空間目標監(jiān)視裝備技術的發(fā)展研究

張煜

（武警工程大學，陜西 西安 710000）

空間與國家政治、經(jīng)濟密切相關。以全球空間對抗戰(zhàn)略作為背景，空間目標監(jiān)視系統(tǒng)的完善性具有重要意義。在航天器數(shù)量逐漸增加的情況下，也加大了空間飛行物出現(xiàn)碰撞的可能性。因此，相關工作人員應加大對空間目標監(jiān)視裝備技術的研究，促進整個系統(tǒng)建設，推動我國空間領域發(fā)展。

1 空間目標監(jiān)視裝備技術發(fā)展分析

1.1 空間目標監(jiān)視系統(tǒng)分析

在空間目標監(jiān)視系統(tǒng)中，可以實現(xiàn)對目標衛(wèi)星飛行狀態(tài)的把控，為飛行安全提供有效保障。以雷達探測范圍作為參考，實現(xiàn)對衛(wèi)星穿屏時間的監(jiān)控，確定衛(wèi)星位置，從而實現(xiàn)對衛(wèi)星的有效控制。圖1 為空間目標監(jiān)視功能模型。

圖1 空間目標監(jiān)視功能模型

針對空間目標監(jiān)視系統(tǒng)，其主要功能集中在預報、分析兩個方面。以地軌衛(wèi)星為例，在攝動力作用下，衛(wèi)星運動軌跡為螺旋狀。在空間運行過程中，通過雷達檢測，可以跟蹤衛(wèi)星運行位置以及速度，實現(xiàn)信息獲取。借助數(shù)據(jù)融合中心，能夠?qū)崿F(xiàn)對處理完成衛(wèi)星信息的獲取，并予以軌道預報。同時，以某一雷達覆蓋范圍作為參考，系統(tǒng)可以完成相應的計算工作，通過預報信息，得出目標衛(wèi)星運行軌道弧段，并進一步完成過境預報，在未來，當衛(wèi)星穿過雷達探測范圍時，系統(tǒng)能夠得到相應的信息，獲取到具體的位置、時刻。

1.2 空間目標監(jiān)視裝備分類

在空間目標位置中，涉及6 個軌道根數(shù)參量，完成唯一表出。其中，軌道半長徑、傾角以及平近點角、偏心率等較為常用?？臻g目標與軌道根數(shù)相對應，兩者存在唯一性。以本質(zhì)角度出發(fā)，在空間監(jiān)視系統(tǒng)中，測量相應的目標位置以及速度，可將4 個軌道根數(shù)參量進行提取，從而實現(xiàn)軌道的預測和確定，完成目標編目。

總體而言，空間目標監(jiān)視系統(tǒng)具有較高的復雜性，涉及目標軌道確定、編目、識別等多項任務，該任務的完成度與傳感器探測水平、雷達覆蓋程度密切相關。以廣義視角出發(fā)，空間目標監(jiān)視網(wǎng)的構(gòu)成包括目標普測以及精測系統(tǒng)。其中，普測型系統(tǒng)具有廣域探測能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的捕捉，并得到更多目標觀測信息。而精測型以普測型系統(tǒng)信息獲取作為參考，完成相應的引導工作，能夠提升跟蹤測量的精度，完成空間目標成像。這兩種系統(tǒng)具有相輔相成的作用，借助有效相互配合，與空間目標監(jiān)視需求具有一致性。通過對各國空間目標監(jiān)視裝備進行總結(jié)，裝備具體分為兩類。即地基監(jiān)視裝備以及天基監(jiān)視裝備。在地基監(jiān)視裝備中，包括普測型雷達、探測跟蹤雷達、精密跟蹤雷達以及深空光學觀測裝備等。在天基監(jiān)視裝備中，包括高軌可見光、紅外觀測裝備、中低軌可見光、紅外觀測裝備以及中低軌雷達探測裝備。

1.3 空間目標監(jiān)視裝備技術

（1）軌道/質(zhì)量特征識別技術。在空間目標軌道中，其參數(shù)選擇主要以具體執(zhí)行任務作為依托。參考雷達探測數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)對空間目標運行軌道的確定，并進一步明確空間目標任務、類型。同時，受到外力矩作用影響，在失效空間目標軌道中，其參數(shù)變化十分顯著。因此，以雷達跟蹤測量數(shù)據(jù)作為參考，可以實現(xiàn)對衛(wèi)星工作狀態(tài)的判斷。

（2）RCS 特征識別技術。在目標雷達散射截面中，其受到多種因素影響，包括目標結(jié)構(gòu)、雷達工作頻率等，具體還包括天線極化形式以及目標姿態(tài)等。通過應用有效分析方法，可以完成目標屬性信息提取，并進一步提升其豐富性。建立在完成空間目標RCS 處理的基礎上，可以有效保障目標姿態(tài)的穩(wěn)定。同時，利用譜分析方法，在自旋目標中，能夠?qū)崿F(xiàn)對頻率的確定。借助RCS 方向圖，可以判斷目標的形狀，評估其大致尺寸。

（3）窄帶波形信息識別技術。以遠距離探測作為研究方向，在空間目標監(jiān)視系統(tǒng)中，針對雷達發(fā)射脈沖，其時寬較寬，帶寬相對較窄。同時，在目標不同的情況下，調(diào)制回撥波形存在差異較為明顯，這有利于通過波形特征，實現(xiàn)對目標的分類識別。

（4）寬帶一維距離像識別技術。針對雷達信號發(fā)射，當頻帶處于寬度充足的情況下，目標能夠?qū)崿F(xiàn)對多個距離分辨單元的占據(jù)，進而促進一維距離像的形成。同時，在目標一維距離中，可以完成對目標幾何形狀的反應，確定其結(jié)構(gòu)特征，具體特征包括目標散射中心數(shù)目、徑向長度等，實現(xiàn)寬帶一維距離像識別技術的應用落實。具體而言，其識別方法共計三類：①應用一維距離像，能夠完成目標的匹配識別，但是受到該方法在敏感性方面的限制，識別性能受到影響。②在一維距離像中，可對其變換特征進行提取，完成目標識別，這種方法對敏感性要求相對較差，因此具有一定的可操作性。③在一維距離像中，可根據(jù)其幾何結(jié)構(gòu)、物理特性，完成識別任務。通過應用參數(shù)評估方法，完成對散射中心位置、特性以及幅度等相關信息的提取。

（5）ISAR 像識別技術。借助脈沖壓縮技術，有效提升了雷達距離分辨率。通過雷達與目標的相互轉(zhuǎn)動，能夠得到相應的等效天線孔徑，實現(xiàn)雷達角分辨率的優(yōu)化，促進二維圖像ISAR 能力優(yōu)化。在ISAR 像識別技術中，其對提取特征依賴度較高，主要提取手段包括：首先，增強ISAR 像，完成對濾波以及邊緣的預處理，落實相應的組成特征向量提取，借助有效模式識別方法，判別庫屬目標。除此之外，借助參數(shù)評估方法，可完成二維散射中心的提取，并以此作為參考，借助其分布規(guī)律，實現(xiàn)目標識別。

（6）極化特征識別技術。在極化特征信息中，通過落實相應的信息獲取工作，在將其充分利用的情況下，可以實現(xiàn)目標檢測能力的優(yōu)化，進一步提高其跟蹤以及識別能力。在相關極化狀態(tài)下，利用目標回波，能夠完成目標極化散射特性的提取，該特性與目標形狀以及結(jié)構(gòu)聯(lián)系十分密切。在窄帶全計劃雷達中，可以識別相關計劃不變量特征，建立在有效綜合利用的基礎上，實現(xiàn)對目標全極化散射中心信息的獲取，提升其完整性，使目標識別工作更具有精細化特點。

2 空間目標監(jiān)視裝備技術發(fā)展啟示

2.1 有效信息共享

以美國空間目標監(jiān)視系統(tǒng)為例，其建設原則為統(tǒng)一規(guī)劃、體系推進。整個建設按照分工，完成合理統(tǒng)籌。以任務形式完成相應的協(xié)同運用，落實數(shù)據(jù)的有效處理，統(tǒng)一分發(fā)。針對組織管理，美國戰(zhàn)略司令部進一步完成了各部門在監(jiān)視裝備系統(tǒng)中的管轄劃分。針對業(yè)務管理，在相關監(jiān)視系統(tǒng)中，完成相應的目標監(jiān)視數(shù)據(jù)后，應及時傳輸?shù)娇臻g監(jiān)視中心中，實現(xiàn)集中處理。

2.2 專職裝備規(guī)模相對不足

結(jié)合美國空間監(jiān)視網(wǎng)，其雷達起到了與光學互補的作用，有效實現(xiàn)了地基與天基的有機結(jié)合，使空間目標監(jiān)視系統(tǒng)組成更加豐富，更具有綜合性特點。但是，針對專職空間目標監(jiān)視裝備，其相對較少。在空間目標監(jiān)視中，其任務是完成目標編目庫的建立，并實現(xiàn)運行維持?？傮w而言，在建立初期，需要涉及大量采集任務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)關聯(lián)匹配，確定相應的初始軌道，進一步生成相應的軌道根數(shù)，促進目標編目庫穩(wěn)定建立。但是，因為在空間目標中，還存在相應的軌道運動特征，因此，在建立完成目標編目庫后，針對根數(shù)精度相對較低的目標，可借助少量裝備，通過測量跟蹤，實現(xiàn)對目標編目庫的維持?？偠灾?，基于美國空間目標監(jiān)視網(wǎng)，其專職裝備主要負責對空間目標編目庫進行維持，確保為后續(xù)工作奠定基礎，促進裝備技術發(fā)展。

2.3 強化目標識別理論研究

對于空間目標監(jiān)視系統(tǒng)而言，目標識別是其核心功能，也是系統(tǒng)運行的最終目的。因此，強調(diào)相關工作人員應強化對空間目標識別基礎理論的研究力度，并進一步對其在工程中的具體實現(xiàn)方法進行分析。以空間目標識別而言，應將研究重點集中在對目標寬窄帶特征信息提取中，通過有效利用各類特征，在實現(xiàn)對空間目標個體的識別的基礎上，完成相應的功能識別。

3 結(jié)語

本文總體分析了空間目標監(jiān)視系統(tǒng)，并就空間目標監(jiān)視裝備技術展開研究，進一步提出了相關發(fā)展啟示。建立在全球空間對抗戰(zhàn)略的背景下，以相關理論基礎作為前提，通過優(yōu)化空間目標監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)建，實現(xiàn)對其雷達裝備技術的有效應用，可以優(yōu)化我國太空權益維護工作，促進太空資產(chǎn)保護。