天基雷达SMTI工程化方法研究

作     者：余浩然 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨志伟

授予年度：2023年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 081105[工学-导航、制导与控制] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：距离模糊 多普勒模糊 多普勒容限 波形设计 波形分集 SMTI 

摘      要：天基雷达空间动目标指示(SMTI)技术是空间技术研究的前沿领域,在现代化军事斗争中发挥着重要作用。天基雷达在探测空间目标时,由于目标的雷达散射截面积(RCS)较小,需要通过长时间的相参积累来提高目标的信噪比。然而,过长的积累时间会导致目标积累过程存在跨距离走动(ARM)和多普勒频率扩展(DFS)问题。与此同时,空间目标的高速和远距特性引起的速度和距离模糊使目标参数估计的难度加剧。因此开展SMTI的工程化方法研究具有重大意义。本文针对上述问题展开研究,主要研究内容如下: (1)对空间目标探测模式进行分析。首先对空间目标回波信号模型进行了推导,建立了目标相参积累损失的模型,分析了距离走动和多普勒扩展带来的影响。然后基于空间目标探测工程化实现难度,分析了SMTI性能的影响因素(包括距离模糊、速度模糊、距离盲区、多普勒频率范围和目标积累运算量),并对低中高重频三种探测模式的适用性进行了评估。最后,上述分析结果表明,空间目标探测的搜索阶段选择中重频模式最优。 (2)设计了一种基于相位编码-调频极性捷变-线性调频波形。针对中重频探测模式下的距离模糊问题,提出了一种基于相位编码-调频极性捷变-线性调频波形(PCFMP-LFM),用于拓展目标探测最大无模糊距离区间。首先根据波形分集解模糊原理以及空间目标的运动特性,给出了所需捷变相参波形的主要设计约束,包括波形相参约束、多普勒容限约束、自相关约束、互相关约束及带外能量泄漏约束。其次考虑上述约束条件并结合典型波形的优势提出了PC-FMP-LFM波形,该波形具有较好的多普勒容限及波形隔离度等特性,可满足空间高速目标远距离探测的需求。然后通过优化编码序列使得波形的自相关、互相关和频谱性能得到提升。在不同目标环境下对PC-FMP-LFM波形建立了基于相位编码序列的优化模型,并对现有的遗传退火(GASA)算法进行了基于多普勒降温曲线和增加带外能量泄漏约束条件的改进。最后通过仿真实验,提升了该波形的自相关、互相关以及频谱性能。 (3)对天基雷达SMTI工程化处理方案进行设计。首先设计了基于PC-FMP-LFM波形解二维模糊的SMTI工程化处理方案。其次分别从运算资源和存储资源两个方面分析了该工程化方法的硬件资源需求。最后利用优化后的波形对该方法进行了仿真实验,验证了所提算法的可行性。