弹道目标电磁特征提取技术的研究进展

作者:姜卫东 刊名:系统工程与电子技术 上传者:石颖

【摘要】随着弹道导弹突防和防御技术研究的不断深入,对目标特征提取提出了更加严格的要求。在突防设计中需要对目标和诱饵进行特征控制,以提升突防能力;在防御系统中,则需要从多传感器获取的信息中提取目标各种特征,以实现真假弹头的区分。分析和研究了弹道导弹中段目标电磁特征提取技术以及近年取得的成果,包括中段复杂目标逆合成孔径雷达成像技术、目标几何特性反演技术、目标微动特征提取技术等,最后对弹道目标特征提取技术的难点进行了分析,提出了一些解决思路。

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0引言弹道导弹飞行一般经过助推段、中段和再入段。助推段是指发动机点火到关机的飞行阶段,包括弹头与舱体分离、弹头调姿、起旋等;中段是指发动机关机后弹头及伴飞物在大气层外自由飞行的阶段,该段根据需要可采取各种突防措施;再入段是指目标及伴飞物重新进入大气层到地面的飞行阶段。中段飞行时间一般占整个飞行时间70%以上[1-2],且采取的对抗措施复杂多样,是导弹攻防对抗集中体现的阶段。在中段,进攻方设法通过降低/改变目标特征信号、释放假目标、释放干扰等突防手段迷惑和欺骗防御系统的传感器,加大目标探测、跟踪、识别和拦截的难度,达到突防的目的;防御方则设法利用可获得的各种传感器信息,排除人为和自然的干扰,准确地跟踪、识别和拦截真弹头。目标识别一直是弹道导弹突防和防御系统亟待突破的瓶颈技术,其中弹道目标的特征分析和提取技术是其关键。随着传感器性能的不断提升,越来越多的目标信息被揭示出来,使得特征提取的手段和方法日益丰富。自20世纪60年代开始,弹道导弹拦截技术研究热点几经调整,开始集中于再入段“大气过滤”,后研究天基助推段的拦截,到现在的大气层外中段拦截,如何有效解决目标识别一直是其关注的重点[3]。本文介绍在弹道导弹中段电磁特征提取方面近年来取得的主要技术进展,对其技术难点进行了分析,提出了一些解决思路。1中段弹道目标的特点目标电磁散射特性是照射电磁波与目标相互作用的结果,与照射电磁波的波长、极化、带宽以及目标的结构、尺寸、材料、运动形式等因素密切相关。在弹道导弹中段,目标具有以下特点[4-6]:目标与伴飞物高速飞行,且运动形式复杂,包括诱饵释放、自旋、翻滚、进动、振动等;目标的形体、结构复杂,包括弹头、各种诱饵、发动机爆炸碎片等,且材料多样。另外,防御系统制导/识别雷达如美国弹道导弹防御(ballisticmissiledefense,BMD)系统的地基雷达(ground-basedradar,GBR)通常采用大带宽、多极化的复杂信号形式。这些特点决定了中段目标与电磁波相互作用是一个十分复杂的动态电磁散射过程,这个过程进而决定了在中段目标电磁特性分析方面存在一系列与其他目标(如飞机、舰船、坦克等)所不同的科学问题。具体表现在:目标逆合成孔径雷达(inversesyntheticapertureradar,ISAR)成像方面:由于弹头和部分诱饵除了质心运动外(按弹道飞行),其本身具有姿态运动,包括目标的进动、自旋、翻滚等(称为微运动,简称微动),这使得传统的ISAR成像方法很难直接应用于弹道目标成像。目标几何尺寸估计方面:由于目标高速运动,在大时宽带宽条件下一维距离像会产生畸变,需要采用速度补偿方法消除高速运动对一维距离像产生的影响;目标尺寸的估计和目标的姿态相关,而实际测量时目标的姿态很难准确得到,因此在一维尺寸估计时会得到目标径向尺寸随时间变化的序列,使得估计目标的真实尺寸困难。目标微动参数估计方面:目标微动在多种雷达信号形式下的电磁调制模型,及其目标进动周期和进动角等运动参数估计方法具有很大的挑战性。2中段弹道目标电磁特征提取技术2.1弹道目标微动对ISAR成像影响传统的ISAR通过发射大带宽信号获得距离向高分辨,通过目标相对雷达旋转产生的多普勒信息获得横向高分辨,它要求成像积累时间内目标相对雷达有效旋转的方向和大小均不变,即多普勒时不变。在弹道中段,目标轨道运动的同时伴随自旋、进动、翻滚等微动。以目标自旋运动为例,目标相对雷达的转角包含质心运动和自旋运动二分量的合成,不能满足传统ISAR成像条件,ISAR像将产生失真[7]。如图1所示,建立以雷达观测点为

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