[发明专利]一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法

说明书

本发明公开了一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法，包括如下步骤：计算目标运行轨迹和过顶时间、设置成像中心时刻、计算方位角、仰角、成像启停时刻和目标斜距、设置冗余斜距和初始发射脉宽、选择PRF、判断D_c是否超过上限、计算回波窗长度和D_r、判断D_r是否超过存传能力、计算回波起始时间、调整波束指向、计算天线增益和回波信号强度、设置MGC、进行成像。本发明充分考虑待成像空间目标运动特性和雷达系统限制，结合STK软件，解决了传统空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计中目标运动参数、雷达波束指向和系统参数计算精度不足的问题。通过机械扫描和电扫描相结合的方式，实现了空间目标逆合成孔径雷达成像所需的波束指向，降低了实现成本和复杂度。

技术领域

本发明涉及一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法，通过地基逆合成孔径雷达对空间目标进行高分辨率成像时的雷达系统参数设计，属于雷达系统设计技术领域，所述的空间目标包括卫星、空间站、飞船和火箭末端等。

背景技术

自从1957年10月4日，前苏联成功发射首颗人造地球卫星以来，世界航天技术蓬勃发展，将人类的活动范围扩展到外层空间，极大地扩展了人类的视野，催生了如卫星导航、通讯和广播等一系列深刻改变人类生活方式的航天应用。随着航天技术的发展，人类向太空中发射了大量的航天器，截止2014年，全球已经成功发射了近7000个航天器。如此众多的航天器在给人类生活提供便利的同时，也给后续的航天器发射和人类信息安全带来潜在的威胁。此外，太空中密布的空间碎片、报废的航天器残骸和弹道武器也给人类的安全带来巨大风险。因此，非常有必要对空间目标进行检测、成像、识别和编目。

逆合成孔径雷达(ISAR)是一种能够对非合作运动目标进行成像的高分辨率微波遥感系统，它利用运动目标相对于静止雷达所产生的逆合成孔径获得方位向高分辨率，利用宽带信号获得距离向高分辨率。ISAR具有全天时、全天候、作用距离远和成像分辨率高等优点，适合对空间目标进行观测，可以用来进行卫星动态监视，空间碎片检测、空间编目、导弹预警等，对于空间态势感知，保障航天飞行安全具有重要意义。

南京理工大学曹向东在题为《空间目标成像的ISAR技术研究》的硕士学位论文中，对空间目标逆合成孔径雷达成像系统设计和信号处理进行了介绍和研究，但该文并未针对空间目标特点，给出精确的目标轨道参数计算和雷达系统参数设计方法。电子科技大学范录宏在题为《逆合成孔径雷达成像与干扰技术研究》的博士学位中，对空间卫星目标ISAR成像原理、回波信号模拟和卫星运动模型进行了分析，但该文给出的运动模型不能满足高精度成像需求，并且没有给出相应的指向参数计算和系统设计方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法，通过充分考虑待成像空间目标运动特性和雷达系统限制，结合STK软件虚拟技术，给出了一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法，解决了传统空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计中待成像空间目标运动参数、雷达波束指向和系统参数计算精度不足的问题。通过机械扫描和雷达天线电扫描相结合的方式，实现了空间目标逆合成孔径雷达成像所需的波束指向，降低了实现成本和复杂度。

本发明的技术解决方案是：

一种空间目标逆合成孔径雷达成像参数设计方法，包括如下步骤：

第一步：根据已知的空间目标轨道参数，计算空间目标运行轨迹；在卫星仿真工具包软件中建立虚拟待成像空间目标，将最新的轨道数据导入STK软件，更新目标轨道信息；

第二步：为第一步建立的虚拟待成像空间目标设置一个虚拟传感器，根据ISAR天线最大扫描范围设置垂直半角θ_VHA，垂直半角θ_VHA的计算方法如式(1)所示：