張煜

（武警工程大學(xué)，陜西 西安 710000）

空間與國家政治、經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)。以全球空間對(duì)抗戰(zhàn)略作為背景，空間目標(biāo)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(guān)工作人員應(yīng)加大對(duì)空間目標(biāo)監(jiān)視裝備技術(shù)的研究，促進(jìn)整個(gè)系統(tǒng)建設(shè)，推動(dòng)我國空間領(lǐng)域發(fā)展。

1 空間目標(biāo)監(jiān)視裝備技術(shù)發(fā)展分析

1.1 空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)分析

在空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)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(dá)探測(cè)范圍作為參考，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星穿屏?xí)r間的監(jiān)控，確定衛(wèi)星位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的有效控制。圖1 為空間目標(biāo)監(jiān)視功能模型。

圖1 空間目標(biāo)監(jiān)視功能模型

針對(duì)空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，其主要功能集中在預(yù)報(bào)、分析兩個(gè)方面。以地軌衛(wèi)星為例，在攝動(dòng)力作用下，衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)軌跡為螺旋狀。在空間運(yùn)行過程中，通過雷達(dá)檢測(cè)，可以跟蹤衛(wèi)星運(yùn)行位置以及速度，實(shí)現(xiàn)信息獲取。借助數(shù)據(jù)融合中心，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)處理完成衛(wèi)星信息的獲取，并予以軌道預(yù)報(bào)。同時(shí)，以某一雷達(dá)覆蓋范圍作為參考，系統(tǒng)可以完成相應(yīng)的計(jì)算工作，通過預(yù)報(bào)信息，得出目標(biāo)衛(wèi)星運(yùn)行軌道弧段，并進(jìn)一步完成過境預(yù)報(bào)，在未來，當(dāng)衛(wèi)星穿過雷達(dá)探測(cè)范圍時(shí)，系統(tǒng)能夠得到相應(yīng)的信息，獲取到具體的位置、時(shí)刻。

1.2 空間目標(biāo)監(jiān)視裝備分類

在空間目標(biāo)位置中，涉及6 個(gè)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(diǎn)角、偏心率等較為常用?？臻g目標(biāo)與軌道根數(shù)相對(duì)應(yīng)，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(cè)量相應(yīng)的目標(biāo)位置以及速度，可將4 個(gè)軌道根數(shù)參量進(jìn)行提取，從而實(shí)現(xiàn)軌道的預(yù)測(cè)和確定，完成目標(biāo)編目。

總體而言，空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)具有較高的復(fù)雜性，涉及目標(biāo)軌道確定、編目、識(shí)別等多項(xiàng)任務(wù)，該任務(wù)的完成度與傳感器探測(cè)水平、雷達(dá)覆蓋程度密切相關(guān)。以廣義視角出發(fā)，空間目標(biāo)監(jiān)視網(wǎng)的構(gòu)成包括目標(biāo)普測(cè)以及精測(cè)系統(tǒng)。其中，普測(cè)型系統(tǒng)具有廣域探測(cè)能力，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)的捕捉，并得到更多目標(biāo)觀測(cè)信息。而精測(cè)型以普測(cè)型系統(tǒng)信息獲取作為參考，完成相應(yīng)的引導(dǎo)工作，能夠提升跟蹤測(cè)量的精度，完成空間目標(biāo)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(biāo)監(jiān)視需求具有一致性。通過對(duì)各國空間目標(biāo)監(jiān)視裝備進(jìn)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(cè)型雷達(dá)、探測(cè)跟蹤雷達(dá)、精密跟蹤雷達(dá)以及深空光學(xué)觀測(cè)裝備等。在天基監(jiān)視裝備中，包括高軌可見光、紅外觀測(cè)裝備、中低軌可見光、紅外觀測(cè)裝備以及中低軌雷達(dá)探測(cè)裝備。

1.3 空間目標(biāo)監(jiān)視裝備技術(shù)

（1）軌道/質(zhì)量特征識(shí)別技術(shù)。在空間目標(biāo)軌道中，其參數(shù)選擇主要以具體執(zhí)行任務(wù)作為依托。參考雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)運(yùn)行軌道的確定，并進(jìn)一步明確空間目標(biāo)任務(wù)、類型。同時(shí)，受到外力矩作用影響，在失效空間目標(biāo)軌道中，其參數(shù)變化十分顯著。因此，以雷達(dá)跟蹤測(cè)量數(shù)據(jù)作為參考，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星工作狀態(tài)的判斷。

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

（3）窄帶波形信息識(shí)別技術(shù)。以遠(yuǎn)距離探測(cè)作為研究方向，在空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)中，針對(duì)雷達(dá)發(fā)射脈沖，其時(shí)寬較寬，帶寬相對(duì)較窄。同時(shí)，在目標(biāo)不同的情況下，調(diào)制回?fù)懿ㄐ未嬖诓町愝^為明顯，這有利于通過波形特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的分類識(shí)別。

（4）寬帶一維距離像識(shí)別技術(shù)。針對(duì)雷達(dá)信號(hào)發(fā)射，當(dāng)頻帶處于寬度充足的情況下，目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)距離分辨單元的占據(jù)，進(jìn)而促進(jìn)一維距離像的形成。同時(shí)，在目標(biāo)一維距離中，可以完成對(duì)目標(biāo)幾何形狀的反應(yīng)，確定其結(jié)構(gòu)特征，具體特征包括目標(biāo)散射中心數(shù)目、徑向長度等，實(shí)現(xiàn)寬帶一維距離像識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用落實(shí)。具體而言，其識(shí)別方法共計(jì)三類：①應(yīng)用一維距離像，能夠完成目標(biāo)的匹配識(shí)別，但是受到該方法在敏感性方面的限制，識(shí)別性能受到影響。②在一維距離像中，可對(duì)其變換特征進(jìn)行提取，完成目標(biāo)識(shí)別，這種方法對(duì)敏感性要求相對(duì)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(shí)別任務(wù)。通過應(yīng)用參數(shù)評(píng)估方法，完成對(duì)散射中心位置、特性以及幅度等相關(guān)信息的提取。

（5）ISAR 像識(shí)別技術(shù)。借助脈沖壓縮技術(shù)，有效提升了雷達(dá)距離分辨率。通過雷達(dá)與目標(biāo)的相互轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠得到相應(yīng)的等效天線孔徑，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)角分辨率的優(yōu)化，促進(jìn)二維圖像ISAR 能力優(yōu)化。在ISAR 像識(shí)別技術(shù)中，其對(duì)提取特征依賴度較高，主要提取手段包括：首先，增強(qiáng)ISAR 像，完成對(duì)濾波以及邊緣的預(yù)處理，落實(shí)相應(yīng)的組成特征向量提取，借助有效模式識(shí)別方法，判別庫屬目標(biāo)。除此之外，借助參數(shù)評(píng)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(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別。

（6）極化特征識(shí)別技術(shù)。在極化特征信息中，通過落實(shí)相應(yīng)的信息獲取工作，在將其充分利用的情況下，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)能力的優(yōu)化，進(jìn)一步提高其跟蹤以及識(shí)別能力。在相關(guān)極化狀態(tài)下，利用目標(biāo)回波，能夠完成目標(biāo)極化散射特性的提取，該特性與目標(biāo)形狀以及結(jié)構(gòu)聯(lián)系十分密切。在窄帶全計(jì)劃雷達(dá)中，可以識(shí)別相關(guān)計(jì)劃不變量特征，建立在有效綜合利用的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)全極化散射中心信息的獲取，提升其完整性，使目標(biāo)識(shí)別工作更具有精細(xì)化特點(diǎn)。

2 空間目標(biāo)監(jiān)視裝備技術(shù)發(fā)展啟示

2.1 有效信息共享

以美國空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)為例，其建設(shè)原則為統(tǒng)一規(guī)劃、體系推進(jìn)。整個(gè)建設(shè)按照分工，完成合理統(tǒng)籌。以任務(wù)形式完成相應(yīng)的協(xié)同運(yùn)用，落實(shí)數(shù)據(jù)的有效處理，統(tǒng)一分發(fā)。針對(duì)組織管理，美國戰(zhàn)略司令部進(jìn)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(duì)業(yè)務(wù)管理，在相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)中，完成相應(yīng)的目標(biāo)監(jiān)視數(shù)據(jù)后，應(yīng)及時(shí)傳輸?shù)娇臻g監(jiān)視中心中，實(shí)現(xiàn)集中處理。

2.2 專職裝備規(guī)模相對(duì)不足

結(jié)合美國空間監(jiān)視網(wǎng)，其雷達(dá)起到了與光學(xué)互補(bǔ)的作用，有效實(shí)現(xiàn)了地基與天基的有機(jī)結(jié)合，使空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)組成更加豐富，更具有綜合性特點(diǎn)。但是，針對(duì)專職空間目標(biāo)監(jiān)視裝備，其相對(duì)較少。在空間目標(biāo)監(jiān)視中，其任務(wù)是完成目標(biāo)編目庫的建立，并實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維持?？傮w而言，在建立初期，需要涉及大量采集任務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)匹配，確定相應(yīng)的初始軌道，進(jìn)一步生成相應(yīng)的軌道根數(shù)，促進(jìn)目標(biāo)編目庫穩(wěn)定建立。但是，因?yàn)樵诳臻g目標(biāo)中，還存在相應(yīng)的軌道運(yùn)動(dòng)特征，因此，在建立完成目標(biāo)編目庫后，針對(duì)根數(shù)精度相對(duì)較低的目標(biāo)，可借助少量裝備，通過測(cè)量跟蹤，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)編目庫的維持?？偠灾?，基于美國空間目標(biāo)監(jiān)視網(wǎng)，其專職裝備主要負(fù)責(zé)對(duì)空間目標(biāo)編目庫進(jìn)行維持，確保為后續(xù)工作奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)裝備技術(shù)發(fā)展。

2.3 強(qiáng)化目標(biāo)識(shí)別理論研究

對(duì)于空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)而言，目標(biāo)識(shí)別是其核心功能，也是系統(tǒng)運(yùn)行的最終目的。因此，強(qiáng)調(diào)相關(guān)工作人員應(yīng)強(qiáng)化對(duì)空間目標(biāo)識(shí)別基礎(chǔ)理論的研究力度，并進(jìn)一步對(duì)其在工程中的具體實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析。以空間目標(biāo)識(shí)別而言，應(yīng)將研究重點(diǎn)集中在對(duì)目標(biāo)寬窄帶特征信息提取中，通過有效利用各類特征，在實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)個(gè)體的識(shí)別的基礎(chǔ)上，完成相應(yīng)的功能識(shí)別。

3 結(jié)語

本文總體分析了空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)，并就空間目標(biāo)監(jiān)視裝備技術(shù)展開研究，進(jìn)一步提出了相關(guān)發(fā)展啟示。建立在全球空間對(duì)抗戰(zhàn)略的背景下，以相關(guān)理論基礎(chǔ)作為前提，通過優(yōu)化空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)對(duì)其雷達(dá)裝備技術(shù)的有效應(yīng)用，可以優(yōu)化我國太空權(quán)益維護(hù)工作，促進(jìn)太空資產(chǎn)保護(hù)。