远距离空间目标惯量提取与质量分布估计方法研究

远距空间目标识别对航天器空间运行安全、空间对抗和导弹防御等有着重要意义，本项目将研究"远距空间目标惯量参数提取与质量分布估计"，可为空间目标识别提供更多信息，有利于提高目标识别率。但如何从雷达信号中提取目标惯量参数、如何估计质量分布的方法尚待研究。本项目将采用理论分析、算法仿真和实验室数据验证的研究途径，开展典型空间目标运动模型、惯性参数提取方法与质量分布估计方法、参数提取与估计方法性能评估等关键技术研究，以便阐明典型空间目标惯量特性、质量分布及目标运动方式之间的关系、尤其是前两者与雷达回波信号特征之间的内在联系，从而得到高精度提取惯量参数和估计质量分布的方法。本项目的研究成果不仅可用于空间目标识别领域，而且可用于高精度散射中心提取、高分辨成像、目标散射点三维位置重构、空间目标运动预测与估计等领域，服务于我国空间探测领域。同时研究过程中将培养多名博士、硕士研究生，形成多篇高水平论文和专利。

本项目着眼于我国对空间探测与对抗技术提升的迫切需求，开展利用雷达回波信号进行远距离空间目标惯量参数提取与质量分布估计的相关研究。主要完成了典型空间目标运动建模、空间目标微动及惯量参数估计方法研究、空间目标质量分布特征估计方法研究、以及参数提取与估计方法性能评估等内容。.首先，以姿态动力学为依据，研究了空间目标微动状态与其自身固有属性之间的内在关系，提出了一种基于目标惯量特征的微动建模方法。该方法从物理意义和数学模型角度表明了空间目标微动状态与其转动惯量特征和初始起旋条件的内在联系。.其次，研究了空间目标微动对雷达回波的频率调制效应及微多普勒分析方法。针对空间对称目标雷达回波微多普勒频率的非线性、非正弦时变特点，提出并推证了一种基于混合微多普勒时频序列的参数估计方法，实现对空间目标复杂微动参数的同步估计。.再次，研究了一种基于几何绕射理论（GTD）散射模型的状态空间处理方法，可实现目标散射中心径向距离、径向速度、类型参数及散射强度的同时估计。围绕基于高分辨一维距离像（HRRP）序列的三维成像算法问题，给出已知运动信息条件下的两种典型三维成像算法。在此基础上，提出了一种基于微多普勒处理的空间目标惯量比估计实现方法。.最后，在一个散射中心的情况下，分析了多维状态空间观察法对径向距离、径向速度、散射强度、相位偏移等的估计精度，结果表明其基本逼近对应的性能估计理论界限，即克拉美劳界（CRB）。.本项目研究能够为空间目标识别提供一种新的识别特征和信息，可应用于卫星、碎片等其它空间目标的质量分布特征提取，为空间目标编目、弹道目标识别提供重要的理论支撑。