空间目标探测雷达技术发展及启示

空间目标探测雷达技术发展及启示

空间目标探测是利用各种天、地基探测设备(卫星、光电、雷达等)对所有人造天体向空间进入、在空间运行及离开空间的过程进行探测、关联、特性测定和测轨，并结合情报资料，综合处理分析出目标轨道、功能、威胁等信息，掌握空间态势，向各类航大活动等提供空间目标信息。主要探测特点是非合作性、完备性及长期性等。目前，仅有美国和俄罗斯具备对空间目标编目数据进行定期更新能力。欧洲正在讨论未来空间目标探测系统多项计划，最终将建成‘空间态势感知系统“。

应用雷达成像结果分析卫星失效原因

雷达以其固有特点，在空间目标探测技术发展中起着重要作用，它实时性强、探测信息丰富，可以全天候、全天时对空间目标进行探测、识别和编目。在美国空间监视网中大量使用了地基探测雷达，像位于夸贾林的ALTAIR、ALCOR、MMW和TRADEX以及林肯实验室空间目标探测站的Haystack、HAX和Millstone(MHR)等雷达。欧洲也建设了GRAVES系统和TIRA雷达并充分利用法国Monge测量船Armor雷达以及英国用于大气层和电离层研究的Chilbolton雷达开展空间目标探测活动。 美国空间目标探测雷达技术发展

进入20世纪90年代，关国先后对夸贾林的ALTAIR、ALCOR、MMW和TRADEX以及林肯实验室空间目标探测站的Haystack、HAX和MilIstone(MHR）雷达进行了技术升级改造，使其现代化。目前正在对Haystack雷达进行更人的技术升级改造，完成后称为HUSIR(Haystack Ultra-wideband Satellite Imaging Radar)，即Haystack超宽带卫星成像雷达。 Haystack超宽带卫星成像雷达

这些雷达技术升级主要措施为：> ALTAIR雷达建立了一套用于区分、辨别和跟踪中高轨目标的高分辨波形；>TRADEX雷达改进实时积累算法、增加了凝视方式(Stare Mode)和凝视追踪方式(Stare-and—Chase)、使用更大功率速调管；> ALCOR雷达更新信号处理器支持相参积累和实时成像、使用扩展交互作用速调管(EIK)替换原行波速调管、采用GaAs FET低噪声放人器改进灵敏度；> 毫米波雷达(MMW)35GHz采刚波束波导天线馈源替代了波导馈线、增加了第二部发射机，95GHz系统采用先进的低温致冷固态技术与准光学馈源单元组合，有效提高系统灵敏度；>HUSIR雷达增加了W频段，雷达同时工作在X频段（10GHz频率，1GHz带宽)和W频段(96GHz频率，8GHz带宽)，成像分辨率小于3cm。主要更新升级包括天线、伺服控制、发射机、信号处理等。

欧洲空间目标探测雷达技术发展

欧洲现有一些雷达和光学设施虽然能跟踪空间目标并拍摄其图像，但还未形成空间目标探测体系工作能力，严重依赖于美国资料。为了建立独立的空间目标监视系统，欧空局成立了空间目标探测特别工作组，规划未来欧洲空间目标探测系统(ESSS)。在此系统中，典型的探测雷达包括法国GRAVES系统和德国TIRA雷达。

法国GRAVES系统是目前欧洲唯一不配属美国空间目标探测网的雷达，可以完成典型空间目标探测任务。GRAVES归法国国防部所有，由法国空军操作。该系统可自主汇集和维持编目表。探测低轨极限目标尺寸一般为1m以上，目标总数2200个左右。2005年投入止常运行。

GRAVES系统使用VHF发射机，四个各15mX 6m的平板形相控阵天线，都位于Dijon附近。这些倾斜天线排列成面向南方的半圆，展开一个高度直剑1000km的锥形探测扇面。穿过该探测范围的目标反射同来部分发射功率，利用偶极子平面相控阵大线接收。偶极子平面阵排成一个60m直径的圆面，布在发射机南面380km的机场内。GRAVES系统利用方向角、多普勒和多普勒变化率确定大量目标的轨道根数集。 德国TIRA雷达属于Wachtberg的应用科学研究院。按其跟踪模式，TIRA系统利用各目标的方向角、距离和多普勒米确定其轨道。可探测1000km距离上小至2cm左右的目标。进行统计观测，灵敏度可提高到1cm左右。这时以舣站波求

交会(beam-park)方式运行TIRA和近旁Effelsberg100m射电望远镜，TIRA刚作发射机，Effelsberg用作接收机。TIRA是一台单脉冲跟踪和成像雷达，抛物面大线直径34m，置于49m直径天线罩内。该雷达跟踪目标利用L波段(1.333GHz)，峰值功率1MW；以逆综合孔径雷达对目标成像，工作于Ku波段(16．7GHz)，峰值功率13kw。TIRA的距离一多普勒逆综合孔径Ku波段成像产生距离分辨率高于7cm的图像。德国TIRA雷达对航天飞机成像欧美空间目标探测雷达技术发展特点

综观欧美空间目标探测雷达廊用及技术升级发展历程，可以看出其有以下几方面的技术特点：> 空间目标探测雷达是伴随着弹道导弹、军用卫星及空间攻防武器等系统的发展，得到逐步建立、完善和发展；> 空间目标探测雷达全球部署，作为主要测量、探测设备，全面支撑了弹道导弹鉴定定性飞行试验、反导反卫试验、航大测控及空间目标监视等；> 依据军事需求和相关技术的进步，对己部署的雷达系统不断地进行改进和更新；> 注重新技术研究，力求获取目标的多样信息，在获取目标轨道信息的同时，还注重获取目标的电磁散射特性；> 空间目标探测雷达涵盖了微波全频段，有力支持了目标识别技术发展；> 采用多种体制雷达(如相控阵、电子篱笆等)增强空间目标探测网搜索捕获目标能力；> 空间目标探测雷达实现了空间碎片等微小目标，

同步轨道卫星等超远距离目标超宽带成像观测。 空间目标探测雷达技术发展启示

为了适应未来获取空间目标信息优势的需要，欧美正大力扩展其雷达空间目标探测能力。未来，欧美空间目标探测网将继续改进地基监视系统，着力开发雷达和光电、红外探测技术，并大力开展空间目标探测的数据处理、算法和数据融合等技术研究。纵观美国空间目标探测雷达技术升级发展历程，每次技术升级都紧紧围绕进一步提高雷达探测能力和提升雷达使刚性能而开展。随着现代微小卫星发展和应用，空间目标尺寸越来越小，对雷达空间目标探测能力和成像观测图像分辨率的要求越米越高。今后一个时期，空间目标探测雷达必将围绕超远距离探测和高清晰成像测量两大技术主题快速发展。

超远距离(中高轨空间目标)雷达探测技术

随着科学技术的发展，轨道空间正在成为越米越被关注和大力发展的热点，世界各军事强国也纷纷将各自的军事力量越来越多的向空间延伸。除了通常以民用名义发射的大量通讯、气象等卫星(实际上这些卫星同样具有军事用途)以外，还有用于导航的GPS卫星、用于情报获取的侦察卫星、监视预警卫星，甚至还在发展具备直接进攻能力的空间武器等等。为了及时掌握这些具有战略意义的空间目标信息，欧美空间目标探测网已将发展中高轨道空间目标的超远距离雷

际上已经初步将压缩感知技术应用于实孔径雷达和合成孔径雷达的研究，提出了可压缩雷达(compressed radar)新概念。基于压缩感知的理论和方法，探索和研究宽带雷达(特别是逆合成孔径雷达ISAR)的数据采集、信息还原和成像的新方法和新技术，从而提出能在较低采样速率、较小数据率的条件下实现宽带雷达的高分辨成像处理的理论、方法，为我国新型宽带雷达系统的研制和改进提供关键技术支撑，应重点开展以下几方面研究：> 宽带信号稀疏特征域设计与稀疏度分析与建模技术；> 宽带信号稀疏特征域及测量矩阵构造与相干性分析技术；> 压缩采样信号恢复为原信号最优化重建理论与智能算法；> 压缩采样的软硬件体系结构；> 压缩感知成像处理理论和方法等。

结束语决定雷达技术发展的因素，一是工程任务需求的牵引，二是基础技术进步的支持。我国在雷达探测技术领域，近几年得到快速发展并在航天测控、空间目标探测等领域发挥了重要作用。

通过对欧美空间目标探测雷达技术发展状况分析，全频段、高威力和精细分辨是重要技术发展方向。超远距离、高分辨率成像雷达探测技术是当今世界雷达高新科技中极具挑战性的领域之一，是众多高新技术的高度综合。开展超远距离、高分辨率成像雷达探测技术研究将有力地促进我国空间目标监视技术发展，提升整体水平；同时，带动其它高新技术

的发展，对促进我国经济社会发展具有十分重要的意义。

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