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基于STK的临近空间飞行器雷达探测仿真研究

作　者: 尚学刚
导　师: 王雪松
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 临近空间飞行器地基雷达探测性能分析天基预警系统优化设计
分类号: TN953
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

临近空间是空天一体化作战的重要战略领域,其独特的资源优势已成为各国关注的热点和焦点,将成为21世纪应用高技术开发利用的重点空间领域。临近空间飞行器是代表未来飞行器发展趋势的新一代飞行器,它的出现,极大的改变了空间作战的概念和内涵,对传统的作战模式产生了颠覆性的影响。随着临近空间飞行器研发制造技术的不断进步和突破,在不久的将来,临近空间飞行器将成为参与空间对抗及服务国家安全的重要角色。同时,对其探测研究也将随之深入并将成为世界各军事强国研究的前沿热点问题。本文围绕雷达探测临近空间飞行器的可行性问题进行了研究讨论,分析了临近空间飞行器目标的特性,应用STK软件分别对单部地基雷达和组网雷达对临近空间飞行器的探测能力进行了仿真分析,得出了地基雷达难以满足对临近空间飞行器预警需求的结论。进而提出天基雷达探测方案,对天基雷达预警系统的探测需求、系统设计和探测能力进行了初步的探讨,指出了天基雷达探测系统设计的复杂性和需注意的问题。第一,概述了临近空间飞行器有别于传统航空器和航天器的动力学特性;描述了临近空间飞行器的物理结构特性;对临近空间飞行器在不考虑气动特性和考虑气动特性两种情况下的电磁散射特性进行了分析。第二,依据雷达探测原理和监视雷达方程,分析了单部地基雷达对不同飞行高度和飞行速度的临近空间飞行器探测情况,归纳出了飞行高度和飞行速度对雷达探测能力的影响规律;针对单部地基雷达探测能力有限的问题,讨论了横向和纵向等不同布站模式下雷达组网的探测性能。第三,根据监视雷达方程,阐述了天基雷达探测的基本要求和功率孔径要求;对天基预警系统平台即卫星轨道特性进行了分析;讨论了地球同步静止轨道和低地圆轨道单轨道全覆盖优化设计方案;仿真实现了多星座、多轨道全球覆盖。最后,总结回顾了论文内容,对后续研究提出了建议和展望。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 临近空间飞行器预警系统国内外研究现状  12-15
    1.2.1 美国预警系统现状  12-13
    1.2.2 俄罗斯预警系统现状  13-14
    1.2.3 其它国家和地区的预警系统  14-15
  1.3 STK 及其在文中的应用  15
  1.4 论文主要工作及结构安排  15-18
第二章临近空间飞行器特性分析  18-25
  2.1 临近空间飞行器的动力学特性  18-19
  2.2 临近空间飞行器的物理结构特性  19-20
  2.3 临近空间飞行器的电磁散射特性  20-24
    2.3.1 常规目标的RCS 特性  21-22
    2.3.2 临近空间飞行器电磁散射的影响因素分析  22-24
  2.4 本章小结  24-25
第三章地基雷达对临近空间飞行器的探测能力分析  25-44
  3.1 雷达探测基本原理及要素  25-29
  3.2 单部雷达对临近空间飞行器探测能力的仿真分析  29-37
    3.2.1 地球曲率对探测性能的影响  30-34
    3.2.2 飞行速度对探测性能的影响  34-37
  3.3 组网雷达对临近空间飞行器的探测仿真  37-43
    3.3.1 横向布站模式设计  38-40
    3.3.2 纵向布站模式设计  40-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章天基雷达预警系统的优化设计和探测能力仿真分析  44-61
  4.1 天基雷达探测的需求分析  44-48
    4.1.1 天基雷达探测的基本要求  45-46
    4.1.2 天基雷达功率孔径要求  46-48
  4.2 天基预警系统的轨道设计方案  48-53
    4.2.1 卫星轨道分类及要素  49-51
    4.2.2 天基雷达预警系统的轨道选择  51-52
    4.2.3 天地一体化  52-53
  4.3 天基雷达预警系统可行性仿真分析  53-60
    4.3.1 地球同步静止轨道覆盖方案  53-56
    4.3.2 单轨道全覆盖分析  56-58
    4.3.3 基于多轨道面覆盖的优化设计  58-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章结束语  61-63
致谢  63-64
参考文献  64-67
作者在学期间取得的学术成果  67-68
附录A STK 卫星工具包(Satellite Tool Kit)  68-78
  A.1 STK（卫星工具包）介绍  68
  A.2 STK 主要功能  68-69
  A.3 STK 的功能模块  69-77
  A.4 STK 在仿真中的特点  77-78

基于STK的临近空间飞行器雷达探测仿真研究

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