地基探测网的优化方案

从20世纪60年代始，美国和苏联两个超级大国出于称霸世界的目的和自身安全的需要，在致力发展自己的空间系统和战略核武器的同时，投入巨资建立起了庞大的空间监视系统——导弹预警和卫星类目标监视系统。系统利用最先进、最高性能的信息获取技术，对太空中所有的飞行体进行不间断的测量，保证随时掌握空间飞行体的运行情况。在两大系统中，几十部雷达及各种光学和光电探测器能对低轨道上10 cm大小和地球同步轨道上1 m大小的物体进行跟踪观测。

美国、俄罗斯和欧洲都建立有自己的地基探测网，其相关的具体介绍如下：

1.美国的空间监视网

SSN从20世纪60年代初开始组建，是最早且最大的观测系统，可以观测到近地轨道上直径大于10 cm和地球同步轨道上直径大于1 m的空间碎片。为了达到连续跟踪空间碎片运行轨迹的目的，SSN在全世界分别组建了25个观测站，可以连续跟踪观测在轨道高度600 km以上的空间碎片。

SSN由遍布全球的地基雷达探测系统与地基光电/光学探测系统组成。所用设备中，雷达虽然具有主动探测能力，但其作用距离受到制约；光电手段作用距离虽然很远，但不能达到全天时和全天候的要求。这两种探测器各有优缺点，相互补充，构成完整的空间监视体系。它的基本任务是提供有关在地球空间轨道上运行的物体的有关信息，包括每个物体的运行轨道参数、尺寸与形状，以及用于确定该物体用途的其他有用的数据。

SSN观测设备采用陆基跟踪无线电雷达。雷达可观测的碎片直径大小与采用的无线电频率有关。频率越高，观测碎片直径越小（分辨率越高）。

SSN早期采用雷达频段为UHF，只能观测到直径大于10 cm的碎片。美国空军从2009年开始计划研制新的空间碎片观测系统，称为“空间篱笆”（Space Fence），准备用来代替SSN，费用约为35亿美元，采用S频段，预计可提高观测精度半个数量级，即可以观测到直径2 cm以上的碎片。除此以外，还有两种观测雷达：“干草堆”（Haystack）雷达和“金石”（Goldstone）雷达，可以观测直径为2 cm的碎片，但是只能跟踪局部区域^[14]。

2.俄罗斯宇宙空间监视系统(www.xing528.com)

为了监视与跟踪宇宙空间环境，苏联/俄罗斯在其武装力量中建立了宇宙空间监视系统^[15]，其中包括宇宙空间监视中心。其空间探测的技术手段和方法也主要由地基雷达探测系统与地基光电/光学探测系统组成。系统不间断地搜索宇宙空间，发现和跟踪各种军用航天器，测定卫星的轨道参数及其变化。“天窗”系统是俄罗斯航天部队典型的有源地面光电空间监视跟踪系统，也称为努列克太空光电观测站，位于塔吉克斯坦与阿富汗交界处海拔2 200 m的帕米尔高原桑格洛克的山区，属于俄罗斯战略预警系统不可缺少的辅助支援手段，该系统能有效填补深空监视网的空白。俄罗斯的空间监视系统除了获取空间目标的位置和星历数据外，还对空间目标的尺寸和状态等特征参数进行测量和登记。采用多光谱观测技术，具备了获得高轨卫星构成（形状和所用材料）的能力。

3.欧洲雷达观测系统

德国的跟踪和成像雷达系统（Tracking and Imaging Rader，TIRA）^[16]现已开始工作，可观测直径大于2 cm的碎片，为区域性观测。法国国防部的格雷夫斯（GRAVES）双基地雷达^[17]于2009年投入工作，可观测直径大于1 m的碎片，为区域性观测。

综合上述地基探测的现状，目前地基观测主要呈现出以下特点：

地面设备的观测能力受到的限制条件较多，例如雷达自身发射功率和工作波长、地面杂波和大气损耗等，这些限制条件也使得地面观测站的选址需求相对较高，观测时机受到约束，一般难以全天时全天候的工作。

目前，雷达可以探测到LEO上尺寸为厘米量级的碎片，地基望远镜可以探测到GEO中尺寸小至10 cm的碎片。对于空间碎片的跟踪观测和编目等任务，这样的观测能力还有待提高，双基观测或多种观测设备联合观测能够获取更为精确的观测结果，因而将逐步成为更加重要的地面观测手段。

地面探测成像技术在理论研究方面关注较多的是对观测信息的高效提取与分析，采用先进的信息处理方法，例如统计和图像处理等技术，能够从有限的观测结果中尽可能多地获得有价值的信息，用于对空间碎片情况的统计和预估。