[发明专利]天基相控阵雷达空间多目标定轨方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，涉及卫星定轨，特别是基于天基相控阵雷达对空间远近不同目标定轨方法，可用于空间多目标的检测、跟踪和定轨。

背景技术

对空间目标进行定轨，所获取的目标轨道信息能够为轨道数据库建立提供数据支持，也可以为空间目标识别提供先验信息，对于空间态势感知、轨道资源管理和保障在轨飞行器安全具有重要意义。

美国目前的空间监视网(SSN：Space Surveillance Network)主要由3类系统组成：(1)地基雷达监视系统，主要包括：FPS-85雷达、铺路爪(Pave Paws)雷达、海军空间监视系统的雷达等；(2)地基光电系统，主要由“地基光电深空监视系统”(GEODSS：ground-based electro-optical deep space surveillance)组成；(3)天基监视系统，包括2011年春季投入运行的“天基空间监视系统”(SBSS：Space-based Space Surveillance System)、计划2015年投入运行的“轨道深空成像仪”(ODSI：Orbit Deep Space Imager)和其他天基计划。SBSS部署在低地球轨道(1100Km)，携带高灵敏度的天基可视传感器(SBV：Space Based Visible)和1部可探测地球静止轨道(36000Km)卫星的光学望远镜，其目的是研制和部署能用于深空和近地空间目标的发现、跟踪和定轨；ODSI系统由运行在地球静止轨道的成像卫星组成的卫星星座组成，其主要功能是提供地球静止轨道上三轴稳定卫星的图像，即获取空间目标的特征信息，进行空间目标识别；其他天基计划如为导弹防御系统研制的“天基红外系统”(SBIRS：Space Based Infrared System)和“空间跟踪与监视系统(STSS：Space Track and Surveillance System)”也具有很强的天基空间监视能力。俄罗斯的空间目标监视系统(SSS：Space Surveillance System)由用于监视低空目标的地基雷达和探测中低轨目标的光电望远镜组成，如天窗0系统。除美国外，加拿大、英国、日本、德国等国家也开展了天基空间监视的相关研究：加拿大2003年发射了空间探测小卫星，在此基础上启动了空间目标监视(SOS：Surveillance of Space)计划，主要用于跟踪地球同步轨道上通信卫星和其他高轨卫星；英国SURRY大学于2000年发射了实验小卫星，获得了目标空间光学图像；日本于2003年曾发射了空间垃圾回收卫星，具备天基空间目标监视能力；德国波恩大学开展了天基空间目标监视有效载荷技术研究。我国目前的空间目标监视系统主要由地基系统组成，对空间目标的探测和定轨能力有限。可见，目前天基监视系统国内外主要以光电系统为主，天基相控阵雷达系统鲜见报导。

地基系统相比于天基系统虽具有技术成熟、成本低、好维护等优点，但受到诸多条件的限制：(1)观测时间受限：地基系统受地域限制严重，难以实现对天基目标的连续监视与跟踪；(2)探测距离有限：地基系统无论是光电或是雷达，探测目标经过大气衰减导致信噪比降低从而影响远距离高轨目标的探测。雷达相比光电系统，具有如下的优点：(1)全天时、全天候工作，雷达可24小时不间断工作，而光电系统只能在目标被照亮的情况下才能工作；(2)雷达能够快速检测、跟踪和定轨目标，由于主动探测可提供目标多维信息：方位角、俯仰角、距离和速度等，能够实时对目标定轨，而光学传感器是被动仅测角形式，只能测量目标的赤经和赤纬，无先验信息的条件下往往需要数小时或数天才能对空间目标定轨。

将相控阵雷达安置于天基平台，除具有波束控制灵活的优点外，还具备空间多目标同时观测的优点，因此，研究天基相控阵雷达空间多目标定轨方法具有十分重要的意义。基于喇叭天线的传统和差测角虽具有实现简单、测向精度高的优点，但只能针对单个目标；基于子空间的超分辨测向方法，如多重信号分类(MUSIC：Multiple Signal Classsification)法、信号参数旋转不变估计(ESPRIT：Estimation of signal parameters via rotational invariance techniques)法等，虽能够实现同时多目标测向，但实际应用中存在运算量大的难题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种基于天基相控阵雷达的空间多目标定轨方法，以克服空间多目标的远近效应，解决远距离目标由于信噪比低而导致的测角精度差的问题，提高轨道估计精度。