面向三维成像的空间目标监视雷达资源分配方法

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空间目标监视雷达与地基精密跟踪成像雷达是外层空间信息感知的重要手段,相较于二维逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像,其对空间目标观测形成的三维ISAR图像能够更加真实地反映目标散射点的实际三维分布结构,在判别空间目标类型、分析目标重要结构、推断目标功能属性方面发挥着不可替代的作用。空间目标监视雷达在实际工作过程中同时承担了搜索、跟踪、定轨与成像等多项任务,可以分配给成像的雷达资源十分有限。同时,现有的调度算法多数针对搜索与跟踪任务,鲜有对成像资源的相关调度方案,如果不对可调度的成像资源进行合理分配,将导致雷达系统成像效能低下,资源被过度浪费的情况发生。因此本文围绕雷达资源分配技术中存在的上述问题开展研究,具体的研究工作如下:针对相控阵雷达对空间目标的监视过程中多侧重搜索与跟踪,而未对成像资源进行有效规划与分配的问题,本文利用雷达成像固有的稀疏特性,在压缩感知算法框架下,提出一种基于稀疏孔径的单站多目标观测的三维成像资源分配方法。本文首先建立空间目标运动模型,提出鉴于运动轨迹多圈次重访特性的有效三维成像算法。在成像间隔内对目标发射少量脉冲获取特性信息,在此基础上分析目标稀疏度求解最小观测脉冲数,最后基于成像任务优先级对孔径资源进行调度。仿真实验证明所提资源分配方法能够在不明显降低成像质量的条件下,提升成像任务并行度和雷达时间利用率。针对传统三维成像算法未有效结合空间目标轨道信息而导致的成像效能低下的问题,提出了基于轨道分析的ISAR三维成像多站资源分配方法。首先从空间轨道目标与雷达的相对运动入手,详细分析了雷达布站地点与目标运行轨道对成像方位维有效转动量的影响;接着研究了三轴稳定目标相对于雷达视线形成的方位维夹角与俯仰维夹角的变化规律,并得到转动角速度变化的普遍规律;然后分析了影响资源分配方案的目标尺寸约束条件,最后针对单雷达多目标、多雷达单目标以及多雷达多目标的观测场景提出优先级驱动的成像弧段选择方法,并在此基础上进行成像时间窗分配。仿真实验验证了所提算法能够在完成一定成像分辨要求的前提下,大大减少雷达能量资源的消耗。
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