天基微波雷达系统方案设计研究

论文摘要

随着空间技术的发展,人类对空间的开发和利用正由应用空间向控制空间发展,空间飞行器逐步从对地遥感型向空间操作型转变。空间操作包括空间交会对接、在轨模块更换、装配与重构、在轨燃料加注等,这些任务均要求空间飞行器具有对目标的捕获、跟踪和接近的功能。而上述功能的实现依赖于导航设备提供的导航信息,因此,研究适应空间环境的相对导航设备变得越来越重要。天基微波雷达具有不受光照条件限制的特点,因此,在空间操作的应用中具有独特的优势。本文研究的天基微波雷达系统属近程交会型天基微波雷达系统,可提供与空间目标的近程相对导航信息。通过本文的研究,给出了适应空间环境的微波雷达系统方案,并将依据此方案研制天基微波雷达设备,进行实际飞行试验任务。本文首先介绍了近程交会航天器对天基微波雷达系统的技术指标要求,同时对空间目标电磁特性进行了研究;接着分析了运行轨道、空间辐射环境、地球杂波及宇宙背景噪声温度等空间环境对微波雷达系统的影响情况;根据上述要求和分析结果,从脉冲压缩体制、工作频段、角度测量和跟踪体制、目标搜索方式等方面进行了方案分析与比较,确定天基微波雷达系统方案为伪随机序列相位编码压缩体制、Ku频段、单脉冲角度测量与跟踪体制、机械扫描搜索目标方式;最后,对微波雷达系统的作用距离、接收机动态范围、测角精度、测距精度等关键指标进行了分析和仿真,经分析,微波雷达系统方案能满足技术指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 天基微波雷达技术现状
• 1.1.1 天基微波雷达的分类
• 1.1.2 国外天基微波雷达的技术现状
• 1.1.3 国内天基微波雷达的技术现状
• 1.2 研究的目的与意义
• 1.3 论文内容与安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 技术指标要求及空间目标电磁特性研究
• 2.1 天基微波雷达的任务与功能要求
• 2.2 天基微波雷达的技术指标要求
• 2.2.1 目标特性
• 2.2.2 技术指标要求
• 2.3 空间飞行器坐标定义
• 2.3.1 星体坐标系ObXbYbZb
• 2.3.2 轨道坐标系 O0X0Y0Z0
• 2.4 飞行器轨道基本概念
• 2.5 空间目标电磁散射特性分析
• 2.5.1 电磁散射特性概述
• 2.5.2 计算与测试结果
• 2.6 本章小结
• 第三章 天基微波雷达方案设计
• 3.1 空间环境对微波雷达的影响研究
• 3.1.1 运行轨道
• 3.1.2 空间辐射环境的影响
• 3.1.3 地球杂波的影响
• 3.1.4 宇宙背景噪声温度的影响
• 3.2 微波雷达方案选择
• 3.2.1 脉冲压缩工作体制选择
• 3.2.2 工作频段选择
• 3.2.3 工作频率捷变
• 3.2.4 角度测量和跟踪体制
• 3.2.5 目标搜索
• 3.3 微波雷达的技术方案
• 3.3.1 总体设计
• 3.3.2 组成及方案
• 3.4 本章小结
• 第四章 天基微波雷达的指标分析
• 4.1 脉冲压缩
• 4.2 微波雷达作用距离
• 4.2.1 工作模式1
• 4.2.2 工作模式2
• 4.2.3 工作模式3
• 4.3 接收机动态范围
• 4.4 测角精度分析
• 4.5 距离测量精度
• 4.6 不模糊速度测量范围和测速精度
• 4.6.1 不模糊速度测量范围
• 4.6.2 测速精度
• 4.7 地球杂波对微波雷达检测性能的影响
• 4.8 宇宙背景噪声温度对微波雷达探测性能的影响
• 4.9 微波雷达捕获概率与捕获时间分析
• 4.10 本章小结
• 第五章 全文总结
• 5.1 主要结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文