基于GEO星机地双多基相控阵雷达的高超声速目标检测方法研究

Since hypersonic target’s low radar cross section, far range, high speed and high maneuvering, it is difficult for traditional radar to detect it. Based on bistatic/multistatic phased array radar, which has geosynchronous (GEO) satellite transmitter and air /ground receivers, this project aims to propose new long time integration algorithms and simplified processing algorithms to detect the hypersonic target with range/Doppler/beam migration. The main contents include: (1) According to the beam scanning characteristic of phased array radar and the motion mode of hypersonic target, present a novel tri-dimensional time model and a novel tri-dimensional echo signal model; (2) Based on the existing coherent integration algorithms for detecting weak target with range/Doppler/beam migration and the characteristic of hypersonic target’s range, Doppler and space location, provide novel coherent integration algorithms which will be applied to GEO satellite-air-ground bistatic/multistatic phased array radar; (3) Combing the hypersonic target motion mode with the tri-dimensional echo signal model, give simplified processing algorithms which would decrease the computational complexity of the integration algorithms and could improve the real-time performance of the integration algorithms. This project is a basic research of application. The provided time model, signal model and integration algorithms have a significant value on improving the detection performance of bistatic/multistatic phased array radar for hypersonic target and could be applied to other kinds of radar.

高超声速目标具有雷达截面积小、距离远、速度高、机动性强的特点，常规雷达难以检测与估计其参数。本项目拟在以地球同步轨道（GEO）卫星为发射平台、飞机及地面站为接收平台的双多基相控阵雷达体制下，研究高超声速目标“跨距离、跨多普勒、跨波束”弱回波信号的增强方法及降维处理方法。主要研究内容包括：（1）根据相控阵雷达多波束扫描的工作特点，结合“三跨”高超声速目标的运动方式，提出一种新的三维时间模型，并建立三维回波信号模型；（2）在单基雷达弱目标增强算法的基础上，结合高超声速目标的距离、多普勒、空间位置的变化特点，研究“三跨”弱信号的增强算法；（3）研究“三跨”高超声速目标的运动方式并结合三维回波信号模型，实现增强算法的降维处理，降低算法的复杂度，提高算法的实时性。本项目属于应用基础研究，提出的信号模型和信号处理算法，有利于提升雷达对高超声速目标的检测能力，并可推广到其他体制雷达，具有重要的科学意义。

高超声速目标具有雷达截面积小、距离远、速度高、机动性强的特点，常规雷达难以检测与估计其参数。本项目在以地球同步轨道（GEO）卫星为发射平台、飞机及地面站为接收平台的双多基相控阵雷达体制下，研究高超声速目标“跨距离、跨多普勒、跨波束”弱回波信号的增强方法及降维处理方法。主要研究内容包括：（1）根据相控阵雷达多波束扫描的工作特点，结合“三跨”高超声速目标的运动方式，提出一种新的三维时间模型，即将全时间进一步分割，拓展为快时间、慢时间和波束时间。并在此基础上，建立基于三维时间的三维回波信号模型；（2）在单基雷达弱目标增强算法的基础上，结合高超声速目标的距离、多普勒、空间位置的变化特点，研究“三跨”弱信号的增强算法。根据相控阵雷达波束扫描方式不同，提出了两种跨波束走动弱信号补偿增强算法；根据高超声速目标运动特点，搭建系统拓扑结构，分别在时域和频域提出跨距离、跨多普勒走动弱信号增强算法；（3）研究高超声速目标的运动方式并结合三维回波信号模型，实现增强算法的降维处理，降低算法的复杂度，提高算法的实时性。根据空中目标稀疏性的特点，将压缩感知和弱目标积累检测方法结合，通过设立合适的阈值，实现了低运算复杂度的弱信号积累增强算法；将短时傅里叶变换和距离走动矫正方法相结合，通过将回波信号变换到时频域，实现信号运动阶次的有效降维，从而降低算法的复杂度，提高算法工程可实现性。（4）考虑星载/机载空间的局限性及电子信息系统综合化的发展趋势，研究了雷达通信一体化信号对高速微弱目标的检测性能。通过将基于雷达波形的一体化信号和基于通信波形的一体化信号，与弱信号积累方法结合，研究显示一体化信号可以应用于高超声速目标为代表的弱目标回波信号的积累检测。本项目属于应用基础研究，提出的信号模型和信号处理算法，可以有效提升雷达对高超声速目标的检测能力，并可推广到其他体制雷达，具有重要的科学意义。