分布式雷达空间目标三维成像方法研究

The recognition of space target in long distance is of great importance to the security of the operation of spacecraft, space confrontation, missile defense and other aspects. This project is major in the three-dimensional imaging methods to space target by distributed radar. It provides more complete information for the recognition of space target and contributes to the improvement of recognition rate. The key problem remains to be solved recently is how to achieve high-precision translational parameters estimation and compensation by coherent emission of distributed radar, at the same time, how to use the advantage of synchronous multi-visual angle of distributed radar on space target, and then realize three-dimensional imaging in high resolution. This project will do a series of technical researches in modeling the complex movement of space targets, extracting and compensating translational parameters, three-dimensional imaging and performance evaluation by theoretical analysis, algorithm emulation and measured data verification so that the information of scattering points from space targets will be obtained and then realize three-dimensional imaging in high resolution. The results can be used not only in the recognition of space targets but also in high-precision translational parameters extraction, high-precision scattering center extraction, and imaging of high resolution. It can also be of good use in the field of space exploration. The research process will cultivate several excellent doctors and masters and result in some high-level papers and patents at the same time.

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，本项目研究“分布式雷达空间目标三维成像方法”，可为空间目标识别提供更完整信息，有利于其提高目标识别率。如何利用分布式雷达的发射相参实现高精度平动参数估计和补偿，和如何利用分布式雷达对空间目标的同时多视角优势实现高分辨三维成像，是目前仍待解决的关键问题。本项目将采用理论分析、算法仿真和实测数据验证的研究途径，开展分布式雷达下空间目标的复杂运动建模、平动参数提取和补偿、三维成像及其性能评估等关键技术研究，从而得到目标散射点位置信息，实现空间目标高分辨率三维成像。项目的研究成果不仅可用于空间目标识别，还可用于高精度平动参数提取、高精度散射中心提取、高分辨成像等，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。

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，本项目研究分布式雷达空间目标三维成像方法，可为空间目标识别提供更完整信息，提高目标识别率。项目开展了分布式雷达下空间目标的复杂运动建模、平动参数提取和补偿、三维成像及其性能评估等关键技术研究，得到了目标散射点三维位置信息，实现空间目标高分辨率三维成像。. 首先，针对平动径向速度估计问题，提出了一种基于宽带回波频域互相关的状态空间处理方法。仿真表明，在低信噪比、超宽带情况下该方法可以高精度地提取目标平动径向速度和加速度信息。. 其次，针对超宽带情况下的微动参数估计问题，提出了一种基于GTD散射模型的状态空间处理方法。仿真表明，该方法能够超分辨、高精度的提取出目标的微动参数。. 再次，针对空间自旋目标三维成像问题，提出了一种基于距离-速率矩阵因式分解的目标三维成像算法。仿真表明，该方法能够有效提取空间自旋目标的散射点三维坐标，消除三维成像中的尺度模糊问题。. 接下来，针对三自由度转动目标的三维成像问题，提出了一种利用散射点一维距离矩阵信号空间不变性的三维成像的算法。仿真表明，该算法能够有效提取三自由度转动目标的散射点三维坐标。. 然后，针对空间平稳运动目标三维成像问题，提出了一种基于最小二乘估计的InISAR目标三维成像算法。采用最小二乘方法估计出目标姿态角和有效角速度，基于姿态角、散射点相位差和多普勒信息提取出散射点的三维坐标。仿真表明，该算法能够实现空间平稳运动目标的三维成像。. 最后，为解决空间目标三维成像时强散射中心淹没弱散射中心的问题，提出了一种基于CLEAN处理的状态空间算法和快速三维状态空间联合估计算法。通过风云卫星模型和阿帕奇直升机模型的电磁计算数据验证了算法的有效性。. 本项目所提方法可获取空间目标散射点精确三维信息，提高空间目标识别率和可靠性，为进一步提高我国空间探测、空间对抗和导弹防御能力提供重要的基础。