空间目标监视装备技术的发展研究

2021-03-30 10:46张煜
中国设备工程 2021年6期
关键词:监视系统编目雷达

张煜

(武警工程大学,陕西 西安 710000)

空间与国家政治、经济密切相关。以全球空间对抗战略作为背景,空间目标监视系统的完善性具有重要意义。在航天器数量逐渐增加的情况下,也加大了空间飞行物出现碰撞的可能性。因此,相关工作人员应加大对空间目标监视装备技术的研究,促进整个系统建设,推动我国空间领域发展。

1 空间目标监视装备技术发展分析

1.1 空间目标监视系统分析

在空间目标监视系统中,可以实现对目标卫星飞行状态的把控,为飞行安全提供有效保障。以雷达探测范围作为参考,实现对卫星穿屏时间的监控,确定卫星位置,从而实现对卫星的有效控制。图1 为空间目标监视功能模型。

图1 空间目标监视功能模型

针对空间目标监视系统,其主要功能集中在预报、分析两个方面。以地轨卫星为例,在摄动力作用下,卫星运动轨迹为螺旋状。在空间运行过程中,通过雷达检测,可以跟踪卫星运行位置以及速度,实现信息获取。借助数据融合中心,能够实现对处理完成卫星信息的获取,并予以轨道预报。同时,以某一雷达覆盖范围作为参考,系统可以完成相应的计算工作,通过预报信息,得出目标卫星运行轨道弧段,并进一步完成过境预报,在未来,当卫星穿过雷达探测范围时,系统能够得到相应的信息,获取到具体的位置、时刻。

1.2 空间目标监视装备分类

在空间目标位置中,涉及6 个轨道根数参量,完成唯一表出。其中,轨道半长径、倾角以及平近点角、偏心率等较为常用。空间目标与轨道根数相对应,两者存在唯一性。以本质角度出发,在空间监视系统中,测量相应的目标位置以及速度,可将4 个轨道根数参量进行提取,从而实现轨道的预测和确定,完成目标编目。

总体而言,空间目标监视系统具有较高的复杂性,涉及目标轨道确定、编目、识别等多项任务,该任务的完成度与传感器探测水平、雷达覆盖程度密切相关。以广义视角出发,空间目标监视网的构成包括目标普测以及精测系统。其中,普测型系统具有广域探测能力,能够实现对目标的捕捉,并得到更多目标观测信息。而精测型以普测型系统信息获取作为参考,完成相应的引导工作,能够提升跟踪测量的精度,完成空间目标成像。这两种系统具有相辅相成的作用,借助有效相互配合,与空间目标监视需求具有一致性。通过对各国空间目标监视装备进行总结,装备具体分为两类。即地基监视装备以及天基监视装备。在地基监视装备中,包括普测型雷达、探测跟踪雷达、精密跟踪雷达以及深空光学观测装备等。在天基监视装备中,包括高轨可见光、红外观测装备、中低轨可见光、红外观测装备以及中低轨雷达探测装备。

1.3 空间目标监视装备技术

(1)轨道/质量特征识别技术。在空间目标轨道中,其参数选择主要以具体执行任务作为依托。参考雷达探测数据,可以实现对空间目标运行轨道的确定,并进一步明确空间目标任务、类型。同时,受到外力矩作用影响,在失效空间目标轨道中,其参数变化十分显著。因此,以雷达跟踪测量数据作为参考,可以实现对卫星工作状态的判断。

(2)RCS 特征识别技术。在目标雷达散射截面中,其受到多种因素影响,包括目标结构、雷达工作频率等,具体还包括天线极化形式以及目标姿态等。通过应用有效分析方法,可以完成目标属性信息提取,并进一步提升其丰富性。建立在完成空间目标RCS 处理的基础上,可以有效保障目标姿态的稳定。同时,利用谱分析方法,在自旋目标中,能够实现对频率的确定。借助RCS 方向图,可以判断目标的形状,评估其大致尺寸。

(3)窄带波形信息识别技术。以远距离探测作为研究方向,在空间目标监视系统中,针对雷达发射脉冲,其时宽较宽,带宽相对较窄。同时,在目标不同的情况下,调制回拨波形存在差异较为明显,这有利于通过波形特征,实现对目标的分类识别。

(4)宽带一维距离像识别技术。针对雷达信号发射,当频带处于宽度充足的情况下,目标能够实现对多个距离分辨单元的占据,进而促进一维距离像的形成。同时,在目标一维距离中,可以完成对目标几何形状的反应,确定其结构特征,具体特征包括目标散射中心数目、径向长度等,实现宽带一维距离像识别技术的应用落实。具体而言,其识别方法共计三类:①应用一维距离像,能够完成目标的匹配识别,但是受到该方法在敏感性方面的限制,识别性能受到影响。②在一维距离像中,可对其变换特征进行提取,完成目标识别,这种方法对敏感性要求相对较差,因此具有一定的可操作性。③在一维距离像中,可根据其几何结构、物理特性,完成识别任务。通过应用参数评估方法,完成对散射中心位置、特性以及幅度等相关信息的提取。

(5)ISAR 像识别技术。借助脉冲压缩技术,有效提升了雷达距离分辨率。通过雷达与目标的相互转动,能够得到相应的等效天线孔径,实现雷达角分辨率的优化,促进二维图像ISAR 能力优化。在ISAR 像识别技术中,其对提取特征依赖度较高,主要提取手段包括:首先,增强ISAR 像,完成对滤波以及边缘的预处理,落实相应的组成特征向量提取,借助有效模式识别方法,判别库属目标。除此之外,借助参数评估方法,可完成二维散射中心的提取,并以此作为参考,借助其分布规律,实现目标识别。

(6)极化特征识别技术。在极化特征信息中,通过落实相应的信息获取工作,在将其充分利用的情况下,可以实现目标检测能力的优化,进一步提高其跟踪以及识别能力。在相关极化状态下,利用目标回波,能够完成目标极化散射特性的提取,该特性与目标形状以及结构联系十分密切。在窄带全计划雷达中,可以识别相关计划不变量特征,建立在有效综合利用的基础上,实现对目标全极化散射中心信息的获取,提升其完整性,使目标识别工作更具有精细化特点。

2 空间目标监视装备技术发展启示

2.1 有效信息共享

以美国空间目标监视系统为例,其建设原则为统一规划、体系推进。整个建设按照分工,完成合理统筹。以任务形式完成相应的协同运用,落实数据的有效处理,统一分发。针对组织管理,美国战略司令部进一步完成了各部门在监视装备系统中的管辖划分。针对业务管理,在相关监视系统中,完成相应的目标监视数据后,应及时传输到空间监视中心中,实现集中处理。

2.2 专职装备规模相对不足

结合美国空间监视网,其雷达起到了与光学互补的作用,有效实现了地基与天基的有机结合,使空间目标监视系统组成更加丰富,更具有综合性特点。但是,针对专职空间目标监视装备,其相对较少。在空间目标监视中,其任务是完成目标编目库的建立,并实现运行维持。总体而言,在建立初期,需要涉及大量采集任务,实现数据关联匹配,确定相应的初始轨道,进一步生成相应的轨道根数,促进目标编目库稳定建立。但是,因为在空间目标中,还存在相应的轨道运动特征,因此,在建立完成目标编目库后,针对根数精度相对较低的目标,可借助少量装备,通过测量跟踪,实现对目标编目库的维持。总而言之,基于美国空间目标监视网,其专职装备主要负责对空间目标编目库进行维持,确保为后续工作奠定基础,促进装备技术发展。

2.3 强化目标识别理论研究

对于空间目标监视系统而言,目标识别是其核心功能,也是系统运行的最终目的。因此,强调相关工作人员应强化对空间目标识别基础理论的研究力度,并进一步对其在工程中的具体实现方法进行分析。以空间目标识别而言,应将研究重点集中在对目标宽窄带特征信息提取中,通过有效利用各类特征,在实现对空间目标个体的识别的基础上,完成相应的功能识别。

3 结语

本文总体分析了空间目标监视系统,并就空间目标监视装备技术展开研究,进一步提出了相关发展启示。建立在全球空间对抗战略的背景下,以相关理论基础作为前提,通过优化空间目标监视系统构建,实现对其雷达装备技术的有效应用,可以优化我国太空权益维护工作,促进太空资产保护。

猜你喜欢
监视系统编目雷达
国家图书馆藏四种古籍编目志疑
北极监视系统
视频监视系统新型终端设备接入方案
DLD-100C型雷达测试方法和应用
雷达
粤剧编目整理之回顾与展望
基于空时二维随机辐射场的弹载雷达前视成像
CALIS联机合作编目中的授权影印书规范著录
现代“千里眼”——雷达
图书馆集成管理系统在藏文图书编目中的比较研究——以ILASII和GDLIS为例