的跟踪精度。     

临近空间高超声速目标跟踪制导雷达最优波位编排模型

针对临近空间高超声速目标跟踪制导雷达的小搜 索空域波位编排问题,首先,分析了波位编排样式 和波束展宽效应对波位编排的影响,给出了跟踪制导雷达较为优化的波位编排样式以及波束 展宽效应补偿 方法;其次,在构建静态最优波位编排数学模型的基础上,利用遗传算法具有解决全局最优 问题的优势, 提出了基于遗传算法(GA)的静态最优波位编排模型确定方法;最后,利用预警系统的速度引 导信息完成波位编 排的动态匹配,给出了动态匹配的更新时间。仿真结果表明,本文方法实现了目标高超声速 运动条件下, 跟踪制导雷达对搜索空域的连续高概率覆盖,相应提高了雷达的截获性能,且避免了雷达搜 索资源的浪费。     

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。     

临近空间高超声速飞行器红外特性建模仿真

本文针对临近空间高超声速飞行器的红外特性进行建模仿真与分析.以美国X-51A的飞行器模型为例,综合考虑目标的运动状态、大气环境等的影响作用,使用FLUENT软件和SE-WORKBENCH-EO软件建立目标三维温度场模型和红外特性模型,并分析其红外特性.     

临近空间高超声速跳跃式滑翔目标跟踪模型

针对临近空间高超声速跳跃式滑翔目标跟踪问题,在分析目标运动特性的基础上提出了一种二阶时间相关的新型机动跟踪模型,该模型的核心是将加速度作为具有衰减振荡自相关的零均值随机过程,并据此构建了跟踪临近空间高超声速跳跃式滑翔目标的状态方程;为进一步分析模型的运动适应性,结合卡尔曼滤波算法推导了模型的系统动态误差稳态值,从模型参数取值的角度探讨了模型的适应性问题;为提高模型参数设计的合理性,分析了模型中两个参数的对应关系,并给出了参数设计的大致参考区间.理论分析表明,模型具备周期性与衰减性的统一,在短时间内主要表现为周期性,在长时间内主要表现为指数衰减性,这一特性提高了对临近空间高超声速跳跃式滑翔运动描述的合理性,此外,该模型跟踪临近空间高超声速跳跃式滑翔目标时的参数理论取值具有较低的系统动态误差稳态值.仿真实验表明与已有的临近空间高超声速目标单噪声机动模型相比,该模型具有较高的跟踪精度;并通过比较不同参数下的仿真结果一定程度说明了参数取值方法的合理性.     

基于临空目标RCS预测的相控阵雷达资源自适应分配方法

针对相控阵雷达(PAR)探测临近空间高超声速目标(HGV)时雷达资源消耗过大、量测精度不高的问题,该文提出一种基于临空目标雷达截面积(RCS)预测的雷达资源自适应分配方法。该方法根据滑窗内目标状态与RCS信息,利用贝叶斯后验概率公式预测下一时刻目标RCS,并针对性地调整发射脉冲驻留时长,实现雷达资源的动态调整,使目标回波信号信噪比保持稳定,提高雷达跟踪性能。仿真实验表明,所提算法能较准确估计出目标RCS,进而自适应分配雷达资源,达到在不增加雷达资源消耗前提下提升跟踪精度的目的。     

基于改进时频分析方法的天波雷达机动目标检测算法研究

在天波超视距雷达(OTHR)中,基于时频分析技术的机动目标检测算法具有信噪比要求低和参数估计精度高等优点。但是传统的时频分析方法计算量大,难以满足实际工程应用需要。针对该问题,该文提出一种新的时频分析方法,该方法构造时间-频率变化率的联合域并沿时间轴进行积分实现机动目标的检测和参数估计。由于该算法积分路径的特殊性,可以避免使用Hough变换,进而减小算法计算量,使其满足实际工程需要。仿真结果表明,该算法在低信噪比(SNR)下检测效果好,运算量低,且具有更高的参数估计精度;此外,该算法对不同时刻的频率变化率成分进行了积累,有效抑制了多机动目标引起的交叉项,避免了虚假目标的出现。     

数字地面多媒体广播外辐射源雷达目标探测实验研究

数字地面多媒体广播(DTMB)是我国具有自主知识产权的数字地面电视广播标准,该文介绍了利用武汉大学研制的多通道外辐射源雷达实验平台开展DTMB外辐射源雷达研究的情况。论述了该体制雷达的工作原理、关键技术、探测设备和外场实验,给出了目标探测初步实验结果,从实验上证实了利用DTMB信号实现目标探测的技术可行性。     

基于时频检测与极化匹配的雷达无人机检测方法

针对雷达检测无人机这一难题,该文提出了一种时频检测与极化匹配相结合的双极化雷达无人机检测方法。首先,雷达降低检测门限,各极化通道分别采用常规的时频2维单元平均恒虚警率检测方法,检测出无人机与杂波虚警;接着,各极化通道分别针对多帧检测结果进行积累,进行2次检测,剔除部分杂波虚警;最后,对两个极化通道双门限检测结果进行匹配,进一步剔除杂波虚警。对两型无人机的外场试验数据处理结果表明：该方法能够有效检测出无人机,消除杂波虚警。     

基于单通道SAR图像序列特征值分解的动目标检测方法

该文提出了一种基于单通道图像序列间协方差矩阵分解的动目标检测方法。首先给出基于方位频谱划分获取子图像的处理过程,分析了子孔径划分在图像序列间所产生的误差来源,结合二维自适应方法对幅度和相位上存在的误差同时校正,实现了子图像间的配准,构造出类似于多通道的子图像。在此基础上,结合多通道杂波抑制的思想,详细分析了两子孔径间协方差矩阵特征值分解实现目标与杂波分离的原理,并针对在图像域估计采样协方差引起的精度与目标能量损失之间的矛盾,提出了在距离多普勒域的改进处理。最后,经过仿真实验验证了该方法的有效性。     

基于角闪烁效应的拖曳式诱饵干扰存在性检测

干扰的存在性检测是对抗拖曳式诱饵干扰的前提和基础,也是决定抗干扰效果的重要因素。本文在对拖曳式诱饵干扰原理、过程样式以及性能特点进行系统分析的基础上,详细描述了雷达波束内诱饵存所带来的角闪烁效应。基于已有关于不可分辨目标检测的研究结论,结合拖曳式诱饵干扰对抗的特点,对角闪烁信息进行了特征提取,根据特征利用方式的不同分别给出了典型的拖曳式诱饵干扰场景下复角检测法、推广正交法和GLRT法3种诱饵存在性检测方法的检测判决式。在典型干扰场景以及条件下对检测方法进行了仿真验证。结果表明3种方法在一定程度上都能够正确检测诱饵的存在,其中GLRT方法具有最好的检测性能,是一种满足应用需求背景的有效的诱饵存在性检测方法。      

基于Hankel矩阵分解的天波超视距雷达机动目标检测算法

机动目标检测是天波超视距雷达的研究重点之一。目前已有的算法在高信噪比条件时对单个机动目标的检测效果较好,但在低信噪比时对多个机动目标的检测性能有待提高。该文提出一种基于Hankel矩阵分解的机动目标检测算法,该算法将机动目标信号构造为Hankel矩阵的形式,通过矩阵分解将信号时频估计转化为线性主成分分析的凸优化问题,从而实现匀速与机动目标的分离以及多个目标的同时估计。仿真结果证明了该算法具有估计精度高,信噪比条件低,可以同时多目标检测等优点。     

基于非参数化概率密度估计的雷达目标识别

针对雷达目标识别中,参数化方法估计高分辨距离像的概率密度存在的模型失配问题,提出一种非参数化方法基于累计量的随机学习算法,估计距离像的概率密度。该算法运用多层感知器估计训练样本的分布函数,然后求导得到概率密度。该算法不仅能全面、精确地估计概率密度,而且回避了许多其他非参数方法面临的窗宽敏感性问题。基于外场实测数据的实验证明了该文方法的有效性。     

基于回波幅度特征的拖曳式诱饵存在性检测

诱饵的存在性检测是对抗拖曳式有源雷达诱饵干扰的前提,也是决定抗干扰效果的重要因素。该文基于雷达波束内诱饵存在导致的回波幅度特征变化,通过提取诱饵存在/不存在两种情况下雷达接收信号的幅度特征差异,推导了两种条件下雷达观测幅度的条件概率密度函数,在此基础上提出了基于回波幅度特征的广义最大似然存在性检测方法。结合不同干扰场景仿真验证了该方法的有效性。     

ENVISAT ASAR交替极化模式目标检测性能分析

ENVISAT ASAR具有交替极化模式,可以提供3种双极化组合。该文针对3种双极化组合分别推导了几种目标检测器,包括最优极化检测器、白化滤波检测器、张量检测器、单通道检测器等,并使用ROC曲线对它们分别进行了性能比较。结果表明极化白化滤波检测器的性能最接近于理想的最优极化检测器,极大地提高了检测性能。