天基雷达探测的优化方法

由于雷达探测理论完备、技术成熟，在天基探测中又有自己的优势，天基雷达探测是目前空间目标监测的发展方向之一，目前已有报道的空间碎片天基雷达探测系统包括美国在“国际空间站”上搭载的用于监视轨道目标的雷达、法国国家空间研究中心小卫星群上的微波雷达、俄罗斯的毫米波相控阵雷达、加拿大的空间目标监测雷达，以及ESA研制的太空目标跟踪相控阵雷达等。我国正在进行的天基探测研究工作主要包括空间碎片天基探测雷达可行性方案论证等[16]。

目前，天基微波雷达和激光雷达是空间碎片探测的研究重点。

激光雷达以激光器作为辐射源，将雷达的工作波段扩展到光波范围，用激光技术来实现对空间目标的探测，具有探测分辨率高、定位精度高等优点，同时，在天基探测中不通过大气而损耗较小，因而是空间目标探测的有效手段。但目前激光技术还不成熟，在天基探测中也仅用于近距离空间目标的探测。

天基微波雷达是指利用无线电波测定空间目标轨道相关参数的电子设备。由于不受地球大气的影响，天基微波雷达可以使用较高频率的电磁波对空间碎片进行探测，因此可以用较小的发射功率和小尺寸的天线即可实现对远距离、小尺度空间碎片的探测，尤其是在目前尚无有效观测手段的中小尺度危险空间碎片的探测方面有优势。美国天基毫米波雷达可装载在空间站或接近空间站的平台上，先由红外观测系统提供目标的原始位置信息，然后采用各种先进技术，完成距离空间站最大25 km处的4～8毫米空间目标的跟踪与预测，并给NASA提供碰撞和预警信息[17]。

美国曾深入论证过的在“国际空间站”上搭载、用于监视轨道上危险目标的雷达包括两个^[21]：一个是德州农工大学负责的Ka频段毫米波雷达，此雷达系统装载在空间站或接近空间站的平台上，先由红外探测系统提供目标的原始位置信息，然后采用各种先进技术，包括相控阵、单脉冲跟踪、脉冲压缩、高功率发射机、低噪声接收机、脉冲积累信号处理等技术，完成距离空间站最远25 km处的4 mm～8 cm空间目标的跟踪与预测，并给NASA提供碰撞和预警信息；另一个是约翰逊航天中心与洛克菲勒工程科学公司合作的Ku频段天基雷达，该系统利用地面上的2～3个雷达站提供低轨上直径2～10 cm目标的轨道预测信息，采用固定电子波束，在预测位置探测穿越轨道面的空间目标，提供目标穿越轨道面的时间、目标俯仰角、目标距离及距离变化率，这些信息被传送到地面站，经地面大于30 dB的处理增益，得到直径大于2 cm、距离400 km处的空间目标的最新精确轨道信息，判断碰撞的可能性，然后给空间站发送机动规避信息。(www.xing528.com)

俄罗斯的Vympel公司开展了探测小尺寸（毫米级）空间目标的低功耗天基雷达的概念研究^[22]，工作基频为95 GHz，雷达采用由7个单元天线组成的相控阵阵列天线，每个扫描扇区的波束宽度为4 mrad，天线扫描扇区与平台轨道垂直。

加拿大Davion系统有限公司开展了空间目标探测器的概念研究。该探测器可以放在航天器上作为其组成部分，或在航天器附近作为一个独立飞行体运行。该探测器可以建立交叉轨道上目标的数据库，由此数据库可以预测可能产生的碰撞。采用一个静止的波束矩阵，波束按车轮的轮辐排列，波束形状为扇形，波束在垂直于车轮面的俯仰角很宽，在平行于车轮面的方位角很窄。空间目标至少穿越两个波束，从穿越波束的两次回波中可以推导出径向速度和穿越两个波束的间隔时间，由此可以推算出目标穿越波束时的位置和速度。通过对已有报道的天基空间碎片观测雷达系统可知，该类系统大都工作于毫米波段。

事实上，由于外层空间不存在大气对毫米波的吸收效应，天基空间碎片观测雷达特别适合工作在毫米波段。毫米波段雷达波长较短，易于观测尺寸较小的空间碎片，容易实现较高的测量精度，并且容易以较小的体积和质量实现，适用于天基平台。然而，由于天基空间碎片观测雷达系统调度与标校、碎片观测资料与编目库的关联等问题较难解决，目前还未见明确报道已获得应用的天基空间碎片观测雷达系统。