天基预警雷达空中运动目标检测方法研究

As the outpost and core equipment of national defense and surveillance system, space-based early warning radar can break through the limits of national boundaries, and realize the long distance and large scale surveillance. Combined with the air moving target detection technique, space-based early warning radar can exhibit the ability to continuously monitor the stealth target. By utilizing the temporal and spatial degrees of freedom, we research the new concepts to improve the air target detection performance based on target motion characteristic. Firstly, we quantitatively analyze the effects of different factors about platform, antenna, radar load, and clutter scattering type on clutter varying characteristic, and then realize the robust clutter rejection after performing the effective system compensation and inhomogeneous sample selection. After precisely compensating the defocusing effects along range and azimuth directions for moving targets, we propose a new super resolution method to accomplish the super estimation of target number. Finally, the air moving targets can be effectively relocated onto their true positions. This research can effectively remedy the deficiency of the existing techniques, promote the new ideas and new methods, and provide the theoretical and technological foundations to improve the anti-stealth ability for a space-based early warning radar system of our country.

作为国家级战略预警体系的前哨和核心，天基预警雷达可以突破国界的限制，实现防区外远距离大范围的预警监视。将其与空中运动目标检测技术相结合，具备对隐身目标持续监视能力。本项目研究利用天基预警系统的时间和空间自由度，并挖掘空中目标的运动特性，通过探索新思路提高天基预警雷达对空中运动目标的探测性能。首先，定量分析平台、天线、雷达载荷、杂波散射类型等不同因素对杂波特性的影响，再通过有效的系统补偿和非均匀样本挑选等步骤实现杂波的稳健抑制；然后对目标的距离-方位散焦影响进行精确补偿，并利用阵列超分辨技术实现密集目标群的信源数超分辨估计；最后，根据杂波和目标空域分布特性的不同实现运动目标的高效定位。本项目综合开展利用天基预警探测技术对空中运动目标检测的理论和方法研究，可有效弥补现有技术的不足，为提升我国反隐身作战能力提供有力的技术支持和理论支撑。

近年来，国际安全形式发生较大变化，我国现有以地/海基远程监视雷达和机载预警雷达为主的预警探测网络尚不具备全球覆盖能力，且在防区外连续探测时间敏感目标的能力明显不足，远程监视低空、超低空隐身空-天目标存在能力短板。天基预警探测系统以轨道飞行器为平台，通过搭载雷达等先进传感器设备遂行探测、监视与跟踪任务，在早期发现、热点监视、全球覆盖等方面具有突出优势，是已有战略预警系统的重要补充，是新一代远程探测监视系统的核心装备，也是未来空间信息技术的重点发展方向。.天基雷达往往处于下视工作状态，平台高速运动导致杂波谱展宽严重，面临距离/速度双重模糊难题；且非正侧视观测、通道响应误差、波束指向误差、杂波分布类型繁多、杂波结构复杂等各种实际因素使得杂波空时耦合特性非常复杂，杂波呈非平稳特性，造成其对消困难。此外，新型隐身飞行器具有高机动飞行特点，且通过先进的气动外形和电磁隐身设计后，雷达回波信号微弱。推远探测距离需要增加积累时间，此时目标跨距离和跨多普勒现象严重，目标信噪比恶化明显，造成目标可靠检测困难。.针对上述难题，本项目主要研究内容包括天基背景下稳健的地/海杂波抑制和空中高机动微弱目标跨门积累检测等。本项目首先建立了星载平台下地物回波多通道信号模型，根据地面网格剖分、杂波后向散射系数模型、杂波幅度分布模型、目标RCS、天线收/发双程方向图加权、地球自转模型、卫星轨道根数、雷达-杂波斜距历程以及雷达-目标斜距历程等众多输入因素建立天基预警雷达多通道系统下的空中运动目标和地面杂波的回波模型；针对天基背景下杂波强、分布非均匀等难题，对天基杂波空-时分布特性进行了分析，并最终设计了稳健的地理杂波抑制算法；针对空中非合作动目标跨距离门和跨多普勒门等问题，提出基于级数反演的目标长时间相参积累检测算法，从而有效提高了空中微弱动目标长时间相参积累检测性能。