分布式天基雷达卫星编队与波束形成技术研究

摘要

分布式天基雷达突破了传统雷达对基线长度（天线孔径）的限制，具有更高的角分辨力和动目标检测性能。卫星编队构型设计和波束形成技术是分布式天基雷达的重要研究内容。本文主要针对上述两方面内容进行了研究，并着重考虑了J2项摄动对卫星编队和波束形成的影响。
　　首先介绍了卫星编队飞行理论，得到了采用轨道根数差描述的相对运动方程。然后介绍了轨道摄动的理论和几种主要的摄动因素，并指出对于近地轨道卫星，地球非球形摄动和大气阻力摄动是主要的摄动因素，分析了J2项摄动对卫星编队的影响。这些为研究和分析摄动对卫星编队和波束形成的影响奠定了基础。
　　接下来，通过引入五要素的构型参数，由轨道根数差描述的相对运动方程，得到了编队构型设计方法。然后简要介绍了几种典型的编队构型。为了减小摄动对卫星编队的影响、提高编队的受摄稳定性，推导了对编队构型进行改进的轨道半长轴修正公式，仿真验证了修正公式能有效减小卫星编队的摄动。在考虑对J2项摄动进行轨道长半轴修正的情况下，对空间圆编队和串行式编队进行了仿真，并对仿真结果进行了定量的分析。
　　在分布式天基雷达中，各个小卫星的位置决定了分布式阵列各个阵元的位置，分布式天基雷达卫星编队受到的摄动对波束形成也有影响。分布式天基雷达空间圆编队和串行式编队的小卫星分别可以抽象为一个均匀圆阵和一个均匀直线阵，分别对采用空间圆编队和串行式编队的分布式天基雷达波束形成进行仿真，并在仿真基础上分析了J2项摄动对分布式天基雷达空间圆编队和串行式编队波束形成的影响，定量分析了波束指向的偏移量。
　　分布式天基雷达的天线阵列是一个超稀疏阵列，为了探究自适应波束形成算法是否也适用于超稀疏阵列以及对波束主瓣和栅瓣有何影响，最后以串行式卫星编队为例，对分布式天基雷达进行了基于MVDR算法的波束形成仿真及分析。

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外发展动态

1.3 本文的主要工作

第二章 分布式天基雷达卫星编队和轨道摄动理论

2.1 概述

2.2 二体问题和轨道根数

2.3 卫星编队飞行相对运动学

2.4 卫星轨道摄动

2.5 本章小结

第三章 分布式天基雷达卫星编队构型设计

3.1 概述

3.2 构型设计方法

3.3 J2项摄动下的编队构型分析与改进

3.4 分布式天基雷达卫星编队仿真

3.5 小结

第四章 分布式天基雷达波束形成

4.1 概述

4.2 波束形成原理简介

4.3 分布式天基雷达空间圆编队波束形成

4.4 分布式天基雷达串行式编队波束形成

4.5分布式天基雷达的自适应波束形成

4.6 本章小结

第五章 结束语

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果