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基于天基雷达的空间机动目标检测与参数估计方法研究

马頔  
【摘要】:随着人类对地球空间资源的不断开发和利用,空间中的目标数量呈快速上升的趋势。空间目标给在轨运行的航天器、卫星以及国土防空带来了较大的威胁,空间目标探测技术正受到世界各国的高度重视。以航天器为平台的雷达目标检测跟踪技术已成为目前雷达目标探测技术研究的前沿领域。天基雷达探测的空间目标通常具有较高的运动速度和加速度,此时雷达接收到的回波信号存在距离徙动(Range Cell Migration,RCM)和多普勒走动(Doppler Frequency Migration,DFM)问题,目标能量无法在同一个距离单元和多普勒单元中进行积累,从而不利于空间机动目标检测与参数估计。当雷达对目标观测时间较短且回波信号较为微弱时,将使目标检测与参数估计的实现变得更加困难。本文围绕上述问题开展研究,对天基雷达目标检测与参数估计的基本问题进行了分析。论文的主要工作有:第一,对目标回波具有的RCM和DFM问题进行了讨论,通过仿真实验分析了影响RCM与DFM的因素。第二,针对雷达对目标进行单次扫描,提出了一种基于Radon-修正离散线性调频傅里叶变换(Radon-Modified Discrete Chirp Fourier Transform,RMDCFT)的单扫描处理方法。该方法沿目标信号在距离单元-慢时间域内的轨迹对回波能量进行积累,在此基础上实现对目标的检测与参数估计。第三,针对雷达对目标进行多次扫描,提出了一种基于改进频域补偿与分数阶Fourier变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)的多扫描相参检测前跟踪(Track Before Detect,TBD)方法。该方法分别利用改进频域补偿与FRFT对多帧目标回波数据的RCM与DFM问题进行校正,接着在此基础上积累目标回波能量并实现有效的目标检测与参数估计。第四,针对现有的机动目标检测方法存在的运算量较大或需要知道多普勒模糊数的问题,提出了一种基于距离频域多项式相位变换(Range Frequency Polynomial-Phase Transform,RFPPT)的快速方法,该方法利用RFPPT方法在距离频域-慢时间域内对回波的RCM与DFM问题进行校正,运算量较低且能获得较好的目标检测与参数估计性能。


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