孙振飞++李国新++朱晓琛++薛飞扬

[摘 要]自从人类将第一颗人造地球卫星送上太空后，世界各大强国围绕太空的争夺就从未休止。目前全球发射的人造卫星中，一半以上都具有军事用途。因此，目前急需一种有效的探测技术，能够对空间目标进行监视。本文结合跟踪成像雷达技术的发展，探析其在空间目标监视中的應用前景。

[关键词]跟踪成像雷达，空间目标

中图分类号：TN958.98 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0354-01

1、空间目标监视

空间目标通常是指在地球表面100公里以上的宇宙空间中运行的人造卫星、空间站、航天飞机以及空间碎片等目标。空间目标监视技术，就是指利用各种探测设备对距离地球表面100公里以上的宇宙空间中运行的人造目标进行观测和监视，进而获取目标的状态和运行数据，在此基础上，通过一系列数据分析与整合，实现对空间态势的感知。自1957年前苏联率先将人类第一颗人造地球卫星送入太空起，到2015年美国SpaceX公司实现运载火箭的回收，人类关于太空的争夺就从未停止过，而且随着科技的发展，这种争夺愈演愈烈。信息化条件下，太空已成为名副其实的战略“高边疆”，谁占领了太空，谁就占据主动[2]。 截止到2016年，全球发射的人造地球卫星的数量接近7000颗，其中大部分是用于军事通信、侦察、探测、打击的军事卫星。随着越来越多的国家掌握了进入空间和开发空间的能力，对于空间的使用更加具有竞争性和对抗性，特别是在地球轨道上运行的侦察卫星以及通过空间机动的弹道导弹，已成为国家安全最大的威胁。

因此，精确地感知空间态势从而确保太空的控制权保障空间安全成为当今世界各大强国关注的焦点。由于空间目标监视技术是监视他国空间资产、空间活动以及保障本国空间飞行器正常运转的重要技术手段，所以，只有具备空间目标监视技术，才能够实现空间态势的感知，进而确保后续的空间攻防行动有效展开，其技术水平直接制约着空间对抗能力的发挥。

2、跟踪成像雷达技术的发展

当前可以用于监视空间目标的设备多种多样。例如一些高分辨率的光学照相、光电成像和电视摄像等光学探测系统，还有一些预警雷达、跟踪雷达等对空远程监测雷达设备，都可以实现对空间目标的监视。但是光学设备受天时和气象条件的制约和影响特别大，实际的工作效率很低，而普通的预警雷达、跟踪雷达，虽然具有相当远的作用距离，不受天时和气象条件限制，但其分辨率较低，缺乏目标识别能力。跟踪成像雷达的出现，就很好的解决了光学探测设备和普通雷达的缺陷。现代的跟踪成像雷达，不仅不受气候条件的制约，而且拥有比普通雷达更高的分辨率，更远的作用距离，在对空间微小目标跟踪成像方面具有显著优势，具备强大的目标识别能力，因此用精密跟踪成像雷达来监视空间目标，不仅可以对空间飞行器进入空间、在空间运行及返回地球的全过程进行探测跟踪，还可以对其进行二维成像，获取目标的外形、尺寸、功能等信息，从而为地面指挥中心掌握空间态势提供充足的信息。

目前跟踪成像雷达已经成为各种空间监视设备的主流，研发部署跟踪成像雷达将会极大地提升国家的空间目标监视能力，进而为未来的太空防御作战提供强大信息保障。目前美国、俄罗斯、德国等西方发达国家己经将跟踪成像雷达技术应用于空间目标的监视当中，并取得了显著的成效。利用跟踪成像雷达提供的空间目标运动状态以及二维图像等信息，可以预先感知到空间中可能存在的威胁从而为国土安全提供有效保障。在空间技术飞速发展的今天，为了有效地利用太空，保卫空间安全，发展跟踪成像雷达，对空间目标进行全方位地探测、跟踪、监视和识别，并创立建设一个详尽的空间环境数据库已经迫在眉睫。因此，对基于高分辨ISAR成像技术的跟踪成像雷达的研究对国家未来的空间发展和空间安全有着十分重大的意义。

3、跟踪成像雷达技术概述

在跟踪成像雷达技术中，第一步要实现的是环节对空间运动目标的精密跟踪，因为雷达跟踪技术是一切后续信号分析处理的前提，只有实现了目标的精密跟踪，才能不断收到目标反射回来的电磁波信号，高质量的成像才有进行的基础。对于空间目标来说，由于其工作在大气层之外，大部分目标处于无动力飞行阶段，且具有相对固定的运行轨迹，因此空间目标的精密跟踪相对较容易实现。

在精确掌握了空间目标的航迹之后，第二步就要对空间目标进行成像。通常雷达成像利用的是合成孔径雷达技术（SAR，Synthetic Aperture Radar）或者逆合成孔径雷达技术（ISAR，Inverse Synthetic Aperture Radar），两者的基本工作原理大体上是一致的，都是利用雷达与目标之间的相对运动，在接收端用信号处理的手段，将雷达与目标相对运动的距离等效地看成一个孔径很大的虚拟天线，从而实现雷达方位分辨力的提高。

跟踪成像雷达中最关键的技术是对非合作运动目标成像的ISAR成像技术。对于空间目标，虽然其相对固定的运行轨道非常利于精密跟踪，但是其高速运动的运动状态却不利于精密成像。目前ISAR成像主要是利用距离-多普勒（R-D，Range-Doppler）算法，即雷达接收端通过处理目标相对雷达转动而产生的多普勒频率从而获得方位向的高分辨率。

通常在完成跟踪与成像功能之后，跟踪成像雷达第三步要做的就是对空间目标进行识别和编目，这也是现代雷达所要达到的最终目的。精密的跟踪与高质量的成像，最终还是要用来对目标进行识别，因此高效的识别分析技术是精密跟踪成像雷达不可或缺的技术之一。

正是运用了众多现代雷达技术和信号处理方法，使跟踪成像雷达具有普通光学成像设备和预警雷达所不具备的超强深空探测和监视能力。在目标跟踪方面，跟踪成像雷达能够对轨道高速运行目标进行长时间的实时精密跟踪，从而使雷达能够获得足够多的目标运动状态信息。在成像能力方面，跟踪成像雷达具有相当高的分辨率，其精度目前已能够达到亚米的级别，能观察空间非合作运动目标上的微小细节，为目标识别提供最可靠的依据，而且工作过程不受云雨等气象条件的影响，能够在各种复杂条件下应用。在探测距离方面，跟踪成像雷达具有超远的作用距离，达到几千公里，能够对中低轨道空间目标进行探测。因此，在空间技术快速发展的今天，跟踪成像雷达己经成为重要的空天目标监视设备，并且不断有新的发展。