空间目标ISAR成像及威胁评估技术研究.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

近年来，航天技术发展迅速，卫星、星座等数量不断增多并且应用于生活

中的各个方面。同时，空间对抗、空间博弈也成为各国争先发展的领域，对空

间目标的探测、对其运动行为进行解译受到越来越多人的关注。雷达具有强大

的探测能力，合成孔径技术的提出提高了雷达的分辨率也拓宽了雷达的使用方

式与场景。因此，利用ISAR技术可以有效解决空间目标成像、态势感知等众

多问题。本文依据地基雷达探测方式，对上述问题展开研究工作。

首先，研究了空间目标ISAR成像算法。对空间目标探测的基础是成像，构

建目标与雷达相对位置关系以及回波模型，利用包络对齐和相位校正对平稳运

动的空间目标进行成像。并且针对实际应用场景的需要，仿真不同频段的雷达

载波验证算法的可行性。针对模型点数多且运动导致的散焦问题，利用参数估

计在信号分辨上的优势，采取参数估计方式改善成像质量。

接下来，主要针对自旋、进动、章动三种运动状态对包含微多普勒运动的

回波进行建模，利用时频分析方法对回波信号进行分析，并与理论推导直接得

到的微多普勒信号进行对比。分析不同时频分析方法处理微动回波的特性，并

根据后续研究工作选择一种方法作为信号处理的基础。并根据此方法处理仿真

得到的旋转状态飞行器回波数据，得到飞行器的微多普勒频率以及所反映出的

关键部件位置与参数信息。

然后，研究空间目标微动特征提取问题。考虑到空间目标部件与主体运动

不一致的情况，对刚体与微动组合体进行回波建模，利用二者的时频域特点，

将微动回波与刚体回波进行分离。并借鉴分离微动回波的思想对旋转的空间目

标进行去微动成像，得到成像质量明显提高的ISAR图像。将去微动图像经过

图像形态学处理后，标记关键部件轮廓从而得到目标的结构信息。考虑到目标

变速机动的情况，通过基于相位差分线性调频信号聚集度的方法，对微动曲线

遭到破坏的旋转进行周期求解。

最后，对空间目标威胁评估相关问题进行研究。分析了威胁评估相关理论

体系，针对单目标和多目标情况，研究两种不同的威胁等级评估方法，并且考

虑到实际应用场景将其封装成可独立安装运行的软件。最后引入实验数据，针

对实验目标的运动进行威胁等级的评估。

关键词：空间目标；微多普勒；微动特征；威胁评估

-I-

哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract

Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofspacetechnology,thenumberof

satellites,constellations,etc.isincreasingandappliedtoallaspectsoflife.Atthe

sametime,spaceconfrontationandspacegameshavealsobecomeareaswhere

countriescompetefordevelopment.Thedetectionofspacetargetsandthe

interpretationoftheirmovementbehaviorhavereceivedincreasingattention.Radar

haspowerfuldetectioncapabilities,andtheintroductionofsyntheticaperture

technologyhasimprovedtheresolutionofradarandbroadeneditsusageand

scenarios.Therefore,theuseofISARtechnologycaneffectivelysolvenumerous

probl