卫星分布式短波雷达系统及空间目标探测方法技术方案

本发明专利技术涉及一种卫星分布式短波雷达系统及空间目标探测方法，卫星分布式短波雷达系统由M颗从卫星和一颗主卫星组成，M颗从卫星分别与主卫星进行指令与数据交互，任一从卫星和主卫星均搭载相同的短波雷达载荷；短波雷达载荷由N阵元杆状偶极子天线和电子学系统组成，M+1个短波雷达载荷同步发射相互正交的大功率短波信号、同步接收所有回波信号，对接收到的所有回波信号分别进行在轨处理，获得空间目标初步信息；主卫星上进行分布式雷达信息融合处理，获得空间目标的精确信息。本发明专利技术，具有探测距离远、探测范围大等优势，利用分布式多节点同步相参处理方法，提升小卫星分布式短波雷达信息时效性，且卫星分布式短波雷达系统的复杂度低。度低。度低。

【技术实现步骤摘要】
卫星分布式短波雷达系统及空间目标探测方法


[0001]本专利技术涉及空间探测
，具体涉及一种卫星分布式短波雷达系统及空间目标探测方法。

技术介绍

[0002]近年来，大规模低轨星座建设步伐加快，已经在轨的低轨卫星接近1万颗，随着商业化高密度星座的进一步快速建设，未来10年的低轨卫星数量将超过5万颗。上万颗卫星在低轨高速飞行，将对我国空间基础设施的安全运行造成严重威胁，亟待探索研制空间目标预警与跟踪装备，为我国空间基础设施安全保障提供预警信息。
[0003]光学与红外相机能快速发现与分类空间目标，但定位精度较差，且远距离探测时的视场较小，难以满足远距离大范围空间目标预警需求。传统L、S、C、X、Ku等波段雷达探测距离有限，一般为几十公里至几百公里，难以实现上千公里的远距离探测。

技术实现思路

[0004]鉴于上述技术问题，本专利技术的目的为提供一种卫星分布式短波雷达系统及空间目标探测方法，具有探测距离远、探测范围大、信息时效性高的优势。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种卫星分布式短波雷达系统，卫星分布式短波雷达系统由M颗从卫星和一颗主卫星组成，M颗所述从卫星分别与所述主卫星进行指令与数据交互，任一所述从卫星和所述主卫星均搭载相同的短波雷达载荷；
[0006]所述短波雷达载荷由N阵元杆状偶极子天线和电子学系统组成，M+1个所述短波雷达载荷同步发射相互正交的大功率短波信号、同步接收所有回波信号，对接收到的所有回波信号分别进行在轨处理，获得空间目标初步信息；<br/>[0007]所述主卫星上进行分布式雷达信息融合处理，获得空间目标的精确信息。
[0008]根据本专利技术的一个技术方案，相邻两个所述从卫星之间的间距范围为3km～30km；
[0009]所述主卫星位于后方，M颗所述从卫星位于前方，以绕飞方式飞行；
[0010]M颗所述从卫星分别与所述主卫星进行指令与数据交互，所述指令至少包括波束指向、发射信号参数，数据传输率大于50Mbps。
[0011]根据本专利技术的一个技术方案，所述电子学系统用于大功率短波信号产生、弱回波信号接收与信息在轨处理，所述电子学系统包括N个数字收发单元、雷达主控单元、在轨处理单元与时钟同步单元四个部分；
[0012]所述时钟同步单元用于产生采样时钟f
s
、逻辑时钟f
F
与处理时钟f
p
，并利用卫星平台输出的秒脉冲信号作为驯服时钟对系统时钟进行纠偏。
[0013]根据本专利技术的一个技术方案，所述短波雷达的载荷工作频段为20MHz～30MHz，极化方式为水平极化发射
‑
水平极化接收；
[0014]所述N阵元杆状偶极子天线为数字阵列天线，任一阵元均与一个独立的所述数字收发单元连接，利用N个所述数字收发单元的数字域调幅与数字域调相，对天线波束扫描；
[0015]N个所述数字收发单元所述采样时钟f
s
的范围为100MHz～150MHz。
[0016]根据本专利技术的一个技术方案，所述雷达主控单元用于控制短波雷达系统的信号收发时序与雷达回波数据流，所述主控单元的所述逻辑时钟f
F
的范围为100MHz～150MHz；
[0017]所述在轨处理单元用于实现目标回波信号与信息的在轨处理，采用多FPGA并行处理架构，所述处理时钟f
p
的范围为150MHz～200MHz。
[0018]根据本专利技术的一个技术方案，所述短波雷达载荷同步发射相互正交的所述大功率短波信号的信号体制为线性调频信号，信号工作频段为20MHz～30MHz，中心频率f
c
为25MHz，瞬时带宽B
w
的范围为2MHz～10MHz；
[0019]所述主卫星和所述从卫星上的M+1个短波雷达发射的相互正交信号，工作频段相同，信号脉宽不同，线性调频信号的调频率Km不同，脉冲重复周期TPRP相同。
[0020]根据本专利技术的一个技术方案，任一短波雷达通过N个数字发射单元的数字域移相与数字域调幅。
[0021]根据本专利技术的一个方面，提供了一种利用如上述技术方案中任一项所述的卫星分布式短波雷达系统实现的远距离空间目标探测方法，包括以下步骤：
[0022]步骤S1、所述主卫星和M个所述从卫星接收到目标的散射回波，获得N个数字域回波信号；
[0023]步骤S2、将N个数字域回波信号依次进行数字下变频处理、数字波束形成处理、脉冲压缩处理、三维成像处理、多站雷达信息融合处理及虚警剔除处理，得到多个目标图像数据；
[0024]步骤S3、将多个所述目标图像数据输出至主卫星；
[0025]步骤S4、利用相参处理方法分别对多个目标图像数据进行融合，完成分布式雷达信息融合，获得高信噪比的目标图像；
[0026]步骤S5、利用恒虚警概率检测方法分别对多个目标图像进行新一轮目标检测，根据空间目标出现的三维空间位置索引值计算目标的精确位置。
[0027]根据本专利技术的一个技术方案，在所述步骤S2中，具体包括：
[0028]步骤S201、将N个数字域回波信号数字下变频处理，获得数字域基带回波信号，第m个短波雷达的第n个数字接收单元接收的数字域基带回波信号为r
m,n
(τ,t),m＝1,2,...,M+1,n＝1,2,...,N；
[0029]步骤S202、对N个数字域基带回波信号进行数字波束形成处理，获得高增益回波信号，第m个短波雷达的高增益回波信号为其中，c
n
为N个数字域回波信号的复数权值，复数权值随波束扫描角变化而改变；
[0030]步骤S203、在数字域生成M+1个线性调频信号作为参考信号，利用多个FPGA对回波信号g
m
(τ,t)实现并行脉冲压缩处理，获得M+1个回波信号s
m,m
(τ,t)；
[0031]步骤S204、采用BP成像方法分别对M+1个回波信号s
m,m
(τ,t)进行并行三维成像，获得M+1幅三维图像，记为R
m,m
(x,y,z)，x、y、z分别为三维空间位置索引；
[0032]步骤S205、分别对M+1幅三维图像R
m,m
(x,y,z)进行多站雷达信息融合处理，获得一幅高增益三维图像，记第m个短波雷达的高增益三维图像为G
m
(x,y,z)，且有
w
m
为多站雷达信息融合的复数权值；
[0033]步骤S206、利用恒虚警概率检测方法对高增益三维图像进行目标检测，检测出空间目标，设置检测时的虚警率为1％～5％；
[0034]步骤S207、根据空间目标出现的三维空间位置索引值定位目标，截取出对应的目标图像数据并传输至主卫星。
[0035]根据本专利技术的一个技术方案，在执行所述步骤S1前，还包括：
[0036]主卫星发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星分布式短波雷达系统，其特征在于，卫星分布式短波雷达系统由M颗从卫星和一颗主卫星组成，M颗所述从卫星分别与所述主卫星进行指令与数据交互，任一所述从卫星和所述主卫星均搭载相同的短波雷达载荷；所述短波雷达载荷由N阵元杆状偶极子天线和电子学系统组成，M+1个所述短波雷达载荷同步发射相互正交的大功率短波信号、同步接收所有回波信号，对接收到的所有回波信号分别进行在轨处理，获得空间目标初步信息；所述主卫星上进行分布式雷达信息融合处理，获得空间目标的精确信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，相邻两个所述从卫星之间的间距范围为3km～30km；所述主卫星位于后方，M颗所述从卫星位于前方，以绕飞方式飞行；M颗所述从卫星分别与所述主卫星进行指令与数据交互，所述指令至少包括波束指向、发射信号参数，数据传输率大于50Mbps。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电子学系统用于大功率短波信号产生、弱回波信号接收与信息在轨处理，所述电子学系统包括N个数字收发单元、雷达主控单元、在轨处理单元与时钟同步单元四个部分；所述时钟同步单元用于产生采样时钟f
s
、逻辑时钟f
F
与处理时钟f
p
，并利用卫星平台输出的秒脉冲信号作为驯服时钟对系统时钟进行纠偏。4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述短波雷达的载荷工作频段为20MHz～30MHz，极化方式为水平极化发射
‑
水平极化接收；所述N阵元杆状偶极子天线为数字阵列天线，任一阵元均与一个独立的所述数字收发单元连接，利用N个所述数字收发单元的数字域调幅与数字域调相，对天线波束扫描；N个所述数字收发单元所述采样时钟f
s
的范围为100MHz～150MHz。5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述雷达主控单元用于控制短波雷达系统的信号收发时序与雷达回波数据流，所述主控单元的所述逻辑时钟f
F
的范围为100MHz～150MHz；所述在轨处理单元用于实现目标回波信号与信息的在轨处理，采用多FPGA并行处理架构，所述处理时钟f
p
的范围为150MHz～200MHz。6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述短波雷达载荷同步发射相互正交的所述大功率短波信号的信号体制为线性调频信号，信号工作频段为20MHz～30MHz，中心频率f
c
为25MHz，瞬时带宽B
w
的范围为2MHz～10MHz；所述主卫星和所述从卫星上的M+1个短波雷达发射的相互正交信号，工作频段相同，信号脉宽不同，线性调频信号的调频率Km不同，脉冲重复周期TPRP相同。7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，任一短波雷达通过N个数字发射单元的数字域移相与数字域调幅。8.一种利用如...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏正欢，刘新，卢铮，张闯，徐苗，张涛，国辉，王海涛，张莹，刘宗强，高文宁，张瑶，赵志龙，崔玉福，金世超，岳富占，
申请(专利权)人：北京卫星信息工程研究所，
类型：发明
国别省市：