进动锥体目标散射特性仿真及实验分析

目标微动及结构参数的获取有助于弹道目标的识别。准确获得进动锥体目标散射特性的时频分布(TFD)、一维距离像及二维逆合成孔径雷达(ISAR)像分布是获取锥体目标微动及结构参数的关键。分析了进动锥体在窄带及宽带条件下的目标散射特性,总结了锥体目标强散射源在时频分布、距离像序列和ISAR像序列中的理论表现形式,并分析了存在锥面镜面散射时锥体目标散射特性,构建了进动锥体目标电磁回波仿真方法及微波暗室动态测试系统,通过仿真及测试数据得到了典型条件下锥体目标的散射特性,对比表明仿真及测试结果均与本文散射特性理论分布相一致,说明了本文所提散射特性理论分布与散射特性分析方法的正确性,可为分析弹道目标散射特性研究提供参考。      

基于宽窄带微多普勒信息的进动目标特征提取

微动特征是弹道目标识别的重要特征之一。针对锥体目标模型,提出了一种基于宽窄带相结合的混合体制雷达网的微动参数提取方法。首先,在详细分析锥体目标等效散射中心微多普勒变化规律的基础上,利用微多普勒和差比实现了不同体制雷达回波中散射中心的匹配关联。其次,构建宽窄带微多普勒信息联合方程组,提取出锥体目标的进动角、底面半径、锥体高度等参数,并进一步对目标参数估计精度随曲线参数提取误差变化的关系做了比较研究。最后,仿真结果表明,在曲线参数提取值存在一定误差时,目标参数估计精度仍然较高。      

基于自适应融合的弹道目标空间位置重构

由于进动锥体目标参数存在耦合,单部雷达不易获取同时参数估计误差较大。针对这一问题,提出了一种联合多部雷达不同视角微动信息进行参数提取与融合的新方法。首先,对进动目标进行了建模和散射点距离像分析,并利用Hough变换实现了锥顶散射点的关联。然后,联立2部雷达的微动信息作为求解单元来对耦合参数进行解耦,求出相应的参数。同时以进动角为例进行了误差方差分析,以融合后误差方差最小为原则对权系数进行了求解,并对其余参数进行了相同的处理。最后,在一个进动周期内,根据求出的锥体顶点坐标和锥旋轴矢量实现了锥体目标空间位置的重构。仿真结果表明该融合方法能够提高参数精度并能对锥体空间位置进行重构。     

基于广义S变换的空间锥体进动微多普勒分析

锥体进动特性是用于空间目标识别的重要依据之一.为了研究这一问题,提出一种基于广义S变换的空间锥体进动微多普勒特性分析方法.根据锥体进动的物理运动过程建立了相应的数学模型,推导出锥体进动微多普勒频率的理论表达式,并通过仿真结果验证其正确性.该模型采用共原点的目标多坐标体系,使其仅存在旋转关系,从而简化了模型的结构与计算复杂性.在此基础上,利用广义S变换实现了对模拟雷达进动回波的微多普勒特性分析.在不同信噪比条件下的仿真结果表明:该方法时频分辨性较好,而且具有较高的鲁棒性.     

高速旋转弹丸进动周期提取

对高速旋转弹丸的雷达回波进行处理,可以提取弹丸的进动周期.进动是弹丸平动之外的微动,弹轴围绕质心速度方向旋转对雷达回波产生微多普勒频率调制.对进动引起的微多普勒建模分析表明,散射点的径向速度是质心径向速度与进动引起的微动速度之和.利用短时傅里叶变换计算含有微动信息的散射点径向速度,然后采用分段多项式拟合获取质心径向速度.散射点径向速度减去质心径向速度可以得到微动速度.对微动速度进行时域滑窗自相关处理,可以提取弹丸进动周期.仿真分析和对弹丸实际测量数据处理表明:该方法可以有效提取高速旋转弹丸的进动周期.     

弹道中段多目标微多普勒分离方法

针对窄带雷达获取的多目标回波中微多普勒信息相互交叠、难以分离与提取的问题,提出了一种基于拍卖算法和小波分析相结合的多目标微多普勒分离方法。在滑动散射模型的基础上,首先通过对回波信号进行预处理得到时频骨架,再根据弹道目标多普勒的变化规律及估计的进动周期定义路径长度,利用拍卖算法提取出多条多普勒曲线对应的最短路径,最后采用小波分析法消除多普勒曲线中的剩余平动分量,实现了多目标微多普勒的分离。仿真结果表明,该方法能够较好地解决交叉区域的路径选择问题,且抗噪性较好,适用于多种微动形式。     

自旋小卫星姿态动力学建模与控制研究

研究探测近地空间自旋稳定小卫星姿态动力学建模与姿态控制问题,探测任务对该卫星姿态控制有着特殊要求。建模中特别考虑了自旋小卫星双侧伸杆扰动对其姿态运动的影响。利用自旋卫星的章动特性,设计了姿态一章动联合控制器,根据星体横向角速度相位和喷气力矩在惯性空间的方位来确定喷气时刻,采取先章动粗控与进动控制,后章动精控的策略。当卫星受空间扰动力矩长期作用产生较大章动角而需调姿进行轨道机动时,可以应用本控制器方便地调整自旋轴的指向。     

基于积谱的雷达目标高分辨率距离像识别

针对飞机目标的识别问题,将一种用于语音识别中的积谱特征引入雷达目标一维距离像识别领域.积谱定义为功率谱与群延迟的乘积,该特征能够充分利用目标一维距离像的幅度谱与相位谱信息.在目标分类阶段,选择基于弹性传播(RPROP)算法的多层前馈神经网络作为分类器.利用4种飞机模型的重点散射源二维分布测试数据和频率步进法得到目标的一维纵向距离像,对距离像积谱的分类性能进行了测试,结果表明基于积谱的特征对于一维距离像具有较高的识别率,并具有较好的抗噪性能.      

进动弹道目标平动补偿与分离

弹道目标在中段高速运动时会造成微多普勒曲线的叠加折叠,此时传统的平动补偿方法并不适用于弹道目标。在分析进动锥体弹道目标各个散射点的频率特性后,发现曲线交点处的频率完全是由平动引起的。根据这一特性,提出一种利用时频图交点信息进行平动补偿的方法。首先,得到回波信号的时频骨架图;然后,采用基于双边滤波器的Harris角点检测方法提取出时频骨架中的角点进而得到时频图中的交点坐标;最后,利用交点坐标估计出平动参数进行平动补偿。针对传统Viterbi算法在曲线交点容易产生错误关联的问题,提出一种利用交点信息的分段Viterbi算法对补偿后的时频曲线进行分离。仿真实验验证了所提方法的有效性。      

SAR图像舰船识别的三维空间逆投影与匹配技术

提出一种合成孔径雷达（SAR,Synthetic Aperture Radar）图像舰船识别新技术.首先通过将SAR图像逆投影至三维（3-D,Three-Dimensional）目标空间,提取目标空间3-D逆投影散射图 （BPSI,Back Projection Scattering Image）来表征观测舰船目标的强散射源三维分布;然后采用物理光学法预测各候选舰船目标的3-D热点散射图（HSPI,Hot Scattering Point Image）,进而匹配3-D BPSI与3-D HSPI来识别舰船.为了提高计算效率,采用一种两级分层匹配策略：第1步利用几何特征进行预筛选;少数被选取的候选目标参与第2步的分类判决,同时设计一种便于实现的“模糊”匹配准则,克服了“点对点”准则对计算误差等非理想因素敏感的问题.仿真和实测舰船SAR图像的实验结果,显示了3-D散射特征在目标区分能力和可视化效果方面的优势,证明了该方法的有效性.     

Prospects of using a permanent magnetic end effector to despin and detumble an uncooperative target

Space debris, such as defunct satellites and upper stages of rockets, becomes an uncooperative target after losing its attitude control and communication ability. In addition, tumbling motion can occur due to environmental perturbations and residual angular momentum prior to the object’s end-of-mission. To minimize the collision risk during docking and capturing of the tumbling target, a non-contact method based on the eddy current effect is put forward to transmit the control torque to the tumbling target. The main idea is to induce a controllable torque on the conducting surface of the tumbling target using a rotational magnetic field generated by a Halbach rotor. The radial and axial Halbach rotors are used to damp the spinning and nutation motions of the target, respectively. The normal and tangential force are evaluated concerning the relative pose between the chaser and the target. A simplified dynamic model of the nutation damping and despinning processes is developed and the influences of the asymmetrical principal moments of inertia and transverse angular velocity are discussed. The numerical simulation results show that the designed Halbach rotor stabilized the target attitude within an acceptable time. The electromagnetic nutation damping and despinning method provides new solutions for the development of on-orbit capture technology.     

重力梯度力矩作用下近地卫星自旋运动规律分析

为研究近地卫星自旋运动规律,建立了近地卫星在受摄动影响的轨道上运行并受重力梯度力矩作用下的姿态运动模型,推导了自旋角速率满足一定条件下自旋运动的进动角、章动角、自旋角的解析解,对重力梯度作用下的自旋姿态运动规律进行了仿真分析,并用仿真计算结果验证了解析解的正确性。在轨道面缓慢进动情况下,当卫星绕最大主惯量轴自旋时,给出了自旋角速率取值范围表达式,在该取值范围内卫星自旋运动能够跟随轨道面一起进动,自旋轴以恒定的平均角速率进动,章动角在小范围内波动。建立的自旋姿态运动模型和分析结论可用于近地卫星姿态失控后的姿态确定和预测、在轨姿态设计及在轨备份等。     

Inner core wobble and free core nutation of pulsar PSR B1828-11

PSR B1828-11 has long-term, highly periodic and correlated variations in pulse shape and a slow-down rate with period variations of approximately 1000, 500 and 250 days [Stairs, I.H., Lyne, A.G., Shemar, S.L. Evidence for free precession in a pulsar. Nature 406, 484–486, 2000]. There are three potential explanations of pulses time-of-arrival from a pulsar. These are related to the interior of the neutron star, planetary bodies, free precession and nutation. We use the Hamiltonian canonical method of Getino (1995) for analyzing the dynamically symmetric pulsar PSR B1828-11, consisting of a rigid crust, elliptical liquid outer core and solid inner core. Using the theory of differential rotation of a pulsar, we investigate the dependence on Chandler wobble period, inner core wobble, retrograde free core nutation and prograde free inner core nutation from ellipticity of the inner crystal core, outer liquid core and total pulsar.     

基于地球敏感器的地影下自旋卫星起旋转速确定

自旋卫星在星箭分离后必须及时可靠起旋,起旋转速确定是判断卫星是否起旋的前提条件.星箭分离时,采用太敏进行转速确定是最可靠最直接的方法,但在某些情况下,由于发射窗口的限制,导致卫星在地影期星箭分离,给起旋转速的确定提出了新问题.自旋卫星除了太敏外,通常还配备了地敏和加计作为姿态敏感器.加计用于测量自旋体的章动,如果起旋后的章动不明显,就无法测量周期,存在一定的不确定性.地敏一般用于同步轨道,在星箭分离时轨道高度仅有几百公里,将导致线路中的计数器溢出,给整个转速确定链路带来困难.本文提出的地敏测试方法,在计数器溢出多地中情况下,采用周期合成的方法计算自旋周期.本方法已成功应用于风云二号09星,同时可以为地敏在不同轨道条件下的应用提供参考.