近空间目标探测技术的分析与展望
近空间目标探测技术的分析与展望
解放军信息工程大学信息工程学院通信工程系 吴 江
[摘 要]近空间飞行器以其独特的优势成为当前军事通信与侦察研究的热点之一,对近空间目标的探测问题成为新的研究方向。文中介绍了近空间飞行目标的主要类型和目标探测的特殊性,讨论了可以利用的主要探测手段,指出基于电磁波辐射的无源探测是较有发展前景的近空间探测类型,并对其关键问题和重点研究方向进行了总结和展望。[关键词]近空间飞行器 目标探测 定位 无源探测
1.引言
近空间(near space)是指介于普通航空飞机的飞行空间和航天器轨道空间之间的区域,这一空间区域的高度处于目前绝大多数防空导弹杀伤区之外[1]。近空间飞行器具有可长时间执行任务、可保持在目标地域上空等优点,它们提供与卫星相似的功能,但与卫星相比部署快、造价低、机动性强、在对地观测时有距离优势,并且在执行情报搜集和通信中继任务时可实现广域覆盖[2]。在美军“2006年联合远征部队试验”作战演习中,作战气球Com bat SkySat为改善地面通信能力发挥了重要作用,验证了近空间的实战应用价值[3]。近空间飞行器系统成为一项新兴的增进通信、情报、监视、侦察能力的技术手段,它必将会在未来局部战场大显身手,因而近空间及相应的飞行器系统成为最新的军事技术研究热点之一。
新的空间作战领域的开发给目标探测带来了新的课题,即如何对近空间飞行目标进行探测的问题。近空间处于无管制空域,对目前的防空监视系统来说近乎盲区[4],未来越来越多的飞行器在该空域的活动将对其它主权国家的信息安全和国土防卫带来严重威胁。探索对近空间飞行目标的定位、跟踪和识别的技术方法势在必行。
2.近空间目标特征
2.1近空间飞行器的主要类型
目前已知的可用于近空间的飞行器系统的类型有高空气球、无人机、飞艇和一些新型飞行器。
自由漂浮式高空气球应用于气象和科学实验的实践由来已久,但对其军事价值的开发才刚刚开始,Com bat SkySat就是一种携带信号转发装置的高空气球,它完成了近空间应用的概念演示[3]。气球的主要缺点是它对天气过于敏感,用途受到了限制。然而高空气球毕竟是最为廉价的近空间飞行器,如果能解决快速部署、定向漂移、姿态控制等问题,它将是性价比极高的近空间飞行器类型。
典型的高空无人机是美国诺斯罗普?格鲁门公司的RQ-4“全球鹰”(Global H aw k),该机的使用高度为19.8～20千米,处于近空间最底层。它的翼展35.4米超过波音747飞机,长13.5米,最大飞行速度644千米 小时,最大起飞重量11622千克。美军方认为,与气球或飞艇相比,高空长航时无人机是美空军在近期内,利用“近空间”这一尚未全面、系统地开发和利用的空域,执行持久高空监视,情报搜集和通信中继等任务的最好选择[4]。到2010年之前,它在执行高空持久任务方面将成为低轨道侦察卫星可行的替代手段。
高空飞艇是悬浮式飞行,所需动力较小,利于长航时工作。姿态可控性使飞艇容易保持在某一固定地域上空。但目前还需要等待有关技术取得进步后才具备可行性。高空飞艇是一种很有前景的近空间飞行器选择。
2.2近空间目标的探测条件
(1)特殊的工作高度
近空间高度范围为19.8～100千米,包括大部分平流层,全部中间层和部分电离层。这一高度给针对航空目标进行探测的现有系统带来了新的困难。在近空间内除飞行器自身的电磁辐射外,还存在GPS等导航卫星信号、通信卫星信号、短波信号、对空雷达信号等电磁能量。对近空间电磁环境影响最大的是高度为50～1000千米以上的电离层。电离层含盖了近空间较高的大部分空域,它以多种方式影响电波传播,从而影响探测信号。对于陆基和空基探测平台,来自目标的电磁波还会受到对流层折射与散射的影响[5],给目标定位带来一定误差。
(2)大部分飞行器为低速运动目标
除无人机外,与传统的航空器相比近空间飞行器在工作时移动速度比较慢,甚至保持对地静止。这是因为气球、飞艇等利用空气浮力的飞行器难以达到较高飞行速度,而且在局部应用中往往需要保持对某一地域的持续照射。这使得定位跟踪问题可以得到一定程度的简化,但也限制了基于多普勒频率检测的目标探测方法的应用。
(3)空间径度较大
为在空气极其稀薄的高度获得满足实用的有效负荷,近空间飞行器的体积远超过了普通的航空器,这使目标对外部电磁辐射产生反射的机会增大,即其雷达散射截面(RCS)较大,这对目标探测来说是一个有利因素。
3.对近空间目标的探测手段
由于高度和天候因素影响,基于地面和空中光学系统的探测比较困难。近空间目标多采用太阳能供电,与飞机或导弹目标相比,也难以用红外探测系统达到较好效果。利用电磁波探测目标的技术具有作用距离远、受天候影响小、技术相对成熟、系统造价较低等优点。考虑到近空间飞行器的特征,电磁探测将是近空间目标探测的主流技术方向。
在现代雷达中,有源雷达占据了主导地位,近年来推广和应用了各种新技术。然而传统雷达的有源探测体制有其固有的弱点,首先,为了实现对近空间目标的观测,必须大幅度增加信号发射功率,势必需要巨大的能耗;其次,由于主动发射大功率探测信号,对于有侦察能力的近空间飞行器来说无异于自我暴露。现代电子对抗技术的发展要求军用探测系统应尽量采用无源(被动式)技术,以避免为敌方提供稳健的定位信息源,同时达到自身隐藏的目的。这种探测系统由于本身不向空间发射电磁波,故隐蔽性、抗干扰性好,可靠性、性价比高,有不少已形成装备,在防务体系中起到了重要的作用[6]。
近空间飞行器担负的重要任务是通信中继、实时侦察等,在工作过程中一般会向外界发射通信信号或探测信号。由于在近空间高度发射信号的广域覆盖性,探测平台可利用目标辐射的信号对其定位和跟踪。无源探测一般不能获得辐射源的距离信息,定位的实现方法通常可采用单个运动的平台对辐射源的参数进行连续测量,或用多站平台同时测量辐射源的角度或信号到达时间差来完成。当飞行器处于静默期、探测平台处于其通信覆盖区域之外或飞行器本身是无能量辐射的侦察类应用时,可利用近空间存在的其它电磁波作为照射源对其进行定位、跟踪和识别。这类技术所用的外辐射源主要有调频广播和电视信号、空间卫星下行信号和其它主动式雷达照射信号。目前利用外辐射源进行目标探测的研究方兴未艾,其主流技术有多种,如借鉴双基地雷达技术的探测法、无源相干定位法、基于阵列天线的定位法等[7]。考虑到反侦察的需求,近空间飞行器的通信方式将较多采用突发、短时信号,信号的发射也将具有指向性,甚至可能
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应用相对成熟的飞行器隐身技术。这使得针对辐射源目标的探测系统和常规雷达系统难以对近空间形成有效的监视,而利用外辐射源的无源探测系统则将成为更好的选择。
4.关键问题与研究方向
(1)考察现有探测系统对近空间目标的探测性能
在近空间飞行器进入实用阶段之前,绝大多数对空探测系统都没有针对近空间目标的专项设计,这些技术体制和探测系统对近空间目标的探测性能如何有待考察。如果对已有系统进行某些技术改造能使其对近空间的观测满足实战要求,无疑将会节省大量的经费开销。
(2)微弱信号的检测与参数估计技术
在利用目标散射信号探测或对辐射源目标探测时只能收到副瓣辐射功率的情况下,无源探测系统最关键的技术是对微弱信号的检测(探测目标是否存在)与参数估计(确定目标的位置、速度等参数)。由于近空间目标与地面距离远,加上对流层的影响,地基探测系统所能接收到的来自目标的信号功率极其微小。目前已有的微弱信号处理方法在近空间目标探测应用环境下的性能有待考察,并且要利用这些微弱信号的特殊性发展出速度更快、性能更高的信号处理方法。
(3)数据融合技术的应用
近空间电磁环境的特点使系统利用单一强信号进行目标探测的可能性大大降低,基于多站平台综合利用多种携带目标信息的电磁信号将成为技术发展的必然趋势,这就要求充分应用数据融合技术。在多辐射源多接收站的综合配置下,有望通过多源信息融合提高定位和跟踪精度,并进一步实现目标的识别。
(4)电离层、对流层引起的误差及校正
近空间目标距电离层较近,不同频段的电磁波在电离层产生的复杂效应将会给目标定位带来误差。如在利用卫星信号照射进行目标定位时,电离层会引起信号的时延[8]。另外,近空间目标位于对流层以上,对流层是不均匀时变介质,其对超短波和微波有折射和散射问题[5]。这些因素将直接影响目标探测的性能,如何建立近空间适用的误差模型并进行校正是需要深入研究的问题。
5.结论
近空间的开发利用对目标探测技术提出了新的需求。本文基于对近空间目标特征和探测条件的分析,认为基于电磁辐射的无源探测将是适合近空间目标探测的主要技术途径。当然,目前尚存在一些诸如微弱信号检测、信道误差校正等关键技术有待突破。如何在当前先进的无线电探测技术基础上综合利用多方面的信息资源实现对领空及周边近空间区域的有效监测,是探测领域的一项新任务。
参考文献
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4、数据库的访问
(1)ODBC数据源的建立
数据库建好后,接着就是建立该数据库的ODBC数据源名。数据源名,即D SN(D ata Source N am e),是连接ODBC和数据库的桥梁,ODBC通过D SN来找到要访问的数据库。在W in2 dow s的控制面板中提供了一个名为“32位ODBC”的工具对其进行管理。双击这个工具,在出现的窗口内选择“系统D SN”,点“添加”,然后选择“M icro soft A ccess D river(3.m db)”项,点“完成”,进入下一个界面后在数据源名内输入一个英文名字(例: A SP),这个名字是A SP程序中打开数据库所必须的数据源名。然后点“选择”,找到对应的数据库(例:d: 党务管理系统. m db),ODBC数据源就建好了。
(2)创建数据库连接
A SP文件中若要访问数据,必须首先创建与数据库的连接,其语法如下:Set conn=Server.createO bject(“ADOBD. COMM ECT I ON”)
Conn.open“D SN=A SP,U I D=sa,P WD=”
(3)创建数据对象
Set R eco rdSet=Conn.Execute(sqtStr)
该语句创建并打开了对象R eco rdSet,其中Conn是先前创建的连接对象,sqlStr是一个串,代表一条标准的SQL语句。
(4)操作数据库
Execute方法的参数是一个标准的SQL语句串,可利用它方便地执行数据插入、修改、删除等操作,例如:
Sqlstr=“insert into tab1values(1,2)”
Conn.execute(sqlstr)
(5)关闭数据对象和连接
在使用了ADO对象后,通过调用方法clo se关闭,然后再释放它。如:R eco rdSet.clo se
Set R eco rdSet=no th ing
Conn.clo se
set Conn=no th ing
参考文献
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空间信息分析技术_王劲峰
第24卷 第3期 2005年5月地 理 研 究GEO GRA P HICAL RESEA RC H Vol 124,No 13May ,2005 收稿日期:2004210216;修订日期:2005201228 基金项目:国家自然科学基金课题(40471111)、863项目(2002AA13523021)和973项目(2001CB5103)支持。 作者简介:王劲峰(19652),上海市人,研究员,博士生导师。主要从事地球信息科学研究。 Email :wangjf @igsnrr 1ac 1cn 空间信息分析技术 王劲峰,武继磊,孙英君,李连发,孟 斌 (中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101) 摘要:在GIS 技术日趋成熟和空间数据极大丰富的今天,通过分析空间数据探索空间过程机 理正变得日益迫切。空间信息分析技术至少包括以下六个主要方面:(1)空间数据获取和预 处理;(2)属性数据空间化和空间尺度转换;(3)空间信息探索分析;(4)地统计;(5)格 数据分析;(6)复杂信息反演和预报。本文提出了解决具体应用问题一般的空间数据分析计 算、结果解释和反馈程序。认为空间过程的一般共性和作为共同的研究对象,各种不同的方 法技术最终可能导致空间数学(spatial mathematics )的产生,同时发展鲁棒的空间分析软件 包对于普及空间数学是必要的。 关 键 词:GIS ;空间信息;空间过程;空间分析;机理解释 文章编号:100020585(2005)0320464209 1 引言 随着对地观测、社会经济调查、计算机网络和格网信息处理能力的迅速提高,空间数据正在以指数方式急速增加。通用和专用的(时)空间数据结构[1]、应用于具体事物的管理信息系统、以及对这些海量空间数据进行深加工以获得高附加值的信息产品的空间信息分析技术[2]成为空间信息三大领域。 数据分析通常用统计学方法,当今流行软件包SPSS 、MA TL AB 等大大地促进了数据分析深加工及其在各领域的应用(徐建华,2002)。 但是,空间数据通常具有非独立性,这与经典统计学基本假设相驳。因此,专门的空间信息分析理论和技术正在迅速发展[3～5],已在遥感、生态环境、地球科学、社会经济等领域得到诸多成功的应用,展现出广阔的应用潜力。 2 研究动态 统计分析是常规数据分析的主要手段。然而,传统统计学在分析空间数据时存在致命的缺陷,这种缺陷是由空间数据的本质特征和传统的统计学方法的基本假设共同造成的。传统的统计学方法是建立在样本独立与大样本两个基本假设之上的,对于空间数据,这两个基本假设前提通常都得不到满足。空间上分布的对象与事件在空间上的相互依赖性是普遍存在的,这使大部分空间数据样本间不独立,即不满足传统统计分析的样本独立性前提,因而不适于进行经典统计分析[6];另一方面,有些空间数据采样困难,如某些气象台站分布在稀疏的山区,导致样本点太少而不能满足传统统计分析方法大样本的前提;地学
自动控制原理 第八章 线性系统的状态空间分析与综合习题及解答
第八章 线性系统的状态空间分析与综合 习题及解答 8-1 已知电枢控制的直流伺服电机的微分方程组及传递函数 b a a a a a E dt di L i R U ++=+ dt d K E m b b θ= a m m i C M = dt d f dt d J M m m m m m θθ+=2 2 ) ()([)()(2m b m a a m m a m a m a m C K f R s R J f L s J L s C s U s ++++=Θ ⑴设状态变量m m x θ=1，m x θ =2，θ =3x 及输出量m y θ=，试建立其动态方程; ⑵设状态变量m m a x x i x θθ ===321,,及 m y θ=,试建立其动态方程。 解： （1）由题意可知： ??? ????=======123121x y x x x x x m m m m θθθθ ， 由已知 ???????+===++=m m m m m a m m m b b a a a a a f J M i C M K E E i L i R U θθθ 可推导出 ????? ????=++-+-===1 233 3221x y U J L C x J L C K f R x J L R J L f x x x x x a m a m m a m b m a m a a m a m 由上式，可列动态方程如下
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雷达的目标识别技术
雷达的目标识别技术 摘要： 对雷达自动目标识别技术和雷达目标识别过程进行了简要回顾，研究了相控阵雷达系统中多目标跟踪识别的重复检测问题提出了角度相关区算法，分析了实现中的若干问题，通过在相控阵雷达地址系统中进行的地址实验和结果分析表明:采用角度相关区算法对重复检测的回波数据进行处理时将使识别的目标信息更精确从而能更早地形成稳定的航迹达到对目标的准确识别。 一．引言 随着科学技术的发展，雷达目标识别技术越来越引起人们的广泛关注，在国防及未来战争中扮演着重要角色。地面雷达目标识别技术目前主要有-Se方式，分别是一维距离成象技术、极化成象技术和目标振动声音频谱识别技术。 1．一维距离成象技术 一维距离成象技术是将合成孔径雷达中的距离成象技术应用于地面雷达。信号带宽与时间分辨率成反比。例如一尖脉冲信号经过一窄带滤波器后宽度变宽、时间模糊变大。其基本原理如图1所示。 2．极化成象技术 电磁波是由电场和磁场组成的。若电场方向是固定的，例如为水
平方向或垂直方向，则叫做线性极化电磁波。线性极化电磁波的反射与目标的形状密切相关。当目标长尺寸的方向与电场的方向一致时，反射系数增大，反之减小。根据这一特征，向目标发射不同极化方向的线性极化电磁波，分别接收它们反射(散射)的回波。通过计算目标散射矩阵便可以识别目标的形状。该方法对复杂形状的目标识别很困难。 3．目标振动声音频谱识别技术 根据多普勒原理，目标的振动、旋转翼旋转将引起发射电磁波的频率移动。通过解调反射电磁波的频率调制，复现目标振动频谱。根据目标振动频谱进行目标识别。 传统上我国地面雷达主要通过两个方面进行目标识别：回波宽度和波色图。点状目标的回波宽度等于入射波宽度。一定尺寸的目标将展宽回波宽度，其回波宽度变化量正比于目标尺寸。通过目标回波宽度的变化可估计目标的大小。目标往往有不同的强反射点，如飞机的机尾、机头、机翼以及机群内各飞机等，往往会在回波上形成不同形状的子峰，如图2所示。 这类波型图叫作波色图。根据波色图内子峰的形状，可获得一些目标信息。熟练的操作员根据回波宽度变化和波色图内子峰形状，进行目标识别。
空间目标识别中的激光探测技术
第40卷 第7期 激光与红外Vol.40,No.7 2010年7月 LASER & I N FRARE D July,2010 文章编号:100125078(2010)0720685205?综述与评论?空间目标识别中的激光探测技术 黄 涛1,2,胡惠灵3,胡以华1,2,赵楠翔1,2 (1.脉冲功率激光技术国家重点实验室电子工程学院,安徽合肥230037; 2.安徽省电子制约技术重点实验室,安徽合肥230037; 3.合肥工业大学计算机与信息学院,安徽合肥230009) 摘 要:空间目标探测与识别技术是空间资源开发、空间安全等方向应用的前提条件,同其他 方式相比,激光探测具有其突出的优势。当前传统的空间监视网是以微波雷达和光学望远镜 为基础,激光探测与之相比具有系统简单、效费比高、能探测空间目标多种特征参数的优点。 介绍了激光探测空间目标中的空间目标轨道确定、几何形状估计、对装配的光学设备检测和对 空间目标的振动识别等几种目标识别技术。最后分析了激光探测在空间目标识别中存在的问 题和发展的方向。 关键词:激光探测;空间目标;识别;逆合成孔径;猫眼效应;振动识别 中图分类号:T N149 文献标识码:A Laser detecti on i n the i denti fi cati on of space t arget HUANG Tao1,2,HU Hui2ling3,HU Yi2hua1,2,Z HAO Nan2xiang1,2 (1.State Key Laborat ory of Pulsed Power Laser Technol ogy Electr onic Engineering I nstitute,Hefei230037,China; 2.Key Laborat ory of Electr onic Restricti on,Anhui Pr ovince,Hefei230037,China; 3.Hefei University of Technol ogy,School of Computer&I nf or mati on,Anhui Pr ovince,Hefei230009,China) Abstract:Space targets detecti on and identificati on is a key technol ogy in s pace app licati ons such as s pace security, attack2warning,debris detecti on ect.Among vari ous detecti on t ools,laser technol ogy has its s pecial advantages under certain conditi on.Ce mpaved with the conventi onal s pace surveillance net w ork which is composed of radar and op tical telescope,laser system can get mone infor mati on about the t orget mean while boasts mone compact size,higher efficien2 cy.The paper intr oduces how t o use laser t o deter m ine the orbit of the s pace target,how t o esti m ate the target′s shape thr ough the return signal,and how t o measure the vibrati on s pectru m of the target.A ls o intr oduced is the devel opment and future of the s pace target detecti on and identificati on by laser. Key words:laser detecti on;s pace target;identifying;inverse synthetic aperture;Cat′s eye effect;vibrati on identifica2 ti on 1 引 言 空间目标主要指各种卫星、空间碎片、空间站、航天飞机,中远程弹道导弹,以及进入地球外层空间的各种宇宙飞行物,如彗星和小行星。空间目标探测系统的任务是对重要空间目标进行精确探测和跟踪,确定可能对航天系统构成威胁的目标的任务、尺寸、形状和轨道参数等重要目标特性;对目标特性数据进行归类和分发。空间目标探测不仅可以帮助确定潜在敌人的空间能力,还可以预测空间物体的轨道,对可能发生的碰撞和对己方空间系统的攻击告警等,具有重要的军事价值[1]。 当前的空间目标探测的主要手段是以各种超远程雷达和大口径光学望远镜组成的空间的监视网对空间目标进行探测和跟踪。这种探测方式虽然能够 基金项目:国家自然科学基金项目(No.60672154)资助。 作者简介:黄 涛(1983-),男,硕士研究生,主要从事激光遥感信息处理方面的研究工作。E2mail:tao_online@https://www.360docs.net/doc/939784815.html, 收稿日期:2010203217;修订日期:2010204207
空间分析技术：GIS的灵魂
Robert Haining曾经对于空间分析给出如下定义：“空间分析是基于地理对象的空间布局的地理数据分析技术”。简单地说，可以认为所谓空间分析，就是利用计算机对数字地图进行分析。 自从有了地图，人们就自觉或者不自觉地进行着各种类型的空间分析。比如，在地图上测量地理要素之间的距离、面积，以及利用地图进行战术研究和战略决策等。随着现代科学技术，尤其是计算机技术引入地图学和地理学，地理信息系统开始孕育、发展。以数字形式存在于计算机中的地图，向人们展示了更为广阔的应用领域。利用计算机分析地图、获取信息，支持空间决策，成为地理信息系统的重要研究内容，“空间分析”这个词汇也就成为了这一领域的一个专门术语。 空间分析是GIS的核心和灵魂，是GIS区别于一般的信息系统、CAD或者电子地图系统的主要标志之一。空间分析，配合空间数据的属性信息，能提供强大、丰富的空间数据查询功能。因此，空间分析在GIS中的地位不言而喻。 一般来说，空间分析包括以下的内容，这些功能在GIS平台软件（比如ESRI公司的ArcGIS，计算所的VegaGIS，中地公司的MAPGIS等）中都提供： 1.基于空间关系的查询 空间实体间存在着多种空间关系，包括拓扑、顺序、距离、方位等关系。通过空间关系查询和定位空间实体是地理信息系统不同于一般数据库系统的功能之一。如查询满足下列条件的城市：在京九线的东部，距离京九线不超过200公里，城市人口大于100万并且居民人均年收入超过1万。整个查询计算涉及了空间顺序方位关系(京九线东部),空间距离关系（距离京九线不超过200公里），甚至还有属性信息查询(城市人口大于100万并且居民人均年收入超过1万）。 2.空间量算 对于线状地物求长度、曲率、方向，对于面状地物求面积、周长、形状、曲率等；求几何体的质心；空间实体间的距离等。 3. 缓冲区分析 邻近度描述了地理空间中两个地物距离相近的程度，其确定是空间分析的一个重要手段。交通沿线或河流沿线的地物有其独特的重要性，公共设施的服务半径，大型水库建设引起的搬迁，铁路、公路以及航运河道对其所穿过区域经济发展的重要性等，均是一个邻近度问题。缓冲区分析是解决邻近度问题的空间分析工具之一。所谓缓冲区就是地理空间目标的一种影响范围或服务范围。 4.叠加分析 大部分GIS软件是以分层的方式组织地理景观，将地理景观按主题分层提取，同一地区的整个数据层集表达了该地区地理景观的内容。地理信息系统的叠加分析是将有关主题层组成
雷达空间目标识别技术综述
2006年10月第34卷 第5期 现代防御技术 MODERN DEFENCE TECHNOLOGY O ct.2006 V o.l34 N o.5雷达空间目标识别技术综述* 马君国,付 强,肖怀铁,朱 江 (国防科技大学ATR实验室,湖南 长沙 410073) 摘 要:随着人类航天活动的增加,对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。为了实现空间监视任务,对空间目标进行识别是非常必要的。对空间目标的轨道特性与动力学特性进行了介绍,对雷达空间目标识别技术的研究现状和发展趋势进行了详细的综述。 关键词:空间目标识别;低分辨雷达;高分辨雷达成像 中图分类号:TN957 52 文献标识码:A 文章编号:1009 086X(2006) 05 0090 05 Survey of radar space target recognition technology MA Jun guo,F U Q iang,X I AO Huai tie,Z HU Jiang (ATR L ab.,N ationa lU n i versity o f De fense T echno l ogy,Hunan Changsha410073,Ch i na) Abst ract:W ith t h e deve l o pm ent of spacefli g ht acti v ity of hum an,surveillance of space tar get such as sate llite and debris beco m es very i m portan.t In or der to i m p le m ent surveillance task,space target recogni ti o n is ver y necessary.Orb it property and dyna m ics property of space targe t are i n troduced,a deta iled sur vey is set forth about current research state and developi n g trend of radar space target recogn iti o n techno l ogy. K ey w ords:space tar get recogniti o n;lo w reso lution radar;h i g h reso lution radar i m aging 1 引 言 自从前苏联发射了第1颗人造地球卫星以来,卫星在预警、通信、侦察、导航定位、监视和气象等方面具有不可替代的优势。随着人类航天活动的增加,空间碎片日益增多,对于卫星等航天器的安全造成极大的威胁,因此对于卫星和碎片等空间目标进行监视变得非常重要。其中空间目标识别是空间监视任务中不可或缺的基本条件,空间目标识别主要是利用雷达等传感器获取空间目标的回波信号,从中提取目标的位置、速度、结构等特征信息,进而实现对空间目标的类型或属性进行识别。 2 空间目标的轨道特性与动力学特性 (1)轨道特性[1,2] 空间目标在轨道上的运动是无动力惯性飞行,本质上空间目标与自然天体的运动是一致的,故研究空间目标的运动可以用天体力学的方法。空间目标在运动时受到地球引力、月球引力、太阳及其他星体引力、大气阻力和太阳光辐射压力等的作用,轨道存在摄动。但是对轨道的实际分析表明,空间目标受到的主要力是地球引力。假设空间目标只是受到地球引力的作用,同时假设地球是一个质量均匀分布的球体,则空间目标与地球构成二体运动系统,开 *收稿日期:2005-12-15;修回日期:2006-01-23 作者简介:马君国(1970-),男,吉林长春人,博士生,主要从事目标识别与信号处理研究。 通信地址:410073 湖南长沙国防科技大学ATR实验室 电话:(0731)4576401
线性系统状态空间分析报告与运动解
【实验地点】课外(宿舍) 【实验目的】 1、学会利用MATLAB 实现离散系统传递函数模型的生成 2、学会利用MATLAB 将连续系统离散化 【实验设备与软件】 1、MATLAB/Simulink 数值分析软件 2、计算机一台 【实验原理】 1、求矩阵特征值和特征向量命令格式[V J]=eig （A ） Cv=eig(A) 说明：V 特征向量，J 是Jordan 型，cv 是特征值列向量 2、求运动的方法 （1）利用Laplace 逆变换----适合于连续/离散线性系统 采用ilaplace/iztrans 对传递函数求逆，这种方法一般是零输入情况下求响应。 （2）用连续（离散）状态转移矩阵表示系统解析解----适合于线性定常系统 对连续定常系统有： 假设初始时刻为零，LTI 系统的解析解为dt Bu e e x e t x t At At At ??+=0 )()0()(τ。若u （t ）是单 位阶跃输入，则上述解可写成dtBu e e x e t x t At At At ? ?+=0 )()0()(τ。进一步简化为： Bu A Bu A x e t x At 11))0(()(---+= 对离散线性定常系统有： ∑---+ =1 1 )()0()(k i k k i Hu G x G k x
（3）状态方程的数值分析方法----适合于连续线性系统和非线性系统 采用直接数值积分很容易的处理各种定常/时变和线性/非线性系统。有很多数值积分方法，其中有一类预测-修正数值积分方法+自适应步长调整的算法比较有效。在MATLAB/Simulink 中包含的多种有效的、适用于不同类型的ODE 求解算法，典型的是Runge-Ktuta 算法，其通常使用如下的函数格式： [t,x]=ode45(odefun,[ti,tf],x0,options)----采用四阶、五阶Runge-Ktuta 算法 [t,x]=ode23(odefun,[ti,tf],x0,options)----采用二阶、三阶Runge-Ktuta 算法 说明：a.这两个函数是求解非刚性常微分方程的函数。 b.参数options 为积分的误差设置，取值为相对误差‘reltol ’和绝对误差‘abstol ’;[ti,tf]求解的时间围；x0是初值是初值向量；[t,x]是解。 （4）利用CotrolToolBox 的离散化求解函数----适合于TLI 系统 用step （）/impulse()函数求取阶跃输入/冲激输入时系统的状态响应： 当系统G 是连续的情况下： 调用[y,t,x]=step/impulse(G )会自动对连续系统G 选取采样时间围和周期； 调用[y,t,x]=step/impulse(G ，ti:Ts:tf)由用户自己定义对连续系统G 的样时间围和周期； 当系统G 是离散的情况下: 调用[y,t,x]=step/impulse(G )会按离散系统G 给出的采样周期计算； 调用[y,t,x]=step/impulse(G ，ti:Ts:tf)是Ts 必须与离散系统G 的采样时间围和周期一致。 另外lsim()函数调用格式：[y,x,t]=lsim(G,u,ti,TS,tf,x0) 零输入响应调用函数initial （）,格式：[y,x,t]=(G,x0) (5)利用simulink 环境求取响应----适用于所有系统求取响应 使用simulink 求取线性或非线性系统的响应，调用格式如下： [t,x,y]=sim(‘XX.mdl ’,ti:Ts:tf,options,u) 【实验容】 已知线性系统：]) (201)() (2 10)(404040202119201921)(t x t y t u t x t x +-----? 已知线性系统 1、利用Matlab 求零状态下的阶跃响应（包括状态和输出），生成两幅图：第一幅绘制各状态响应曲线并标注；第二幅绘制输出响应曲线。
空间分析复习重点
空间分析的概念空间分析：是基于地理对象的位置和形态特征的空间数据分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。包括空间数据操作、空间数据分析、空间统计分析、空间建模。 空间数据的类型空间点数据、空间线数据、空间面数据、地统计数据 属性数据的类型名义量、次序量、间隔量、比率量 属性：与空间数据库中一个独立对象（记录）关联的数据项。属性已成为描述一个位置任何可记录特征或性质的术语。 空间统计分析陷阱1）空间自相关：“地理学第一定律”—任何事物都是空间相关的，距离近的空间相关性大。空间自相关破坏了经典统计当中的样本独立性假设。避免空间自相关所用的方法称为空间回归模型。2）可变面元问题MAUP：随面积单元定义的不同而变化的问题，就是可变面元问题。其类型分为：①尺度效应：当空间数据经聚合而改变其单元面积的大小、形状和方向时，分析结果也随之变化的现象。②区划效应：给定尺度下不同的单元组合方式导致分析结果产生变化的现象。3）边界效应：边界效应指分析中由于实体向一个或多个边界近似时出现的误差。生态谬误在同一粒度或聚合水平上，由于聚合方式的不同或划区方案的不同导致的分析结果的变化。（给定尺度下不同的单元组合方式） 空间数据的性质空间数据与一般的属性数据相比具有特殊的性质如空间相关性，空间异质性，以及有尺度变化等引起的MAUP效应等。一阶效应：大尺度的趋势，描述某个参数的总体变化性；二阶效应：局部效应，描述空间上邻近位置上的数值相互趋同的倾向。 空间依赖性：空间上距离相近的地理事物的相似性比距离远的事物的相似性大。 空间异质性：也叫空间非稳定性，意味着功能形式和参数在所研究的区域的不同地方是不一样的，但是在区域的局部，其变化是一致的。 ESDA是在一组数据中寻求重要信息的过程，利用EDA技术，分析人员无须借助于先验理论或假设，直接探索隐藏在数据中的关系、模式和趋势等，获得对问题的理解和相关知识。 常见EDA方法：直方图、茎叶图、箱线图、散点图、平行坐标图 主题地图的数据分类问题等间隔分类；分位数分类：自然分割分类。 空间点模式：根据地理实体或者时间的空间位置研究其分布模式的方法。 茎叶图：单变量、小数据集数据分布的图示方法。 优点是容易制作，让阅览者能很快抓住变量分布形状。缺点是无法指定图形组距，对大型资料不适用。 茎叶图制作方法：①选择适当的数字为茎，通常是起首数字，茎之间的间距相等；②每列标出所有可能叶的数字，叶子按数值大小依次排列；③由第一行数据，在对应的茎之列，顺序记录茎后的一位数字为叶，直到最后一行数据，需排列整齐（叶之间的间隔相等）。 箱线图&五数总结 箱线图也称箱须图需要五个数，称为五数总结：①最小值②下四分位数：Q1③中位数④上四分位数：Q3⑤最大值。分位数差：IQR = Q3 - Q1 3密度估计是一个随机变量概率密度函数的非参数方法。 应用不同带宽生成的100个服从正态分布随机数的核密度估计。 空间点模式：一般来说，点模式分析可以用来描述任何类型的事件数据。因为每一事件都可以抽象化为空间上的一个位置点。 空间模式的三种基本分布：1）随机分布：任何一点在任何一个位置发生的概率相同，某点的存在不影响其它点的分布。又称泊松分布
状态空间分析法的特点及其应用
状态空间法分析及其应用的特点 摘要 基于为寻求便于分析系统的性能的相应状态变量以及探究状态空间变量线性变换对系统性能的影响，来阐述状态空间分析法的特点。通过应用状态空间法到绞线一叠层橡胶复合支座隔震结构进行数值模拟分析中来进一步阐述其特点，将结构控制理论中的结构状态空间法应用到该复合支座隔震结构的数值模拟分析中。建立了普通框架、安装叠层橡胶支座和安装绞线一叠层橡胶复合支座框架的结构状态方程，应用MATLAB/SIMULINK工具箱建立结构仿真模型，得出不同条件下框架结构的时程反应曲线。通过对比分析可以看出绞线一叠层橡胶复合支座能很好地改变结构的隔震效果，应用状态空间法进行绞线一叠层橡胶复合支座隔震结构的数值模拟分析简单准确。 关键词：系统、传递函数、线性变换、状态空间变量
一、引言 状态空间分析从实质上说并不是什么新颖的东西，其关键思想起源予19世纪到拉格朗日、哈密顿等人在研究经典力学时提出的广义坐标与变分法。当然，由高斯等人奠定的古典概率、估计理论以及线性代数等也具有同样的重要性。上世纪40年代以来，布利斯、庞德里亚金和别尔曼关于极大值原理，卡尔曼、布西与巴丁等人提出的卡尔曼滤波理论，以及许许多多的学者完成的并不具有里程碑意义的研究成果，积累起来却对算法及分析结果产生了决定性意义的贡献。这些便是状态空间方法发展的历史概况。状态空间分析是对线性代数、微分方程、数值方法、变分法、随机过程以及控制理论等应用数学各学科的综台。对动态系统的性能分析，特别是对扰动的响应、稳定性的特性、估计与误差分析以及对控制律的设计及性能评估，这些便构成状态空间分析的内容。这主要表现在利用向量、矩阵等一整套数学符合，把大量资料加以整理与综合，形成了观念上统一的体系——60年代中期之后出现了现代控制理论。 状态空间分析随着动力学与控制问题维数的增加(其中包括坐标、敏感器、执行机构以及其它装置的数量)而越发显得重要。另一方面亦由于计算机软件的不断完善，特别在可靠性及用户接口方面的改善与进展，使得计算工作比以前任何时候都易于进行，使状态空间分析越发显得有生命力。它具有的特性使得在设计控制系统时，不在只局限于输入量、输出量和误差量，为提高系统性能提供了有力的工具，加之可以利用计算机进行分析设计及实时控制，因而可以应用于非线性系统、时变系统、多输入—多输出系统以及随机过程等。
天基空间目标探测技术探讨
收稿日期:2005-06-01; 收修改稿日期:2005-09-07 天基空间目标探测技术探讨 谭莹 (武汉大学电子信息学院,武汉430079) 摘 要 天基空间目标探测系统可以在太空中近距离地对空间目标进行监视、跟踪和 识别,因而成为当前研究的热点。文章分析了国内外天基空间目标探测技术研究概况,对其发展趋势进行了探讨。 主题词 空间目标 天基监视跟踪系统 探测 1 引 言 目前国际上使用的空间目标的观测设备主要都是地面设备。地面观测设备由于不受体积和质量等限制,可以采用大口径天线来得到很高的空间分辨率,以及以很大的发射功率来获得很远的观测距离,所以仍然是目前空间目标观测的有力武器。但是地面设备也有其局限性,除了受仪器本身发展的限制外,观测过程中还受到大气传播抖动、蒙气差、电离闪烁等因素的影响,而且观测信号在大气中的衰减使其频率只能在较低的频率范围内选择,使得对小尺度的目标以及目标细节的观测受到限制。目前对于中小尺度的空间碎片在地面观测还是盲区,利用天基观测设备则可以有效地解决这些问题。而且对于高轨道上的空间目标的观测,利用天基探测设备更加有效,特别是对于对地观测有重要意义的地球同步轨道。随着微小卫星技术的发展,灵活多样的小卫星也为天基探测在大范围开展提供了支持,降低了天基观测的门槛[1]。 下面介绍国内外天基空间目标探测技术研究概况。 2 天基空间目标监视系统发展现状 为了克服地基系统的各种缺点,美国等航天大国部署了天基空间目标监视系统[2,3] 。该系统包 括一个专用天基传感器。它被称为天基可视传感器(S BV ,Space Based V isible )[4]。S BV 传感器在 1996年由弹道导弹防御组织(BMDO ,Ballistic m issile Defense Office )发射的中程空间实验(MSX,M id 2course Space Ex peri m ent )卫星运送至轨道。MSX 卫星的遥感器波长为016 μm ～26μm ,覆盖紫外到超长波红外谱段,另外还装有CCD 可见光遥感器。该卫星发射于1996年,用于跟踪导弹,完成原定使命后被用来加强“地基空间侦察系统”。 图1是安装在MSX 卫星上的天基可见光传感器,这是第一个天基空间探测传感器,由美国麻省理工学院林肯实验室设计和完成[5～10]。 美国正在研制的天基空间目标监视(S BSS,Space 2Based Space Surveillance )系统是美国为提高对空间目标监视、跟踪和识别能力,增强对空间战场态势的实时感知能力而研制的支持空间型天战武器装备。美国希望S BV 能够坚持到第一颗S BSS 卫星开始在太空中运转。5 2006年第3期 空间电子技术S PAC E ELEC TRON I C TECHNOLO GY
空间分析及GIS学科观察和思考
空间分析（地理分析）是基于地理对象的位置和形态的空间数据的分析技术，其目的在于提取和传输空间信息。自从有了地图，人们就自觉或者不自觉地进行着各种类型的空间分析。空间分析是地理信息系统的主要特征。空间分析能力是地理信息系统区别与一般信息系统的主要方面，也是评价一个地理信息系统成功与否的一个主要指标。 空间分析是GIS的核心和灵魂，是GIS区别于一般的信息系统、CAD或者电子地图系统的主要标志之一。空间分析，配合空间数据的属性信息，能提供强大、丰富的空间数据查询功能。因此，空间分析在GIS中的地位不言而喻。 空间分析源于60年代地理学的计量革命，在开始阶段，主要是应用定量（主要是统计）分析手段用于分析点、线、面的空间分布模式。后来更多的是强调地理空间本身的特征、空间决策过程和复杂空间系统的时空演化过程分析。实际上自有地图以来，人们就始终在自觉或不自觉地进行着各种类型的空间分析。如在地图上量测地理要素之间的距离、方位、面积，乃至利用地图进行战术研究和战略决策等，都是人们利用地图进行空间分析的实例，而后者实质上已属较高层次上的空间分析。 在地学领域中，空间分析一般是指“GIS空间分析”，或“地理空间分析”。任何信息，总含有空间、时间、属性特征。如水文走向含属性和时间特征, 疾病传播含时间、空间和属性特征, 而河道演变则反映了空间形态特征随时间变化性质。
国内外许多学者都对空间分析进行研究(UnWin,1981；李德仁等，1993；Rober t Haining，1994；郭仁忠,1997；王劲峰，2000)，但是对空间分析下定义是比较困难的，目前尚无一个统一的定义，不同的应用领域给出不同的涵义，它们的侧重点各不相同，但是都从不同的方面对空间分析的内涵进行了阐释：或侧重于地理学（地学），或侧重于测绘学（地图学）；或侧重于几何图形分析，或侧重于地学统计与建模。综合这些学者的研究成果。综述之，GIS空间分析是使用几何分析、统计分析、数学建模、地理计算等方法，对地理空间中的目标的空间关系进行描述、分析、建模，并进一步为空间决策支持提供服务的技术。 一、功能划分 空间分析是对分析空间数据相关方法的统称，空间分析是GIS系统的先进性的标志。早期的GIS强调的是简单的空间查询，空间分析功能很弱或根本没有，随着GIS的发展，用户需要更多更复杂的空间分析的功能，这就促进了GIS空间分析技术的发展，也使得多种空间分析技术出现。根据分析的数据性质不同，可以分为：①基于空间图形数据的分析运算；②基于非空间属性的数据运算；③空间和非空间数据的联合运算。 空间分析赖以进行的基础是地理空间数据，运用各种几何逻辑运算、数理统计分析、代数运算等数学手段，最终的目的是解决人们所涉及到的地理空间实际问题。本文将常用的空间分析进行适当归纳，将常用空间分析分为几何分析、地形分析、栅格分析、网络分析、空间统计分析以及综合模型分析等，如表1所示。
状态空间分解法计算公式分析
同批工件间同时到达的耦合关系？ 工件本来是一个个到达，如C-C+1-C+2，但考虑为批次同时到达，C 可以直接到C+2; 基于更新过程的关键更新定理，将小车与B2、B4间的耦合关系用节点间的批量到达速率、批量离开速率变化替代？B2的输出与B4的输入之间相互依赖 节点二： 两次小车装载之间通常会有多个工件到达B2，在小车两次到达的间隔中B2内的工件数量曲线是单调非减的。因此，实际上小车回到B2时B2拥有的工件数量的期望（锯齿的上尖点）远远比稳态后（稳态后不变，中间水平线）计算的期望要大 节点四： 实际上小车来到B4时B4拥有的工件数量的期望远远比稳态后计算的期望要小，当小车容量C 越大、小车速度越慢（保持当量运载能力不变）的时候这个偏差越明显，这样将提高小车由于阻塞停留在B4处的计算概率（实际堵塞概率比计算值要小），降低前环节的处理能力。 平均在制品数量： ()()()() ()121112223331122334444444441112123 ,,,01 01 11 11C 4,,201 1 WIP=; N N C S w b S w b S w b b w b w b w N i S w b S w b w w P w P w P w P w P N +======+===?+?+?+?+?∑∑∑∑∑∑∑ ∑∑ 第4项改为乘以W4;第五项(节点四在制品数期望)就是小车阻塞的概率乘以节点4的个数 （N4+1） 状态之间的转换速率：存在概率路径，则用概率路径乘以速率，不存在概率路径，则直接用速率。实际上概率路径之和一定=1 1 i b =-0 i b =1 i b =2 i b = B2 B4 节点3：2C+2个状态对应2C+2个方程 右边第一项：上标为W3，漏了V ，第二项是只可能是从小车上只有一个变为空车返回状态
目标识别技术
目标识别技术 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高
近空间目标探测技术的分析与展望
近空间目标探测技术的分析与展望 解放军信息工程大学信息工程学院通信工程系 吴 江 [摘 要]近空间飞行器以其独特的优势成为当前军事通信与侦察研究的热点之一,对近空间目标的探测问题成为新的研究方向。文中介绍了近空间飞行目标的主要类型和目标探测的特殊性,讨论了可以利用的主要探测手段,指出基于电磁波辐射的无源探测是较有发展前景的近空间探测类型,并对其关键问题和重点研究方向进行了总结和展望。[关键词]近空间飞行器 目标探测 定位 无源探测 1.引言 近空间(near space)是指介于普通航空飞机的飞行空间和航天器轨道空间之间的区域,这一空间区域的高度处于目前绝大多数防空导弹杀伤区之外[1]。近空间飞行器具有可长时间执行任务、可保持在目标地域上空等优点,它们提供与卫星相似的功能,但与卫星相比部署快、造价低、机动性强、在对地观测时有距离优势,并且在执行情报搜集和通信中继任务时可实现广域覆盖[2]。在美军“2006年联合远征部队试验”作战演习中,作战气球Com bat SkySat为改善地面通信能力发挥了重要作用,验证了近空间的实战应用价值[3]。近空间飞行器系统成为一项新兴的增进通信、情报、监视、侦察能力的技术手段,它必将会在未来局部战场大显身手,因而近空间及相应的飞行器系统成为最新的军事技术研究热点之一。 新的空间作战领域的开发给目标探测带来了新的课题,即如何对近空间飞行目标进行探测的问题。近空间处于无管制空域,对目前的防空监视系统来说近乎盲区[4],未来越来越多的飞行器在该空域的活动将对其它主权国家的信息安全和国土防卫带来严重威胁。探索对近空间飞行目标的定位、跟踪和识别的技术方法势在必行。 2.近空间目标特征 2.1近空间飞行器的主要类型 目前已知的可用于近空间的飞行器系统的类型有高空气球、无人机、飞艇和一些新型飞行器。 自由漂浮式高空气球应用于气象和科学实验的实践由来已久,但对其军事价值的开发才刚刚开始,Com bat SkySat就是一种携带信号转发装置的高空气球,它完成了近空间应用的概念演示[3]。气球的主要缺点是它对天气过于敏感,用途受到了限制。然而高空气球毕竟是最为廉价的近空间飞行器,如果能解决快速部署、定向漂移、姿态控制等问题,它将是性价比极高的近空间飞行器类型。 典型的高空无人机是美国诺斯罗普?格鲁门公司的RQ-4“全球鹰”(Global H aw k),该机的使用高度为19.8～20千米,处于近空间最底层。它的翼展35.4米超过波音747飞机,长13.5米,最大飞行速度644千米 小时,最大起飞重量11622千克。美军方认为,与气球或飞艇相比,高空长航时无人机是美空军在近期内,利用“近空间”这一尚未全面、系统地开发和利用的空域,执行持久高空监视,情报搜集和通信中继等任务的最好选择[4]。到2010年之前,它在执行高空持久任务方面将成为低轨道侦察卫星可行的替代手段。 高空飞艇是悬浮式飞行,所需动力较小,利于长航时工作。姿态可控性使飞艇容易保持在某一固定地域上空。但目前还需要等待有关技术取得进步后才具备可行性。高空飞艇是一种很有前景的近空间飞行器选择。 2.2近空间目标的探测条件 (1)特殊的工作高度 近空间高度范围为19.8～100千米,包括大部分平流层,全部中间层和部分电离层。这一高度给针对航空目标进行探测的现有系统带来了新的困难。在近空间内除飞行器自身的电磁辐射外,还存在GPS等导航卫星信号、通信卫星信号、短波信号、对空雷达信号等电磁能量。对近空间电磁环境影响最大的是高度为50～1000千米以上的电离层。电离层含盖了近空间较高的大部分空域,它以多种方式影响电波传播,从而影响探测信号。对于陆基和空基探测平台,来自目标的电磁波还会受到对流层折射与散射的影响[5],给目标定位带来一定误差。 (2)大部分飞行器为低速运动目标 除无人机外,与传统的航空器相比近空间飞行器在工作时移动速度比较慢,甚至保持对地静止。这是因为气球、飞艇等利用空气浮力的飞行器难以达到较高飞行速度,而且在局部应用中往往需要保持对某一地域的持续照射。这使得定位跟踪问题可以得到一定程度的简化,但也限制了基于多普勒频率检测的目标探测方法的应用。 (3)空间径度较大 为在空气极其稀薄的高度获得满足实用的有效负荷,近空间飞行器的体积远超过了普通的航空器,这使目标对外部电磁辐射产生反射的机会增大,即其雷达散射截面(RCS)较大,这对目标探测来说是一个有利因素。 3.对近空间目标的探测手段 由于高度和天候因素影响,基于地面和空中光学系统的探测比较困难。近空间目标多采用太阳能供电,与飞机或导弹目标相比,也难以用红外探测系统达到较好效果。利用电磁波探测目标的技术具有作用距离远、受天候影响小、技术相对成熟、系统造价较低等优点。考虑到近空间飞行器的特征,电磁探测将是近空间目标探测的主流技术方向。 在现代雷达中,有源雷达占据了主导地位,近年来推广和应用了各种新技术。然而传统雷达的有源探测体制有其固有的弱点,首先,为了实现对近空间目标的观测,必须大幅度增加信号发射功率,势必需要巨大的能耗;其次,由于主动发射大功率探测信号,对于有侦察能力的近空间飞行器来说无异于自我暴露。现代电子对抗技术的发展要求军用探测系统应尽量采用无源(被动式)技术,以避免为敌方提供稳健的定位信息源,同时达到自身隐藏的目的。这种探测系统由于本身不向空间发射电磁波,故隐蔽性、抗干扰性好,可靠性、性价比高,有不少已形成装备,在防务体系中起到了重要的作用[6]。 近空间飞行器担负的重要任务是通信中继、实时侦察等,在工作过程中一般会向外界发射通信信号或探测信号。由于在近空间高度发射信号的广域覆盖性,探测平台可利用目标辐射的信号对其定位和跟踪。无源探测一般不能获得辐射源的距离信息,定位的实现方法通常可采用单个运动的平台对辐射源的参数进行连续测量,或用多站平台同时测量辐射源的角度或信号到达时间差来完成。当飞行器处于静默期、探测平台处于其通信覆盖区域之外或飞行器本身是无能量辐射的侦察类应用时,可利用近空间存在的其它电磁波作为照射源对其进行定位、跟踪和识别。这类技术所用的外辐射源主要有调频广播和电视信号、空间卫星下行信号和其它主动式雷达照射信号。目前利用外辐射源进行目标探测的研究方兴未艾,其主流技术有多种,如借鉴双基地雷达技术的探测法、无源相干定位法、基于阵列天线的定位法等[7]。考虑到反侦察的需求,近空间飞行器的通信方式将较多采用突发、短时信号,信号的发射也将具有指向性,甚至可能 — 6 1 —