空天目标电磁散射特性建模与特征认知研究

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2023.03.010

摘要/Abstract

摘要：

空天目标的准确探测是识别面临的首要问题，目标电磁散射特性是雷达传感器目标识别的重要依据。概述了国外空天目标电磁散射特性研究发展现状，针对高动态复杂结构空天目标电磁散射精确建模、高效仿真和识别应用的普适性等难点问题，提出了空天目标电磁散射特性建模与特征认知技术研究途径。并结合仿真算例阐述了目标群动态场景构建、目标特性高效生成，以及微动、分离和目标群等典型动态场景特征认知的实现方法；针对未来空天目标发展引起的散射机理变化，提出了未来空天目标特性深化研究的发展设想。

关键词: 空天目标, 目标特性, 电磁散射特性, 动态场景, 高效生成, 特征认知

Abstract:

Accurate detection of aerospace target is the primary challenge of recognition. The electromagnetic scattering characteristics are an important basis for radar sensor-based target recognition in defense systems. This paper summarizes the current status of foreign research on the electromagnetic scattering characteristics of aerospace target. Aiming at the difficulties such as accurate modeling， efficient simulation， and recognition of application of electromagnetic scattering characteristics of aerospace targets with high dynamic and complex structures， the research approach of electromagnetic scattering characteristics modeling and feature recognition technology of aerospace targets are proposed. Combined with simulation examples， it expounds the methods for realizing dynamic scene construction of target groups， efficient generation of target characteristics， and feature cognition of typical dynamic scenes such as micro-motion， separation and target groups. This paper analyzes changes in the scattering mechanism caused by the future development of aerospace targets and presents ideas for deepening research on the characteristics of aerospace defense targets.

Key words: aerospace target, target characteristic, electromagnetic scattering characteristics, dynamic scene, the efficient generation, feature cognition

中图分类号:

TN959.1⁺7

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图/表 17

图1 美国“地-海-空-天”一体化测量手段

Fig. 1 The “land -sea-air-space”measurement system in the United States

图2 空天目标特性动态仿真研究思路

Fig. 2 Research on dynamic simulation of aerospace target characteristics

图3 常用坐标系示意图

Fig. 3 Common coordinate system diagram

图4 进动目标飞行场景示意图

Fig. 4 Precession target flight scenario

图5 四部雷达的雷达视线角

Fig. 5 Radar line of sight angle of four radars

图6 目标结构

Fig. 6 Target structures

图7 基于射线管分裂技术的高频渐近方法

Fig. 7 High frequency asymptotic method based on ray tube splitting technique

图8 多源散射中心动态电磁散射特性生成模型

Fig. 8 Model for generating dynamic electromagnetic scattering characteristics of multi-source scattering centers

图9 压缩重构比对图

Fig. 9 Compressed reconstruction comparison diagram

图10 锥类微动目标一维距离像历程图

Fig. 10 One-dimensional range profile history diagram of cone micro-motion target

图11 目标进动角和结构参数求取流程图

Fig. 11 Flow chart of acquiring target precession angle and structural parameters

表1 不同方法提取的进动角对比

Table 1 Comparison of precession angles extracted by different methods

方法	t/s	θ /（°）	e/（°）
真实值		10
最大最小值方法	2	9.719 8	0.280 2
曲线拟合的方法	0.8	9.927 6	0.072 4

图12 1s内一维距离像的变化

Fig. 12 Change of one-dimensional range profile in one second

表2 不同时刻目标散射性变化

Table 2 Changes of targets scattering at different times

时刻t/s	0.1	0.2	0.3	0.4	0.6	0.7
分散特性	4.127	4.442	6.548	8.680	11.166	12.985

表3 三目标、水平分布时的k值与误差

Table 3 k value and error when three targets are horizontal arrangement

目标方位	距离500 mm		距离1 000 mm
目标方位	k值	误差/%	k值	误差/%
0~60°前侧向	5.9	21.05	5.1	27.52
60°~120°侧向	1.9	34.40	1.9	29.79
120°~180°后侧向	1.7	16.94	2.0	4.16

表4 三目标、垂直分布时的k值与误差

Table 4 k value and error when three targets are vertical arrangement

目标方位	距离500 mm		距离1 000 mm
目标方位	k值	误差/%	k值	误差/%
0~60°前侧向	5.3	20.01	6.6	24.65
60°~120°侧向	1.5	32.36	1.7	30.35
120°~180°后侧向	1.8	16.94	1.9	17.07

表5 三目标、三角分布时的k值与误差

Table 5 k value and error when three targets are triangle arrangement

目标方位	距离500 mm		距离1 000 mm
目标方位	k值	误差/%	k值	误差/%
0~60°前侧向	2.7	16.74	3.1	19.89
60~120°侧向	1.6	35.05	1.9	18.50
120°~180°后侧向	2.1	3.88	2.0	4.30

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