分布式小卫星雷达信号建模和分析.pdf资源-CSDN文库

版权申诉

46 浏览量 2022-06-23 01:33:28 上传评论收藏 8.27MB PDF 举报

资源推荐

资源详情

资源评论

第一章绪论

一一

第一章绪论

１．１论文研究的背景和意义

在以信息技术为先导的现代战争中，天基雷达是情报收集、监视和侦察以掌

握信息权的重要手段。与卫星光学侦察相比，天基雷达具有全天候、全天时、探

测隐秘目标等多方面的特点和优势。

高分辨和大测绘带合成孔径雷达（ＳＡＲ）成像、运动目标指示（ＭＴＩ）、干涉合成

孔径雷达（ｒＮＳＡＲ）ｉ贝４高及探测隐秘目标是航天军事应用对天基雷达系统的迫切要

求。基于单星的天际雷达受各种条件的约束，很难满足上述要求。例如，不能提

供合适长度的基线，不能实现高精度干涉测高；由于受功率、分辨率、距离和方

位模糊、测绘带宽间的约束关系，同时实现高分辨率和大测绘带ＳＡＲ成像由相当

难度。随着微小型航天器技术的迅猛发展，基于小卫星平台的分布式雷达系统，

可满足这些要求。它能突破传统大卫星的尺寸限制，可提供干涉ＳＡＲ所需的各种

基线组合。通过小卫星的宽波束小天线获取足够大的测绘带宽度，并利用各小卫

星对相同场景具有不同的下俯角度和斜视角，使得距离向频谱和方位向的多普勒

由不同的偏移，结合多颗小卫星的回波信号经相干处理后可使带宽展宽，从而提

高图像的二维分辨率，实现高分辨率大测绘带ＳＡＲ成像。分布式ＳＡＲ相当于一

个稀疏天线阵，地面回波除了多普勒信息外，还有目标到达角信息。通过阵列信

号处理对杂波抑制，较容易实现慢动目标的检测和显示。另外作为一种多基地雷

达，从体制上具有反侦察、反干扰、反隐身等方面的优势。

由于小卫星分布式雷达系统是一个涉及领域宽、层次多、高度复杂的大系统，

目前仍处于研究阶段，没有已经实际运行的系统，缺乏相应的回波信号数据。因

此一切工作都只能建立在对回波仿真数据研究的基础上。研究分布式小卫星雷达

系统模型，建立精确、有效的回波信号仿真模型，生成有效的分布式小卫星雷达

回波仿真信号，成为分布式小卫星雷达系统研究工作的基础，对于分布式小卫星

雷达系统框架设计、信号处理、误差估计与补偿、降低系统研制风险、提高系统

设计可靠性等方面都具有重要的意义。

１．２国内外研究状况

建模与仿真已成为雷达系统研制中降低成本和提高设计效率的有效工具，

ＳＡＲ也不例外。Ｊｕｌｉａｎｔｌｊ首次建立了ＳＡＲ图像仿真系统，随后ＫａｕｐｐⅢ利用此系

统研究了雷达入射角对星载ＳＡＲ图像特性的影响，对仿真技术应用于ＳＡＲ卫星

系统方案进行了初步尝试。Ｇｉｏｒｇｉｏ

Ｆｒａｎｃｅｓｃｈｅｔｔｉ研究了一种基于实际地面目标散

２

分布式小卫星雷达信号建模与分析

射特性原始回波信号仿真方法【３１。英国的Ｔａｃｅｔ建立了城市建筑表面的仿真模型［４１。

ＳＡＲ卫星技术的蓬勃发展推动了ＳＡＲ成像技术的研究ｔ５】【６１。总的来说，国外在星

载ＳＡＲ的研制过程中，普遍采用数字仿真技术来实现卫星系统总体方案的优化设

计。美国的ＪＰＬ、意大利的Ａｌｅｎｉａ公司、英国的Ｍａｃｏｎｉ公司等，都开发了ＳＡＲ

卫星系统仿真软件，但价格都非常昂贵。

我国的星载ＳＡＲ模拟工作于上世纪９０年代起步。北京航空航天大学【７】【８１、

中科院电子所、西安电子科技大学、成都电子科技大学等许多大学及研究机构完

成了星载ＳＡＲ的图像模拟系统１９ｉ１１０ｌ，并且北京航空航天大学和中科院电子所还于

１９９７年完成了星载ＳＡＲ的系统模拟软件。国内的ＳＡＲ原始信号仿真方法，大致

可分为两种：其一种主要思想是通过模拟真实反射场景的地物结构，通过构造目

标模型（主要是模拟雷达目标后向散射系数）来模拟雷达回波信号【ｌｌ】；另一种主

要思想是利用雷达图像数据通过逆向运算来获得雷达原始回波信号【１２１。

传统星载ＳＡＲ仿真系统中的信号模型都是基于单颗卫星的，而分布式小卫星

系统中是多颗卫星一起工作。采用分布式小卫星雷达体制，可实现合成孔径雷达

（ＳＡＲ）成像、干涉合成孔径雷达（ＩＦ—ＳＡＲ）成像和地面动目标检钡ｍ］（ＧＭＴＩ）等多项任

务。国外分布式小卫星雷达信号处理的研究主要在美国空军研究实验室（ＡＦＲＬ）

的ＴｅｃｈＳａｔ２１计划和法国航天局（ＣＮＥＳ）的干涉车轮（Ｉｎｔｅｆｆｅｒｏｍｅｔｒｉｃ

Ｃａｒｔｗｈｅｅｌ）低成

本卫星编队概念上开展的［ｔ３ｌ［１４Ⅱ１５】，已进行了大量研究。ＴｅｃｈＳａｔ２１计划的多发多

收体制中，编队小卫星反射多波束并且接收多波束。通过对接收到的多波束进行

合成处理，从而可获得高分辨率。Ｃａｒｔｗｈｅｅｌ低成本卫星编队的单发多收体制中，

由主星发射信号，编队小卫星接收信号，并且和主星自己接收到的信号进行处理，

从而获得高分辨率和大测绘带宽。天基分布式雷达信号处理与地面分布式雷达以

及单星天基雷达的信号处理相比，要考虑空、时、频各方面的问题，才能有好的

处理效果，再加上卫星群在空间运动的不稳定性，信号需要补偿，因此信号处理

非常复杂。尽管国外提出了多种信号处理方法，但是不成熟，分布式小卫星雷达

信号处理还处于研究发展阶段，国外还在继续大力支持这方面的研究。

国内在分布式小卫星雷达信号处理方面的研究工作还处于起步阶段。中科院

电子所、北京航空航天大学、成都电子科技大学和西安电子科技大学等单位在

“８６３＂和总装预研的支持下对分布式小卫星雷达成像进行了一些概念和跟踪研

究。

国内外在小卫星分布式雷达信号处理方面的理论研究相当活跃，已提出很多

有用的结构和算法，并对提出的方法进行了仿真。但是，很多文章仿真中使用的

系统模型都过于简单，尽管国内外在分布式小卫星雷达系统仿真方面也开展了一

些工作，文献【１９】研究了星座优化设计和仿真；文献【２９】研究了分布式小卫星雷达

方向图综合；文献［３２】研究了非均匀杂波对空时处理的影响，提出了非均匀杂波

第一章绪论

的建模方法。文献【３ｌ】研究了分布式小卫星雷达的建模问题。但是由国内外分布

式小卫星ＳＡＲ系统仿真的发展现状我们可以看出以下几点问题：

１．尽管现有的许多文章建立的模拟模型都考虑到了地球自传、地球的椭球体模

型、卫星的椭圆轨道，但是对于分布式小卫星系统，这些模型过于简单，小

卫星的编队构形以及各种摄动因素的存在使得获得目标与卫星之间的精确距

离变得复杂。在这种情况下，必须建立新的数学模型；

２．

由于分布式小卫星ＳＡＲ系统的双基特性，基于单颗星载ＳＡＲ平台与小平面

之间的散射模型和几何模型己不能直接适用，虽然有的文献中为了简化模拟

进行了一些简化和等效，例如等效相位中心、单双站等效原理，但这些只适

用于特定环境，因此有必要建立一种精确的散射模型来描述分布式小卫星

ＳＡＲ目标的散射特性；

３．

由于城市目标模拟是非随机目标模拟中最困难的，它的回波模型必须考虑到

建筑的形状、面积、地点以及表面材料等因素的影响。在这种目标中存在着

众多的散射单元，它的回波的路径是经过多次反射的，它的回波是目标的直

接反射、目标内的多次反射、地面目标之间的多个路径反射的叠加，因此采

用传统方法模拟过程非常复杂。

因此本文基于上述几点考虑对相关问题作了一些分析研究。

１．３论文的主要贡献及工作安排

１．３．１论文的主要贡献

目前我国正在开展分布式小卫星ＳＡＲ模拟研究的工作，而原始数据的模拟是

其中的关键一项，如果不能模拟生成有效的原始数据，检验整个分布式小卫星

ＳＡＲ系统的性能将是不可能的事情。另外，不同于星载ＳＡＲ系统，分布式小卫

星ＳＡＲ系统由于其双基特性使得雷达对于地面目标成像的机制非常复杂，必须通

过建立有效的机制来帮助解释这种复杂的回波机制。因此本文致力于分布式小卫

星ＳＡＲ原始数据模拟的研究。

本文的贡献主要可以归纳为以下几点：

１．为了模拟得到具有不同用途的分布式小卫星ＳＡＲ回波数据，本文给出了分布

式小卫星ＳＡＲ的编队轨道构形设计的方法，其中对于卫星的轨道要素的计算

采用了精确的数学模型，并给出了典型的分布式ＳＡＲ卫星轨道要素的计算方

法。

２．为了模拟得到精确的分布式小卫星ＳＡＲ回波数据，本文在计算各时刻卫星

ＳＡＲ平台与目标距离时采用了精确的数学模型：其中，星载ＳＡＲ平台的运动

轨迹采用椭圆轨道模型，地球采用椭球体模型，并考虑了摄动力对轨道要素



󰁱

󰀶

󰂎󰂑

󰂎󰁱

󰂎󰁏󰁠󰇵󰅣

󰄀󰀬󰁠

󰄤

󰅶󰆺󰂚

󰅰

󰀶󰁠

󰅰

󰄜

󰆞󰅰󰇬󰀚

󰆞󰆲󰀚󰁉

󰅶

󰁱󰄨

󰁠󰂯

󰅰

󰀶

󰇵

󰄄

󰄄

󰀊󰀍󰂼

󰃻󰆗󰇵

󰄄󰂑

󰄵󰇵󰂑

󰂾



󰄄󰂑



󰅰󰀶

󰀬

󰁉

󰅰󰀶

󰁏󰁠󰂷󰅎󰀥󰄜

󰀶

剩余54页未读，继续阅读

评论收藏

内容反馈

版权申诉

programmh

粉丝: 4
资源: 2162

分布式小卫星雷达信号建模和分析.pdf

分布式小卫星SAR系统模糊函数分析.pdf

分布式卫星InSAR系统基线转换精度分析.pdf

用于无源雷达的GPS卫星信号性能分析收集.pdf

关于主星带伴随分布式小卫星雷达系统的姿态跟踪控制研究.pdf

分布式卫星系统相对运动的Hamilton力学建模及求解方法研究.pdf

雷达系统建模与仿真报告.doc

雷达系统分析大作业

信号采集与分析课件

论文研究-雷达系统建模与仿真分析 .pdf

信号相关性对分布式MIMO雷达形态约束的研究.pdf

基于SMV模型检测工具的分布式动漫渲染系统软件建模与分析.pdf

分布式MIMO雷达目标检测性能分析.pdf

基于广义互相关的分布式MIMO雷达信号合成算法.pdf

基于逆变器的分布式发电系统反孤岛控制的小信号建模与分析.pdf

机载分布式相干MIMO雷达的杂波谱分析.pdf

高铁站场卫星定位分布式光纤信号覆盖系统设计和实现.pdf

编队卫星雷达正交码分LFM信号设计及性能分析

广播电视卫星信号频谱的监测与分析归纳.pdf

GPS卫星导航信号模拟器主要误差参数建模与仿真研究.pdf

分布式阵列雷达基线位置和相位误差的卫星标校方法.pdf

分布式MIMO雷达的参数估计与检测联合算法.pdf

使用Matlab 仿真雷达信号处理系统.pdf

雷达信号处理和数据处理 (2).pdf

LFMCW雷达信号处理算法研究及实现.pdf

分布式干扰下雷达组网探测效能分析.pdf

分布式MIMO雷达威力覆盖研究.pdf

分布式天基雷达动目标检测性能分析.pdf

分布式能源系统优化建模研究综述.pdf

分布式卫星干涉SAR测速误差分析.pdf

最新资源