[发明专利]一种基于空间等离子体云的集群无人机超视距探测方法

权利要求书

1.一种基于人工空间等离子体云的VHF频段集群无人机超视距探测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，空间等离子体云生成及时空演化建模：具体包括空间等离子体云生成方法、空间等离子体云扩散过程和空间等离子体云时空演化仿真；

选碱金属或碱土金属作为释放物质，铯Cs蒸气在光照条件下释放，在电离层中光致电离产生等离子体云，光致电离方程如下：

Cs+hv→Cs⁺+e^- (1)

铯Cs蒸气光致电离产生的等离子体云扩散过程满足以下扩散方程：

其中n_e为等离子体云电子密度，D_a为电子双极扩散系数，设等离子体云电子密度服从高斯分布，可以求解得到等离子体云电子密度分布：

其中Q为等离子体云电子总量，r_g为等离子体云初始半径；

根据释放物在电离层中膨胀和扩散的动力学过程与化学反应过程，以及等离子体云沿地磁场的扩散和形态调制，考虑等离子体云的漂移过程，建立等离子体云全生命周期时-空四维演化理论模型，仿真得到等离子体云时空演化过程；

步骤2，空间等离子体云超视距探测双程传播计算：

利用三维射线追踪方法和几何绕射理论，计算等离子体云的有效作用频段、信号传播模式、回波信号衰落，针对可能出现的多模传播情况，建立发射雷达-空间等离子体云-空中目标-等离子体云-接收雷达的双程传播模型；对单程链路传播进行计算，包括射线传播路径、信号多径衰落；

步骤3，雷达回波信号检测与多模杂波抑制方法：具体包括回波信号检测、背景电离层多模杂波抑制和海杂波抑制；

采用恒虚警技术进行雷达回波信号检测，首先确定杂波模型，然后估计杂波功率，最后根据虚警率及检测概率确定自适应门限，上述的虚警率保持恒定，不随背景杂波强度的变化而变化；

对于集群无人机高速目标，除了扫频周期要满足最大多普勒频率的要求以外，相干积累时间也必须满足有效积累的要求；对于速度过大、在一个检测周期内移出距离元的目标，采用距离向目标信号积累实现杂波抑制和目标检测要求；

步骤4，集群无人机目标识别：

包括目标类型识别、集群个数预估、队形跟踪与动态辨识；通过方位向波束宽度和距离向脉冲宽度，研究评估基于等离子体云反射的最小探测分辨单元；分析无人机集群的编队和飞行速度，为集群无人机目标探测提供目标特性参数，形成支撑超视距探测，表征典型集群无人机目标的“指纹”信息库；

针对集群无人机超视距探测和分辨需求，利用无人机集群典型参数，模拟生成目标特性数据，考虑路径上的传播因素，模拟生成探测回波，利用建立的双程传播模型和超视距探测模型，参考现有天波和地波超视距雷达体制及关键参数的典型设计值，考虑调频连续波体制FMCW、调频断续波体制FMICW，模拟计算回波信号幅度、斜距和多普勒频率，研究多普勒频域检测鉴别方法，研究高密度等离子体云反射的超视距回波信号目标识别方法。