[发明专利]基于宽带雷达观测的空间章动目标参数估计方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及参数估计方法，可用于雷达空间目标识别。

背景技术

雷达目标识别技术已成为当今信息领域的一个重要研究方向。空间目标探测、识别和监视能力体现了国家的空间力量和空间战略，是国家战略力量的重要组成部分。有关空间目标识别的基础理论和技术途径有：基于运动特征的识别、宽带ISAR成像识别、基于极化特征的识别、基于RCS序列的统计识别等。近年来，运动特征日益凸显出其在目标探测与识别中的重要性。

对一个目标运动特征的完整描述包括位置、速度、姿态以及角速度等多个参数。其中目标的姿态信息是目标监控的一个重要参数，如对卫星、飞行器的远程遥测与控制。并且以目标姿态作为辅助信息，也已经在目标跟踪和拦截领域得到广泛应用。这是由于对于人造的刚体目标，尤其是飞机、导弹等空中目标，要进行转弯变向等运动，通常要先进行姿态调整，目标机动在目标姿态变化上的反映往往要先于在运动状态量变化上的反映，同时姿态调整的方向和大小也与机动方向和大小有密切的关系。

姿态估计在卫星稳定性分析与再入段落地点预测方面起着重要的作用。如今，除了三轴稳定的飞行器以外，许多飞行器均采用了自旋稳定或双自旋稳定的技术。然而，空间环境的变化会影响自旋飞行器的运动形态，使得飞行器的自旋轴围绕另一与其相交的轴旋转，这种运动称为锥旋。自旋与锥旋的混合运动称为进动，自旋轴与锥旋轴的夹角称为进动角。当进动角以较高的摆动频率、较小的摆动幅度做周期性摆动时，这种运动称为章动。进动角的变化是影响目标姿态分析的重要因素。

如今，雷达跟踪与成像系统已成为飞行器监控与遥感的重要工具。并且，分别基于窄带与宽带的ISAR成像技术现均可从雷达观测中获得飞行器的运行轨道。但由于宽带雷达可以获得关于飞行器的更多信息与更精确的估计，因此，宽带雷达在飞行器监控与遥感领域取得了举足轻重的地位。MIT林肯实验室在雷达目标识别技术研究领域处于国际领先地位，近年来研究了雷达目标识别和超宽带雷达微动特征测量，再加宽带实时观测技术的升级，使得这些观测可用于实时空间目标微动特征提取和识别。随后，一种基于二维ISAR图像获取三维特征的旋转目标姿态估计算法被提出。但是该算法仅考虑了目标恒定旋转运动，而对于实际空间目标，进动不可避免地与旋转目标的自旋耦合在一起，因此如何获取空间目标进动参数估计仍需要进一步研究。

现有技术对此的解决方法是：首先建立锥体目标空间进动数学模型，给出姿态角与空间进动参数的关系式，并利用进动参数获取了反映目标质量分布特性的惯量比，然后通过对目标RCS回波数据进行多项式拟合，估计进动参数。详见参考文献《锥体目标空间进动特性分析及其参数提取》（金文彬等，宇航学报，2004年第25卷第4期）

上述解决方法虽说可以有效地估计出锥体目标的进动参数，但该方法仅适用于进动的锥体目标，因此，对于目标形状未知或目标散射中心位置未知的情况下，空间章动目标的运动参数将无法得到准确估计。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于宽带雷达观测的章动目标参数估计方法，以实现章动目标参数的精确估计。

为实现上述目的，本发明包括如下步骤：

1)通过雷达获取空间章动目标在观测过程中的宽带回波序列，并对此宽带回波序列进行轨道运动补偿，获得该目标多个静态散射中心的高分辨径向距离序列记为r_m，r_m是一个N×1的向量，其中N为章动目标静态散射中心的个数；由径向距离序列得到径向距离序列矩阵记为R，R=[r₁ r₂…r_m…r_M]，其中m=1，2;…，M，M为观测过程中的脉冲个数；

2)对多个静态散射中心的高分辨径向距离序列进行谱估计，得到含有自旋信息和不含自旋信息的两类谱估计结果，再根据谱估计结果得到空间章动目标的锥旋角频率、章动角频率与自旋角频率的初始值；

3)根据空间章动目标与雷达视线的几何方位图，建立章动目标的空间运动模型；

4)利用多个静态散射中心的高分辨径向距离序列矩阵R及三维欧式重构算法，对目标空间运动进行三维欧式重构，得到雷达视角矩阵或目标旋转矩阵C的欧式重构矩阵这两个矩阵的关系表示为：其中O为正交旋转矩阵；

5)根据雷达视角的三维欧式重构矩阵章动目标空间运动模型及锥旋角频率ω_C与章动角频率ω_N的初始值，用迭代法求解以下优化方程：