典型衛(wèi)星目標(biāo)在不同姿態(tài)條件下的寬帶散射特性

1 引言
　　現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中，衛(wèi)星的作用越來(lái)越明顯，對(duì)于衛(wèi)星目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別和跟蹤也變得越來(lái)越重要。衛(wèi)星等空間飛行器都有著特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這種規(guī)律可以由軌道狀態(tài)參數(shù)和姿態(tài)狀態(tài)參數(shù)來(lái)描述。為了能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地對(duì)衛(wèi)星目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視、跟蹤和識(shí)別，必須了解衛(wèi)星目標(biāo)在工作中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，這種變化尤其是姿態(tài)變化可以反映在衛(wèi)星目標(biāo)的電磁散射規(guī)律變化上來(lái)，因此了解衛(wèi)星目標(biāo)在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下特別是在不同姿態(tài)條件下的電磁散射規(guī)律就變得十分重要，這些規(guī)律是進(jìn)行目標(biāo)探測(cè)識(shí)別的重要先驗(yàn)信息。
　　靜態(tài)地獲取衛(wèi)星目標(biāo)的電磁散射特性主要有三種方法：第一，根據(jù)目標(biāo)幾何及材料描述進(jìn)行理論建模和計(jì)算；第二，給定工作頻率和極化條件下進(jìn)行全尺寸目標(biāo)測(cè)量；第三，在微波暗室內(nèi)對(duì)目標(biāo)的縮比模型進(jìn)行測(cè)量。如果需要?jiǎng)討B(tài)了解在軌衛(wèi)星目標(biāo)的電磁散射規(guī)律則需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的雷達(dá)觀測(cè)。從公開(kāi)發(fā)表的的文獻(xiàn)來(lái)看，對(duì)于衛(wèi)星目標(biāo)散射特性研究方法多集中于全尺寸和縮比模型測(cè)量，動(dòng)態(tài)觀測(cè)也主要通過(guò)窄帶地基雷達(dá)獲取衛(wèi)星目標(biāo)的RCS，當(dāng)前地基雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)之一是發(fā)展超寬頻帶雷達(dá)和脈沖雷達(dá)，脈沖雷達(dá)或?qū)掝l帶雷達(dá)可以獲得更多的被探測(cè)目標(biāo)信息，從而極大地提高雷達(dá)的目標(biāo)探測(cè)識(shí)別能力?？紤]雷達(dá)的這種發(fā)展趨勢(shì)，深入研究衛(wèi)星目標(biāo)在不同姿態(tài)條件下的寬帶散射特性就顯得十分必要。
　　本文采用FDTD方法針對(duì)典型自旋穩(wěn)定衛(wèi)星目標(biāo)在“翻滾”、“俯仰”姿態(tài)下進(jìn)行了時(shí)域計(jì)算，得到了目標(biāo)的電磁散射特性隨姿態(tài)變化的規(guī)律，結(jié)果顯示自旋穩(wěn)定衛(wèi)星的翻供姿態(tài)變化更易引起散射特性改變，這使得翻滾姿態(tài)變化成為空間目標(biāo)識(shí)別依據(jù)。這些結(jié)果將有助于寬帶信號(hào)體制地基雷達(dá)更好地進(jìn)行空間目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別和跟蹤。
　　2 衛(wèi)星目標(biāo)的姿態(tài)描述
　　研究或討論衛(wèi)星等空間飛行器的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)，首先需要建立空間參考坐標(biāo)系和衛(wèi)星體坐標(biāo)系。
　　圖1給出了衛(wèi)星姿態(tài)描述的坐標(biāo)約定：其中衛(wèi)星體坐標(biāo)系{OXbYbZb}的坐標(biāo)原點(diǎn)O定義在衛(wèi)星的質(zhì)心，三個(gè)坐標(biāo)軸Xb、Yb、Zb分別與衛(wèi)星的慣性主軸一致；軌道坐標(biāo)系{OXoYoZo}的原點(diǎn)也定義在O處，軌道坐標(biāo)系的坐標(biāo)平面為衛(wèi)星軌道平面，Zo軸由衛(wèi)星質(zhì)心指向地心，Xo軸在軌道平面內(nèi)與Zo軸垂直并指向衛(wèi)星速度方向，Yo軸與Xo、Zo軸右手正交且與軌道平面的法線平行。這樣衛(wèi)星的姿態(tài)運(yùn)動(dòng)就可以用坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置變化來(lái)描述。本文采用［1］定義的旋轉(zhuǎn)順序來(lái)描述衛(wèi)星的姿態(tài)，即：“翻滾”、“俯仰”、“偏航”。