飞行器特性对雷达探测跟踪的影响

雷达目标特性、飞行特性是飞行器固有的重要特性,也是雷达对飞行器探测跟踪的主要特征量,通过原理理论与实际数据分析总结了飞行器目标特性和运动特性对雷达探测跟踪的影响,描述了飞行器特性与雷达探测跟踪性能间的特征与规律,可为飞行器设计与雷达工程技术人员提供参考。     

空间飞行器近尾区内场的塌缩和密度空洞的形成

利用数值模拟计算的方法，研究了运行飞行器与周围等离子体，在近尾区内非稳态非线性相互作用问题，得到了场和密度扰动的分布。结果显示，由于场的塌缩效应，在飞行器的近尾区，形成了可以被探测到的密度空洞和电磁孤波，通过对这种密度空洞和电磁孤波的探测，可以跟踪探测具有陷身特性的飞行器的轨迹。     

隐身飞行器突防仿真的特征信号新建模方法

针对突防目标不同角域内RCS(Radar Cross Section)差异较大的情况,提出5种不同的突防目标特征信号雷达重点探测区域建模方案.在计算机仿真平台上,根据目标的周向散射特性,按照这5种不同的模型取RCS均值计算雷达对目标的探测概率值.不同建模方案所得探测概率值与精确探测概率值的平均误差分别为: 13.66%,12.35%,6.6%,5.07%和2.4%.平均误差的差异表明:采用5个或8个特征信号重点探测区域的建模方案,所得探测概率值的误差小,能反映出雷达对目标探测概率的动态变化过程.仿真平台中,这两种建模方案无需存储大量目标的RCS值,只需记录5个或8个目标的RCS均值,可节省计算机的存储量,提高计算速度.     

空间机械臂抓捕动态目标快速稳定跟踪方法

面向空间机械臂对在轨飞行器、对接舱段等目标进行抓捕的应用需求,对近距离交会对接中的动态目标跟踪问题展开研究,提出了一种基于反向投影模板自适应更新的快速跟踪方法。该方法在分析发光目标灰度特性的基础上,计了一种能够充分表征目标差异的特征选取算法,有效消除了随变性较小的信息对跟踪过程的影响。利用该特征,设计了目标在不同帧之间的相似性比较方法,并制定了目标特征模版更新策略,解决了由于目标姿态和光线的变化而导致的跟踪错误问题。对跟踪过程中可能出现的目标移入移出相机视场问题提出了一种临界目标抛弃、找回策略,避免了目标的局部跟丢问题。最后通过跟踪试验,有效验证了该算法的实时性和鲁棒性,实现了10帧/s以上的稳定跟踪。     

远距离支援干扰下的目标跟踪技术

针对远距离支援干扰下雷达较难检测到干扰机掩护区域内的目标,其他区域内目标航迹不稳定的问题,提出了噪声干扰下的PF-TBD(Particle Filter based Track Before Detect)算法和门限自适应的MHT(Multiple Hypothesis Tracking)算法,并将这两种算法进行整合,使其能够根据雷达探测区域受干扰的程度选取相应的算法.研究了不同雷达探测区域内目标的航迹管理.仿真表明,此方法充分整合了两种算法的优点,提高了20%以上的雷达探测区域范围,兼顾了算法的时效性,同时该方法对干扰是否存在具有较强的适应性,对远距离支援干扰或其他压制干扰下目标跟踪具有一定的理论参考意义和实际应用价值.      

隐身空空导弹渐露峥嵘

后起之秀 渐露峥嵘 随着现代军用飞机探测、告警和对抗能力的提升,空空导弹越来越容易被发现、跟踪、干扰甚至被拦截,迫切需要采用各种先进技术来提高其自身的突防能力,而隐身技术就是其中之一.隐身技术,亦称目标特征信号控制技术,是控制或减弱武器装备所产生的特征信号,使其难以被发现、跟踪、识别和攻击的技术.隐身技术主要包括雷达隐...     

低重频PD雷达的临界散射截面计算方法

提出了低脉冲重复频率PD(Pulse Doppler)雷达探测飞行器目标的临界散射截面的计算方法.针对低重频PD雷达对目标的发现概率计算过程中所遇到的问题,采用临界仰角法处理雷达的未知参数,将之合并为雷达系统特征常数.将低重频PD雷达的旁瓣杂波合理等效为白噪声,处理目标频移落在旁瓣杂波区的情况.采用等效杂波散射截面积叠加旁瓣杂波中目标临界散射截面处理目标频移落在主瓣杂波区的问题,并考虑偏置相位中心天线(DPCA)技术对目标频移落在主瓣杂波中时临界散射截面的影响,使计算结果更合理,从而完善低脉冲重复频率PD雷达在全频域中临界散射截面的计算方法.该方法可应用于计算目标突防时的发现概率.最后以E－2C预警机为例计算某目标突防过程中的临界散射截面.      

地基雷达探测中的空间碎片微弱信号检测技术概况

空间碎片的日益增多。已对航天活动构成严峻威胁。空间碎片的精确监测是对航天员和飞行器实施安全防护的重要前提,也对空间微小碎片探测能力提出了更高要求。文章对国外地基雷达探测空间碎片现状,以及对在雷达微弱信号检测技术方面比较常用的以信号处理为基础的长时间积累检测技术和基于时频分析的雷达微弱信号检测技术研究现状进行了综述。     

利用一次雷达实现低空空域的安全监视

介绍了一种低成本的低空空域雷达监视实验系统,并提出了一种基于雷达平面位置指示(PPI,Plane Position Indicator)图像的目标检测与跟踪算法,其中杂波抑制和目标状态估计是两项关键技术.经过背景差分的雷达PPI图像,仍然含有大量的背景边缘杂波,该算法利用其空域特性进行杂波抑制,并采用交互式多模型(IMM,Interactive Multiple Models)方法对目标的匀速、加速、减速、转弯等机动运动进行跟踪.详细分析了仿真数据的跟踪效果,并将整套算法应用于两组实测PPI图像,实验结果说明其有效性.     

低成本多小天体并行交会技术

小天体资源开发方兴未艾,为降低开发风险和成本,需要发射无人探测器交会观测多个待选目标小天体。传统多目标探测方案存在无法多次交会、成本高,周期长等不足。提出的低成本多小天体并行交会技术,能够对多小天体探测任务进行解耦,实现基于微纳飞行器的低成本多目标并行交会勘查,从而降低探测成本,缩短探测周期。该技术结合行星借力与不变流形机制构建了低能量星际转移方案。然后引入扰动流形思想,使微纳飞行器能够实现与目标小天体的快速交会。进一步,提出了一种多目标小天体探测全局搜索方法,该方法基于在日地halo轨道上停泊的微纳飞行器集群,逐次确定小天体探测目标,并利用上述方法完成了多微纳飞行器与多小天体的交会。数值仿真结果表明,该方案能够大幅度降低转移过程的燃料消耗,并缩短转移时间。     

利用静电双探针对辉光放电等离子体诊断分析

阐述了利用Langmuir双探针诊断等离子体参数的基本原理,对圆柱腔中的空气辉光放电等离子体进行了双探针诊断,通过实验测得伏安特性曲线,计算得出等离子体密度和电子温度。分析了密度参数变化与放电电流大小之间的关系。最后将诊断结果与准光腔系统进行比较,二者虽略有差别,但差别不大,且变化趋势一致。验证了采用本双探针系统诊断辉光放电等离子体密度的可靠性。     

微阴极电弧推力器羽流探针诊断研究

微阴极电弧推力器（micro-cathode arc thruster,μCAT）具备功率低和结构简单的特点,能够满足微纳卫星的任务需求,具有良好的发展前景。μCAT羽流的诊断可以揭示推力器的加速机理,对提高其性能具有重要意义。利用朗缪尔三探针对μCAT羽流进行诊断,得到了μCAT羽流不同位置的电子温度、电子密度和离子速度等羽流特性,研究了外加磁场、充电时间和阴极材料对羽流特性的影响。研究结果表明,μCAT放电初期产生的等离子体电子温度较高,密度较大;随着等离子体向下游运动,电子温度和电子密度降低,离子速度增大;外加磁场的磁感应强度越强,电子温度和离子速度越高,电子密度有所降低;磁场位置适当向推力器下游平移,能够有效提高推力器中轴线的电子密度;μCAT充电时间越长,电子温度、电子密度和离子速度越大;相比于CuW和AgW阴极,Ti阴极羽流的电子温度更高,电子密度更低。     

Rocket observations of propagating waves in the night time equatorial F-region over Brazil

A Brazilian SONDA III rocket carrying plasma diagnostic experiments was launched from the Brazilian rocket launching stations in Alcântara (2.31°S, 44.4°W Geog. Lat.) to measure the height profiles of electron density, electron temperature and the ambient electric field. High frequency capacitance probe was used to measure the height profile of the electron density and the Langmuir probe was used to measure the electron density and the spatial structures of plasma irregularities. An electric field double probe was used to measure the electric field fluctuations associated with the F-region plasma irregularities. Spectral analysis of the fluctuations in electron density and electric field indicated the presence of propagating waves in the night time F-region over a large height range. The electron temperatures estimated from the LP data showed abnormally high values in the base of the F-region during the upleg of the rocket and practically normal values in the same height region during the downleg. A brief study of the characteristic features of the spectra of electron density and electric field fluctuations and the associated electron temperature variations are presented and discussed here.     

朗缪尔探针在轨快速除污染技术研究

讨论了一种朗缪尔球形探针在轨快速去除表面污染的技术方法. 朗缪尔探针是空间等离子体原位探测的一项重要手段, 广泛应用于各种航天器. 探针传感器表面被污染时, 会造成探针I-V特性曲线失真, 从而导致探测获得的等离子体参数产生偏差. 通过试验验证了采用探针传感器加载高压的技术, 其可快速有效清除传感器表面污染, 确保朗缪尔探针在轨探测获得实时、准确的空间等离子体信息.      

离子发动机羽流空间电位诊断

离子发动机羽流空间电位分布不合理可能会造成一系列问题,以至于影响航天器的正常工作。试验使用发射探针对20 cm氙离子发动机束流区等离子体空间电位进行诊断,测点选取轴向距离发动机出口平面250～900 mm,径向0～450 mm,探针钨丝直径0.1 mm,加热电流1.5～2.5 A。发射探针诊断建立在电子热发射基础上,因其I-V曲线拐点较朗缪尔探针更为明显,所以测量得到的空间电位分布更为准确。国外已经广泛使用发射探针测量等离子体空间电位,发射探针的试验数据处理方法仍存在较大分歧。从发射探针工作时的物理过程着手,分析热电子发射多少对空间电位诊断结果的影响,采用不同的探针I-V曲线处理方法并对各种方法利弊进行讨论,分析偏离真实空间电位的原因,比较得到较为合理的结果,对发射探针的结构改造和加热电流的选取提供依据,为发动机性能的改善和羽流仿真模型提供参考。     

Identification of seismic activity sources on the subsatellite track by ionospheric plasma disturbances detected with the Sich-2 onboard probes

Using a cylindrical Langmuir probe and the authors’ proprietary two-channel pressure transducer, ionospheric plasma parameter distributions along the orbit of the Sich-2 satellite (Ukraine, 2011–2012) were measured. This paper is concerned with identifying the space–time location of ionospheric plasma disturbance sources, including the epicenters of actual earthquakes (before or during the satellite flyover) and incipient earthquakes on the subsatellite track, from the measured distributions of the electron density and temperature and the neutral particle temperature along the satellite orbit. To do this, the measured ionospheric plasma parameter distributions are connected to the coordinates on the subsatellite track.It is shown that local disturbances in the electron density and temperature and neutral particle temperature distributions in the satellite orbit in the ionosphere may serve as indicators of seismic activity on the subsatellite track. The epicenters of incipient earthquakes may be set off from other plasma parameter disturbance sources associated with seismic activity using information provided by special monitoring and survey centers that monitor the current seismic situation.     

天基朗缪尔探针传感器设计与仿真

朗缪尔探针是进行空间等离子体电子密度和温度就位测量的重要仪器, 在电离层卫星探测和火箭探测中应用十分广泛. 传感器设计的合理与否是影响朗缪尔探针探测结果的关键因素之一. 朗缪尔探针传感器的结构本身比较简单, 但传感器的设计要受到多种物理条件及工程条件的限制, 其中, 有些限制条件相互制约甚至相互矛盾, 必须综合进行考虑. 从传感器形状、大小和表面材料的选取三个方面分析了朗缪尔探针的各种限制条件, 给出了一种原型朗缪尔探针的设计, 并通过仿真计算验证了该设计.      

Electric field and electron density measurements in the equatorial E-region

A centaure rocket, with payloads of Langmuir probe and Electric field probe, was launched from Thumba (8° 31'N, O° 47'S dip), India on February 12, 1981 at 1057 Hrs IST. The aim of the experiment was to study the role of localised electric fields in the generation of plasma density irregularities through cross field instability and the two-stream instability mechanism. The rocket was launched at a time when Type I irregularities were observed with VHF radar at Thumba.     

等离子体鞘层效应对磁层探测电场仪设计的影响

在空间环境探测中，卫星与等离子体的相互作用会改变背景环境的粒子和电位的分布，从而影响探测器对空间电场的测量.为了给磁层卫星电场探测仪器的研制和设计提供参考，本文以中国未来的磁层电离层探测为背景，针对不同轨道高度的等离子体环境，利用SPIS（Spacecraft Plasma Interaction Software）模拟了卫星平台和探针与等离子体的相互作用，从而得到了不同环境下卫星周围等离子体鞘层的厚度，以及探针电位与电流的对应关系.模拟结果表明:由于光电子和二次电子的影响，卫星鞘层的厚度小于等离子体的德拜半径，且温度越高其偏差越大；模拟得到的探针表面电流与电位的关系表明，施加偏置电流的探针可明显提高对电流扰动的抗干扰能力.此外，估计了不同轨道高度上探针处于最佳工作点时应施加偏置电流的大小.      

利用半导体二极管伏安特性进行朗缪尔探针性能测试研究

研究讨论了一种利用半导体二极管伏安特性进行朗缪尔探针性能测试的方法. 设计的朗缪尔探针性能测试方法对外界因素要求较低,在常温常压的通常实 验室环境下即可进行,其测试结果可作为利用地面等离子体环境进行定标测试 前的初步性能验证. 通过实验室环境下的测试试验, 验证了该方法的有效性和 可行性.