空间目标探测雷达技术发展及启示
空间目标探测雷达技术发展及启示
空间目标探测是利用各种天、地基探测设备(卫星、光电、雷达等)对所有人造天体向空间进入、在空间运行及离开空间的过程进行探测、关联、特性测定和测轨，并结合情报资料，综合处理分析出目标轨道、功能、威胁等信息，掌握空间态势，向各类航大活动等提供空间目标信息。主要探测特点是非合作性、完备性及长期性等。目前，仅有美国和俄罗斯具备对空间目标编目数据进行定期更新能力。欧洲正在讨论未来空间目标探测系统多项计划，最终将建成‘空间态势感知系统“。
应用雷达成像结果分析卫星失效原因
雷达以其固有特点，在空间目标探测技术发展中起着重要作用，它实时性强、探测信息丰富，可以全天候、全天时对空间目标进行探测、识别和编目。在美国空间监视网中大量使用了地基探测雷达，像位于夸贾林的ALTAIR、ALCOR、MMW和TRADEX以及林肯实验室空间目标探测站的Haystack、HAX和Millstone(MHR)等雷达。欧洲也建设了GRA VES系统和TIRA雷达并充分利用法国Monge测量船Armor雷达以及英国用于大气层和电离层研究的Chilbolton 雷达开展空间目标探测活动。
美国空间目标探测雷达技术发展
进入20世纪90年代，关国先后对夸贾林的ALTAIR、ALCOR、MMW和TRADEX以及林肯实验室空间目标探测站的Haystack、HAX和MilIstone(MHR）雷达进行了技术升级改造，使其现代化。目前正在对Haystack雷达进行更人的技术升级改造，完成后称为HUSIR(Haystack Ultra-wideband Satellite Imaging Radar)，即Haystack超宽带卫星成像雷达。Haystack超宽带卫星成像雷达
这些雷达技术升级主要措施为：> ALTAIR雷达建立了一套用于区分、辨别和跟踪中高轨目标的高分辨波形；
>TRADEX雷达改进实时积累算法、增加了凝视方式(Stare Mode)和凝视追踪方式(Stare-and—Chase)、使用更大功率速调管；> ALCOR雷达更新信号处理器支持相参积累和实时成像、使用扩展交互作用速调管(EIK)替换原行波速调管、采用GaAs FET低噪声放人器改进灵敏度；> 毫米波雷达(MMW)35GHz采刚波束波导天线馈源替代了波导馈线、增加了第二部发射机，95GHz系统采用先进的低温致冷固态技术与准光学馈源单元组合，有效提高系统灵敏度；>HUSIR 雷达增加了W频段，雷达同时工作在X频段（10GHz频率，1GHz带宽)和W频段(96GHz频率，8GHz带宽)，成像分辨率小于3cm。主要更新升级包括天线、伺服控制、发射机、信号处理等。
欧洲空间目标探测雷达技术发展
欧洲现有一些雷达和光学设施虽然能跟踪空间目标并拍摄其图像，但还未形成空间目标探测体系工作能力，严重依赖于美国资料。为了建立独立的空间目标监视系统，欧空局成立了空间目标探测特别工作组，规划未来欧洲空间目标探测系统(ESSS)。在此系统中，典型的探测雷达包括法国GRA VES 系统和德国TIRA雷达。
法国GRAVES系统是目前欧洲唯一不配属美国空间目标探测网的雷达，可以完成典型空间目标探测任务。GRA VES归法国国防部所有，由法国空军操作。该系统可自主汇集和维持编目表。探测低轨极限目标尺寸一般为1m以上，目标总数2200个左右。2005年投入止常运行。
GRA VES系统使用VHF发射机，四个各15mX 6m的平板形相控阵天线，都位于Dijon附近。这些倾斜天线排列成面向南方的半圆，展开一个高度直剑1000km的锥形探测扇面。穿过该探测范围的目标反射同来部分发射功率，利用偶极子平面相控阵大线接收。偶极子平面阵排成一个60m直径的圆面，布在发射机南面380km的机场内。GRA VES系统利用方向角、多普勒和多普勒变化率确定大量目标的轨道根数集。德国TIRA雷达属于Wachtberg的应用科学研究院。按其跟踪模式，TIRA系统利用各目标的方向角、距离和多普勒米确定其轨道。可探测1000km距离上小至2cm左右的目标。进行统计观测，灵敏度可提高到1cm左右。这时以舣站波求
交会(beam-park)方式运行TIRA和近旁Effelsberg100m射电望远镜，TIRA刚作发射机，Effelsberg用作接收机。TIRA
是一台单脉冲跟踪和成像雷达，抛物面大线直径34m，置于49m直径天线罩内。该雷达跟踪目标利用L波段(1.333GHz)，峰值功率1MW；以逆综合孔径雷达对目标成像，工作于Ku 波段(16．7GHz)，峰值功率13kw。TIRA的距离一多普勒逆综合孔径Ku波段成像产生距离分辨率高于7cm的图像。德国TIRA雷达对航天飞机成像欧美空间目标探测雷达技术发展特点
综观欧美空间目标探测雷达廊用及技术升级发展历程，可以看出其有以下几方面的技术特点：> 空间目标探测雷达是伴随着弹道导弹、军用卫星及空间攻防武器等系统的发展，得到逐步建立、完善和发展；> 空间目标探测雷达全球部署，作为主要测量、探测设备，全面支撑了弹道导弹鉴定定性飞行试验、反导反卫试验、航大测控及空间目标监视等；> 依据军事需求和相关技术的进步，对己部署的雷达系统不断地进行改进和更新；> 注重新技术研究，力求获取目标的多样信息，在获取目标轨道信息的同时，还注重获取目标的电磁散射特性；> 空间目标探测雷达涵盖了微波全频段，有力支持了目标识别技术发展；> 采用多种体制雷达(如相控阵、电子篱笆等)增强空间目标探测网搜索捕获目标能力；> 空间目标探测雷达实现了空间碎片等微小目标，
同步轨道卫星等超远距离目标超宽带成像观测。
空间目标探测雷达技术发展启示
为了适应未来获取空间目标信息优势的需要，欧美正大力扩展其雷达空间目标探测能力。未来，欧美空间目标探测网将继续改进地基监视系统，着力开发雷达和光电、红外探测技术，并大力开展空间目标探测的数据处理、算法和数据融合等技术研究。纵观美国空间目标探测雷达技术升级发展历程，每次技术升级都紧紧围绕进一步提高雷达探测能力和提升雷达使刚性能而开展。随着现代微小卫星发展和应用，空间目标尺寸越来越小，对雷达空间目标探测能力和成像观测图像分辨率的要求越米越高。今后一个时期，空间目标探测雷达必将围绕超远距离探测和高清晰成像测量两大技术主题快速发展。
超远距离(中高轨空间目标)雷达探测技术
随着科学技术的发展，轨道空间正在成为越米越被关注和大力发展的热点，世界各军事强国也纷纷将各自的军事力量越来越多的向空间延伸。除了通常以民用名义发射的大量通讯、气象等卫星(实际上这些卫星同样具有军事用途)以外，还有用于导航的GPS卫星、用于情报获取的侦察卫星、监视预警卫星，甚至还在发展具备直接进攻能力的空间武器等等。为了及时掌握这些具有战略意义的空间目标信息，欧美空间目标探测网已将发展中高轨道空间目标的超远距离雷
达探测技术作为重要领域。
01大功率发射机技术
发展超远距离雷达系统的主要制约因素是高功率微波源。美国CPI研制的Ku波段耦合腔行波管，峰值功率达到60kW，占空比30％，增益40dB，带宽2GHz；Ka波段耦合腔行波管，峰值功率达到50kW，占空比10％，增益40dB，效率16％，带宽2GHz，已经实现商品化，分别用于MIT林肯实验室的Ku波段远程成像雷达和夸贾林靶场远程雷达。在俄罗斯，Ka波段同旋速调管，峰值功率可达到250kW，带宽0.5GHz，平均功率1.2kW，效率35％，增益40dB，已应用于远程毫米波相控阵雷达‘'Ruza'。我国目前Ku波段和Ka 波段耦合腔行波管远远不能满足超远距离雷达需求。
根据我国实际情况，若选择Ku波段作为同旋行波管的技术突破口，是一条既可行，又有很大发展潜力的技术线路。同旋行波管具有高功率、宽频带的特点，其功率容量可达剑100kW以上，带宽可达5％～20％，甚至更高，目前国内研制基础条件基本成熟，其主要关键技术的研究方法、理论和毫米波段同旋行波管放人器基本相同，可以相互借鉴。同时，在Ku波段同旋行波管放人器取得的新成果，义可推进毫米波同旋行波管放大器研究，进而可以发展毫米波段超远距离探测雷达。
02大功率合成技术
大功率合成技术是满足超远距离雷达探测所需功率的有效
技术途径，美国Haystack雷达使用了四台发射机并列工作，单台输出峰值功率100kW，平均功率40kW。在HUSIR雷达中，开发了一个新颖的发射机体系，频率上采用多个放大管多路复用达到需要的带宽，幅度上采用多管合成达到要求的功率。一个多路组合16个回旋放大器阵列，功率合成和频率多路复用类似于使用准光学四端混合和低通滤波器，合成后达到对同步轨道卫星成像要求的发射机功率160kW(峰值)，工作比为40％，带宽8GHz。
我国目前已实现了两路大功率发射机合成，为满足超远距离探测雷达的需求，还必须在功率合成、频率复用技术方面取得更人突破。
03大口径天线及馈电技术
为满足空间目标探测雷达的需求，获得接收远距离微弱信号能力，多采用大口径天线以获得高增益。甚至采用了阵列天线并发展了相控阵天线技术。卡塞格伦双反射面天线具有高增益、低旁瓣、技术成熟等优点，一直在远距离探测雷达领域得到广泛应用。
馈源是影响天线效率的重要部件，通常有两种体制：多喇叭体制和多模体制。近年来，多模馈源以和差效率高，频带宽等技术特点，成功应用于我国脉冲雷达，取得较好效果。
雷达发射机功率必须通过一定路径传输至馈源经天线向空
间辐射。通常采用波导传输法，对于高频段也可采用波束波导法。波导传输法是微波功率传输的经典方法，它将馈源安装在双反射面焦点，通过收发开关、功率控制器传输至俯仰关节、方位关节，再通过功率合成网络与多部发射机相连接。由此可以看出，多部发射机功率合成及高功率传输将受到限制，特别是在高功率、宽频带条件下，功率合成网络、旋转关节等存在较大的打火隐患。使其在大功率探测雷达中应用受到极大的限制。波束波导传输方法是将馈源及发射机系统放置在地面，通过多个反射镜按照准光学系统把功率传输到反射面。这种方法优点是：传输功率容量大、便于多频段共用、不受体积庞人的大功率馈源结构限制、没有射频旋转关节，不存在高功率条件下电气打火隐患等。04低温LNA技术
1988年12月，美国海军实验室(NRL)发起了一个高温超导空间实验(HTSSE)计划。HTSSE的一个目标是促进高温超导材料应刚于卫星电子装置的研制，从而大大提升了星载电子装置性能并且有效地减小了体积。20世纪90年代中期，地面设备开展了高温超导技术的应用研究，开发研制了高温超导宽带脉冲压缩接收机包括低噪声放大器、混频器、滤波器、延时器等装置，对Haystack雷达接收机进行了更新，显并地提高了灵敏度和动态范围。
我国高温超导技术应用方面开展了大量研究，清华大学研制
了一种适用于高温超导微波接收系统的低温低噪声放人器，在60K工作温度下，具有很好的噪声特性，放大器的各项指标与设计值吻合，工作频段为800MHz～850MHz，增益大于18dB，输入输出驻波比小于1.2，噪声系数小于0．22dB。紫金山大文台在毫米波和亚毫米波段应用了超导SIS(超导．绝缘层．超导)接收技术，显著提高了毫米波、弧毫米波射电大文望远镜的灵敏度和工作作频率，成为毫米波、亚毫米波天文学进展的显著特点。目前在雷达探测领域，这些技术尚未进行开发应用。
空间目标高分辨率成像探测技术
欧美空间目标探测雷达大量采用了高分辨率成像技术，已实现对空间微小目标的精细观测，结合我国空间目标探测雷达技术基础，开展空间目标雷达高分辨率成像新技术研究。支持对空间目标高分辨率成像探测识别。
01多站观测融合技术
美国往20世纪90年代发展了利用两台不同频段的成像雷达观测同一目标，对两台雷达信号进行融合处理，得到一个超宽带信号，大大提高成像分辨率。例如双子眼睛蛇(Cobra Gemini)S和X频段宽带雷达，前者300MHz带宽，后者1GHz 带宽，通过综合处理，获得3～10GHz的超宽带信号，其成像清晰度显并提高。多站观测融合技术重点为：带宽外推技术、子频带内插和外推连接技术等。02频带复用(Multiplexer)
技术
雷达高分辨率成像观测需要发射宽带大功率信号，现有单一射频放人器不能同时满足功率和带宽要求。美国HUSIR雷达采用16个高功放在频率和功率上合成满足功率和带宽的要求。其中4个高功放同频工作，实现功率合成。频带合成采用一个新颖的4路复用器(Multiplexer)对每路高功放中心频率均匀分开(间隔0.53GHz)，每个中心频率工作带宽为1.6GHz，混合输出达到8GHz带宽。我国宽带大功率发射管技术远落后于国际先进水平，极大限制了成像雷达的发展，开展多路频率复用技术研究，突破宽带大功率发射的技术瓶颈，将会有力促进我国新型宽带成像雷达的发展与应用。03压缩感知理论
压缩感知理论是国际上近几年提出的以低于Nyquist采样率实现宽带信号的稀疏表示和重建的一种新方法。其基本思想是：通常意义下的高维信号(宽带信号)总能在某个特征域上表示为稀疏的(非零系数远小于信号长度或者系数具有快速衰减性)，因此通过一个称为“测量矩阵”与稀疏特征域上的新型“压缩采样”(低于Nyquist采样率)，达到对高维信号(宽带信号)的维数约减(大大小于信号长度)，而维数约减(低于Nyquist采样率)信号又可以通过线形规划方法高效率重建原始高维信号(宽带信号)，从而达到对高维信号(宽带信号)的压缩感知，简化了雷达接收机的硬件设计和存储资源。目前国
际上已经初步将压缩感知技术应用于实孔径雷达和合成孔
径雷达的研究，提出了可压缩雷达(compressed radar)新概念。基于压缩感知的理论和方法，探索和研究宽带雷达(特别是逆合成孔径雷达ISAR)的数据采集、信息还原和成像的新方法和新技术，从而提出能在较低采样速率、较小数据率的条件下实现宽带雷达的高分辨成像处理的理论、方法，为我国新型宽带雷达系统的研制和改进提供关键技术支撑，应重点开展以下几方面研究：> 宽带信号稀疏特征域设计与稀疏度分析与建模技术；> 宽带信号稀疏特征域及测量矩阵构造与相干性分析技术；> 压缩采样信号恢复为原信号最优化重建理论与智能算法；> 压缩采样的软硬件体系结构；> 压缩感知成像处理理论和方法等。
结束语决定雷达技术发展的因素，一是工程任务需求的牵引，二是基础技术进步的支持。我国在雷达探测技术领域，近几年得到快速发展并在航天测控、空间目标探测等领域发挥了重要作用。
通过对欧美空间目标探测雷达技术发展状况分析，全频段、高威力和精细分辨是重要技术发展方向。超远距离、高分辨率成像雷达探测技术是当今世界雷达高新科技中极具挑战
性的领域之一，是众多高新技术的高度综合。开展超远距离、高分辨率成像雷达探测技术研究将有力地促进我国空间目
标监视技术发展，提升整体水平；同时，带动其它高新技术
的发展，对促进我国经济社会发展具有十分重要的意义。
雷达运动目标检测大作业
非均匀空时自适应处理 摘要 本文首先依次介绍了在非均匀环境下的STAP处理法，包括降维、降秩以及LSMI方法，接着重点分析了直接数据域（DDD）方法的原理及实现过程，最后针对直接数据域方法进行了仿真实验。 引言 机载雷达对运动目标检测时, 面临的主要问题是如何抑制强大的地面杂波和各种类型的干扰，空时自适应处理（STAP）是解决该问题的关键技术。STAP 技术通过对杂波或干扰训练样本分布特性的实时学习来来形成空域—时域二维自适应权值，实现对机载雷达杂波和干扰的有效抑制。 STAP技术在形成自适应权值时，需要计算杂波协方差矩阵R。实际系统的协方差矩阵是估计得到的，即先在待检测距离单元的临近单元测得K个二维数 据矢量样本V i（i=1，2…K），再计算R的估计值?=Σ i=1K V i V i H∕K，然后可得自 适应权值W=μR^-1S，其中μ为常数，S为空时导向矢量。临近训练样本的选择必须满足独立同分布（IID）条件。同时，为了使由杂波协方差矩阵估计引起的性能损失控制在3dB内，要求均匀训练样本数K至少要2倍于其系统自由度（DOF）。如果所选样本非均匀，则形成的权值无法有效对消待检测单元中所含有的杂波和干扰，从而大大降低对运动目标的检测性能。 在实际应用中, 机载雷达面临的杂波环境往往是非均匀的, 这对经典的S T A P 技术带来了极大的挑战。针对这一难题, 许多新的适用于非均匀杂波环境的S T A P 方法不断被提出。 1、解决非均匀样本的方法 1.1、降维方法 降维方法的最初目的是为了减少空时自适应处理时所需的巨大运算量, 但后来发现该类方法同时大大减少了对均匀训练样本数的需求, 对非均匀情况下杂波抑制起到了积极的作用。降维方法将每次自适应处理所需要抑制的杂波范围限制在某一个较小杂波子空间内, 根据RMB准则和Brennan定理, 自适应处理时所需要的均匀训练样本数由2 倍于整体系统自由度减至降维后2 倍于子空间系统自由度。降维程度越高, 对均匀训练样本的需求就越少。降维方法属固定结构方法, 无法充分利用杂波的统计特性。当辅助波束与杂波谱匹配很好时, 处理性能往往很好。反之, 则性能下降。 1.2、降秩方法 与固定结构降维方法相反, 降秩方法充分利用回波中杂波的分布特性, 每次处理选取完备杂波空间来形成自适应权值对消杂波分量, 可看作依赖回波数据的自适应降维方法。该类方法在形成权值过程中利用的信息中不含噪声分量, 所以避免了小样本情况下噪声发散带来的性能下降问题, 故减少了对均匀训练样本数的需求。同样, 该类方法在满足信杂噪比损失不超过 3 d B 条件时所需的训练样本数约为 2 倍的杂波子空间的维数。从处理器结构上来看, 降秩方法可
雷达目标检测性能分析
雷达目标检测实例 雷达对Swerling起伏目标检测性能分析 1.雷达截面积(RCS)的涵义 2.目标RCS起伏模型 3.雷达检测概率、虚警概率推导 4.仿真结果与分析
雷达通过发射和接收电磁波来探测目标。雷达发射的电磁波打在目标上，目标会将入射电磁波向不同方向散射。其中有一部分向雷达方向散射。雷达截面积就是衡量目标反射电磁波能力的参数。
雷达截面积(Radar Cross Section, RCS)定义:22o 2 4π 4π4π4π()4πo i i P P R m P P R σ=== 返回雷达接收机单位立体角内的回波功率 入射功率密度 在远场条件下，目标处每单位入射功率密度在雷达接收机处每单位立体角内产生的反射功率乘以4π。 R 表示目标与雷达之间的距离，P o 、P i 分别为目标反射回 的总功率和雷达发射总功率
?目标RCS和目标的几何横截面是两个不同的概念?复杂目标在不同照射方向上的RCS不同 ?动目标同一方向不同时刻的RCS不同 飞机舰船 目标RCS是起伏变化的，目标RCS大小直接影响着雷达检测性能。为此，需用统计方法来描述目标RCS。基于此，分析雷达目标检测性能。
Swerling 模型是最常用的目标RCS 模型，它包括Swerling 0、I 、II 、III 、IV 五种模型。其中，Swerling 0型目标的RCS 是一个常数，金属圆球就是这类目标。Swerling Ⅰ/Ⅱ型： 1 ()exp()p σ σσσ =- 指数分布 Swerling Ⅰ：目标RCS 在一次天线波束扫描期间是完 全相关的，但本次和下一次扫描不相关（慢起伏），典型目标如前向观察的小型喷气飞机。 Swerling Ⅱ：目标RCS 在任意一次扫描中脉冲间不相关（快起伏），典型目标如大型民用客机。
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/e715502745.html, 收稿日期:2010203217;修订日期:2010204207
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
浅谈大气探测技术
浅谈大气探测技术 摘要:大气探测是利用各种探测手段对大气中的物理过程和物理现象及气象要素等进行观测、探 测并使用不同的载体记录下来。大气探测所获取的气象记录、资料是进行天气预报、气候分析、 气象科学研究和为各行各业服务的基础。近年来，随着自然科学与技术的进步，国际气象探测 技术也取得了显著的发展。本文在此阐述了以下几种探测技术。. 关键词: 大气探测技术气象探测. 大气探测又称气象观测，是对地球大气圈及其密切相关的水圈、冰雪圈、岩石圈（陆面）、生物圈等的物理、化学、生物特征及其变化过程进行系统的、连续的观察和测定，并大气探测对获得的记录进行整理的过程。气象观测是气象科学的重要分支,它将基础理论与现代科学技术相结合，形成多学科交叉融合的独立学科，处于大气科学发展的前沿。气象观测信息和数据是开展天气预警预报、气候预测预估及气象服务、科学研究的基础，是推动气象科学发展的源动力。发展一体化的气象综合观测业务是气象事业发展的关键。 大气探测主要包括：地面观测、高空探测、特种观测和遥感探测等。 1、地面气象观测主要是对近地层范围内的气象要素进行观察和测定，大气探测主要观测的项目有：气温（离地1.5米高处，百叶箱内的气温）、地温、湿度、气压、风（包括风向风速）、云、天气现象、能见度、降水、蒸发量、日照时数、太阳辐射等。 2、高空气象探测一般是用探空气球携带探空仪器升空进行，可测得不同高度的大气温度、湿度、气压，并以无线电信号发送回地面。利用地面的雷达系统跟踪探空仪的位移还可测得不同高度的风（风向、风速）。 3、特种观测主要包括大气本底观测、酸雨观测、臭氧观测、紫外线观测等。遥感气象探测主要是利用气象卫星、雷达等设备进行气象要素探测。 下面介绍三种具体的大气探测技术： 一、利用微波折射率仪探测 探测对流层中大气时，折射率仪是众多测试手段中的唯一一种直接测量大气折射率的设备。它的研制可上溯到40年代。历史上有以谐振腔为传感器和以电容为传感器的两类折射率仪。后者虽重量轻，但其精度相对较低。目前常用的是前一种。以谐振腔测量空气折射率的原理是，通过测量谐振腔内空气折射率变化δN引起的谐振频率f的变化量盯来得到空气折射率N。δN=-δf/f。典型的仪器是3公分微波折射率仪，这种仪器的特点是测量精度高、响应速度快，其测量精度一般都达到IN单位，采样速度可在100次/秒以上。仪器稳定度可达士10-7/℃。采样腔的开口部分使折射率仪能够瞬间响应空气的折射率变化。它在雷达定位等系统的工作中是大气结构精确测定的必需设备。目前美国、前苏联、英国、法国、日本、印度等国都拥有微波折射率仪，并且在评价大气对雷达系统和通信系统的影响中，一直进行机载测量。
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。
雷达动态探测目标的仿真建模
雷达动态探测目标的仿真建模 谢卫，陈怀新 （中国电子科技集团公司第十研究所,成都 610036) 摘要：通过对雷达动态探测目标过程分析，提出了雷达探测目标仿真模型的方法，实现了雷达目标检测、多目标滤波跟踪、资源调度管理等数字模型。实际表明这些模型满足数据融合中雷达探测目标数据的需求，并且建模方法对数据融合传感器模型建立具有实际指导意义。关键词：雷达；建模；仿真；数据融合 Radar detection of targets dynamic simulation modeling XIE Wei，CHEN Huai-xin (CETC No.10th Research Institute, Chengdu, China; ) Abstract:With the analysis of the process of radar dynamic detecting targets, a method of the simulation model based on of radar detect targets is presented, some mathematic models (such as target indication by radar, variable number of targets tracking, resource management based on Scheduling algorithm) are realized. An actual experiment that the simulation data provided by radar detecting model can supply for the study of data fusion was made, simultaneity modeling method has a certain actual instructing meaning at the aspect of sensor detecting model of data fusion. Key words: radar; modeling; simulation; data fusion 1 引言 现代战场上各种目标的出现，要求利用多种传感器组网来采集信息并加以融合，充分利用不同目标各个方向、不同频段的反射特性，最大限度地提取信息，满足战场需要。对于数据融合来说真实的战场目标和传感器探测数据，是检验其有效性的最好条件。然而这样的真实数据很少，而且成本也较高，在融合算法的前期研究和实验阶段，就需要我们较真实的模拟多中传感器的探测数据。雷达是战争中至关重要的侦察手段，本文以雷达为列，分析其数据处理流程，并进行仿真建模。 2 雷达探测仿真建模 雷达探测功能仿真是通过仿真目标回波、接收机噪声、干扰、杂波等信号的幅度信息来复现雷达的检测过程。一般采用基于Monte Carlo的方法来实现，其流程如下图所示：
雷达发展史
利用电磁波探测目标的电子设备。它发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至雷达的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。雷达是英文RADAR(Radio Detection And Ranging)的译音，意为“无线电检测和测距”。雷达的优点是白天黑夜均能检测到远距离的较小目标，不为雾、云和雨所阻挡。雷达是现代战争必不可少的电子装备。它不仅应用于军事，而且也应用于国民经济（如交通运输、气象预报和资源探测等）和科学研究（如航天、大气物理、电离层结构和天体研究等）以及其他一些领域。 发展简史雷达的基本概念形成于20世纪初。但是直到第二次世界大战前后，雷达才得到迅速发展。早在20世纪初，欧洲和美国的一些科学家已知道电磁波被物体反射的现象。1922年，意大利G.马可尼发表了无线电波可能检测物体的论文。美国海军实验室发现用双基地连续波雷达能发觉在其间通过的船只。1925年，美国开始研制能测距的脉冲调制雷达，并首先用它来测量电离层的高度。30年代初，欧美一些国家开始研制探测飞机的脉冲调制雷达。1936年，美国研制出作用距离达40公里、分辨力为457米的探测飞机的脉冲雷达。1938年,英国已在邻近法国的本土海岸线上布设了一条观测敌方飞机的早期报警雷达链。 第二次世界大战期间，由于作战需要，雷达技术发展极为迅速。就使用的频段而言，战前的器件和技术只能达到几十兆赫。大战初期，德国首先研制成大功率三、四极电子管,把频率提高到500兆赫以上。这不仅提高了雷达搜索和引导飞机的精度，而且也提高了高射炮控制雷达的性能，使高炮有更高的命中率。1939年，英国发明工作在3000兆赫的功率磁控管，地面和飞机上装备了采用这种磁控管的微波雷达,使盟军在空中作战和空-海作战方面获得优势。大战后期，美国进一步把磁控管的频率提高到10吉赫，实现了机载雷达小型化并提高了测量精度。在高炮火控方面，美国研制的精密自动跟踪雷达SCR-584,使高炮命中率从战争初期的数千发炮弹击落一架飞机，提高到数十发击中一架飞机。
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
激光雷达在军事中的应用讲解
激光雷达在军事中的应用 作者 摘要：本文简要介绍激光雷达的特点、激光雷达探测的基本物理原理及其在军事领域的应用现状． 关键词：激光雷达；探测；军事应用 1.引言 激光雷达是现代激光技术与传统雷达技术相结合的产物，它像传统的微波雷达一样，由雷达向目标发射波束，然后接收目标反射回来的信号，并将其与发射信号对比，获得目标的距离、速度以及姿态等参数．但是它又不同于传统的微波雷达，它发射的不是微波束，而是激光束，使激光雷达具有不同于普通微波雷达的特点． 根据激光器的不同，激光雷达可工作在红外光谱、可见光谱和紫外光谱的波段上．相对于工作在米波至毫米波波段的微波雷达而言，激光雷达的工作波长短，是微波雷达的万分之一到千分之一，根据光学仪器的分辨率与波长成反比的原理，利用激光雷达可以获得极高的角分辨率和距离分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad ，距离分辨率可达0.1m , 利用多普勒效应 可以获得10m / s 以内的速度分辨率．这些指标是一般微波雷达难以达到的，因此激光雷达可获得比微波雷达清晰得多的目标图像。 激光束的方向性好、能量集中，在 20km 外，其光束也只有茶杯口大小，因而敌方难以截获，而且激光束的抗电磁干扰能力强，难以受到敌方有源干扰的影响．由于各种地物回波影响，因而在低空存在微波雷达无法探测的盲区．而对于激光雷达，只有被激光照射的目标才能产生反射，不存在低空地物回波的影响，所以激光雷达的低空探测性能好． 激光雷达体积小、重量轻，有的整套激光雷达系统的重量仅几十千克．例如为了适应海军陆战队的需要，美国桑迪亚国家实验室和伯恩斯公司都提出了手持激光雷达的设计方案．相对于重达数吨、乃至数十吨的微波雷达而言，激光雷达的机动性能显然要好得多． 任何事物都是一分为二的，激光雷达也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，虽然表现出能量集中的优点，但不宜用作战场监视雷达搜索大空域．而且激光的传输受环境影响大，尤其是在雨、雪、雾的天气，激光在传输过程中的衰减更大．当然，激光在大气层外传输时不易衰减，有其得天独厚的优势．经过几十年的努力，科学家们趋利避害，已研制出多种类型的军用激光雷达． 2. 用干战场侦察的激光雷达 众所周知，普通的成像技术（如电视摄像、航空摄影及红外成像等）获得的场景图像都是反映被摄区域辐射强度几何分布的图像，而激光雷达可以通过采集方位角一俯冲角一距离一速度一强度等三维数据，再将这些数据以图像的形式显示出来，从而可产生极高分辨率的辐射强度几何图像、距离图像、速度图像等，因而它提供了普通成像技术所不能提供的信息．例如美国桑迪亚国家实验库研制的一种激光雷达，激光器功率为120MW ，显示屏幕的像素为64 X 64 元，视场内物体的图像可显示在屏幕上，每秒钟更新4 次，并用不同颜色和灰度显示物体的相对距离．这种激光雷达能对运动的装甲车辆产生实时图像，图像分辨率足以识别车辆型号． 美国雷西昂公司研制的ILR100 型砷化稼激光雷达，可安装在高性能飞机和无人机上，当飞机在120m～460m 高空飞行
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
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 —
占据空间制高点空间目标监视系统
空间已成为当今维护国家安全和国家利益必须关注和占据的战略“制高点”，获取空间优势和控制空间将是未来战争中决定胜负的关键因素。随着空间军事化的加剧，由防御性和进攻性对抗构成的空间对抗作战，将进一步依赖于强大的空间态势感知和空间目标监视系统。 什么是空间态势感知 美国战略司令部将空间态势感知定义为：为确保指挥官、决策者、规划及作战人员获取和维持空间优势，必须具备的对空间事件、空间威胁、空间活动、空间环境以及空间系统(状态、能力、约束和部署)等信息的掌控和预测能力。美国2010年发布的《空间态势评估中期报告》归纳了空间态势感知的4个主要功能：①探测、跟踪与识别空间目标。②威胁预警与评估。预测和区分潜在攻击和实际攻击，分析空间气象环境影响以及空间系统的异常。③情报描述。确定对手当前以及未来的空间系统、空间对抗系统的性能和特征，以及对手的意图。 ④数据融合。关联和综合多源数据形成一个通用的作战态势图，支持动态决策过程。 空间态势感知包括4个子任务领域：空间监视与侦察、空间环境监测(em)、空间情报以及指挥与控制。空间监视与侦察是指确定卫星与碎片的位置数据、目标机动，对特定空间目标进行详察；空间环境监测是指确定空间环境及其影响，包括太阳风暴、流星雨、高层大气、磁气层、电离层和人工环境效应等；空间情报是利用多种传统情报资源手段，了解对手卫星的特性、能力、意图、用户与网络以及相关的天基、地基威胁信息；指挥与控制最具挑战性，需要收集、融合空间目标与环境信息，构建一体化空间态势图，及时进行分发。 空间目标监视是指对空间目标进行探测、跟踪、识别以及编目。空间目标包括运行的、废弃的卫星、使用过的火箭箭体以及空间碎片等。空间目标监视既是空间目标管理的基础，同时又是空间环境感知、敌我识别、军事化行动和其他敏感区域卫星过境预报的必要因素。利用空间目标监视系统，可以实现空间目标编目、空间垃圾监测、空间目标识别和预报以及战略导弹预警等功能。 国外现状 空间目标监视系统一般由传感器(探测设备)、通信及数据传输网络、指挥控制系统以及数据处理等部分组成。当前，美国拥有最先进的空间目标监视系统，是空间监视数据的主要提供者。俄罗斯也具备较强的能力。此外，欧洲及其他一些国家和地区也具备一定的空间监视能力。 美国空间日标监视系统 美国最主要的空间目标监视系统是“空间监视网”(ssn)以及“天基空间监视系统”(sbss)等。 “空间监视网” 美国“空间监视网”是世界上最先进的空间目标跟踪与编目系统，由分布在世界各地的29部雷达及光学探测器组成。ssn支持“联合空间作战中心”(jspoc)任务，用于探测、跟踪、识别和编目围绕地球的空间目标，能够可靠地跟踪10厘米以上的低地球轨道目标和1米以上的同步地球轨道目标。 “空间监视网”探测器的任务是向位于范登堡空军基地的jspoc以及位于达尔格伦的“备用的空间控制中心”(ascc)提供空间监视和空间目标识别数据。由于ssn探测器数量有限以及分布位置的原因，无法对空间目标进行连续跟踪，因此并不是随时对所有的轨道面进行搜索，而是通过对探测器进行规划和任务分配，对目标进行周期性的“点查”。同时，为更有效地利用ssn有限的跟踪资源，jspoc采用了一种称为“探测器跟踪优先级排序”的方法，北美航空航天防御司令部和战略司令部针对不同的卫星和轨道，定义了优先级的种类和具体的数据采集说明。一般来说，执行高感兴趣任务卫星和不稳定轨道的目标具有更高的优先级和数据采集需求。
雷达目标识别
目标识别技术 2009-11-27 20:56:41| 分类：我的学习笔记| 标签：|字号大中小订阅 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。为了提高我国的军事实力，适应未来反导弹、反卫、空间攻防、国土防空与对海军事斗争的需要，急需加大雷达目标识别技术研究的力度雷达目标识别策略主要基于中段、再入段过程中弹道导弹目标群的不同特性。从结构特性看，飞行中段