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。     

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800~1000 km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0.97 km,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。     

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.     

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．     

空间碎片地基雷达探测综述

微动特征是空间碎片目标特性研究与识别的重要特征量。为提升非相干散射雷达在空间碎片微动特征提取中的应用,设计了一种基于雷达的目标微动特征提取方法,包括距离徙动修正、目标平动速度和加速度余项修正、时频分布计算、逆Radon变换等,并利用曲靖非相干散射雷达实测回波数据进行分析验证。结果表明,利用非相干散射雷达实测回波可有效提取空间碎片自旋或翻滚半径、周期、频率以及姿态角等特征参数,进而初步判断其形状,仿真和实测数据分析结果与预期情况基本相符。本文工作验证了电离层非相干散射雷达用于空间碎片微动特征提取的可行性,为空间碎片监测与目标特性研究识别提供了新技术手段。

     

曲靖上空空间碎片姿态、分布和散射特性的统计分析

空间碎片监测对保障人类空间与航天活动具有重要意义.文中利用曲靖非相干散射雷达探测数据分析了空间碎片统计分布特征,并探讨了空间碎片姿态.主要结果包括:1）空间碎片多集中在800 km和1 000 km高度区域,尺寸主要分布在10~30 cm,径向速度主要集中在1 km/s附近.通过速度的对称性推测空间碎片轨道倾角应关于极轨道对称.2）验证了空间碎片的翻滚姿态特性并推测出空间碎片形状随轨道高度的变化趋势,即在更高的轨度高度上形状更加均匀规则.同时可利用翻滚姿态与其他空间目标如卫星进行识别分类,即如果雷达散射截面积（radar cross section,RCS）较大,且不具备周期性,则为正常的卫星过境.     

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。     

电离层非相干散射雷达探测技术应用展望

非相干散射雷达是目前地面观测电离层最强大的手段.简单介绍了非相干散射雷达探测技术的基本原理和发展现状, 接着结合实测数据详细分析了该技术在电离层探测、空间物体探测、空间等离子体物理研究等方面的应用前景, 紧接着介绍了一些新方法新技术在非相干散射雷达探测中的试验和使用情况.这对提升我国电离层空间环境探测与研究水平, 推动我国首套非相干散射雷达的科学产出和应用具有重要意义.     

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.     

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。     

基于光束空间展宽的水下前向散射成像模型

基于主动照明的水下成像技术一直是人们感兴趣的方向之一.水对光的强烈散射和衰减,尤其是多次散射效应,使水下光束传输过程变得十分复杂.为分析和仿真水下成像过程,提出了一种基于空间展宽的水下前向散射成像模型,其空间展宽采用Wells提出的调制传递函数(MTF),并考虑了介于目标与接收器之间的水体散射光对像面照度的贡献.模型弥补了Wells模型与实测结果的偏差,仿真图像与实测图像具有较好的一致性,表明了模型在水下前向散射成像仿真方面的有效性.     

自由空间中箔条云团极化散射统计特性的研究

针对自由空间环境,研究了箔条云团极化散射的统计特性.根据相干散射模型导出了箔条云团的极化散射矩阵,给出了箔条云团散射矩阵的一二阶矩及其概率密度函数的解析表达式.在此基础上,分析了箔条云团散射截面积的起伏特性,并给出了其统计分布的精确表达式.这些公式原则上适用于包括大气层内抛撒情形箔条云团的极化散射计算问题.     

曲靖非相干散射雷达电离层E-F谷区电子密度日间变化特征初步分析

电离层E-F谷区是电离层探测和研究的薄弱环节之一.文中利用曲靖非相干散射雷达日间120～200 km的电子密度观测数据,初步分析了曲靖地区电离层E-F谷区的变化特征.发现E-F谷区结构依赖于地方时与季节,相对于正午存在对称性,同时表现为两种形态：一种在120～160 km存在明显谷区结构,谷底位于134～144 km;另一种的谷区很宽,谷底位于约130 m,在120～150 km电子密度随高度缓慢变化,160 km以上电子密度快速单调增加.一次耀斑爆发后129 km以下电子密度迅速增加,D层电子密度突然增强,而134 km以上变化不明显,可能与X射线增强有关.一次磁暴期间139～158 km电子密度变化不明显,177～196 km的电子密度出现了增强现象,可能与氧原子含量增加有关.     

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.     

Electromagnetic scattering analysis using a model of dipoleslocated in complex space

Fictitious current-models have been applied extensively in recent years to a variety of time-harmonic electromagnetic wave scattering problems. This paper is introducing an extension of the current-model technique which facilitates the solution to problems subsuming metallic scatterers whose periphery contains a variety of length-scales features. This extension is in tune with the current-model technique philosophy of using simple current sources the fields of which are analytically derivable. It amounts to letting the coordinates of part of the source centers assume complex values. Positioned in complex space, the simple current sources radiate beam-type fields which are more localized and are better approximations of the scattering by the smooth expanses of the structure. The coordinates of the other source centers can retain their conventional real values or have only a relatively small imaginary constituent. These latter current sources are used to approximate the fields in the vicinity of the more rapidly varying regions of the structure. The new approach is applied to analyze electromagnetic scattering by a perfectly conducting oblate spheroid. It is found to render the solution computationally more effective at the expense of only a slight increase in its complexity