[发明专利]空间目标低功耗小卫星雷达搜索与跟踪方法

说明书

本发明提出了空间目标低功耗小卫星雷达搜索与跟踪方法，选择C波段作为雷达工作频段。利用该相控阵雷达首先对空域目标进行搜索，通过进行距离压缩，短时傅里叶变换，恒虚警检测得到目标的距离信息，然后利用和差波束对目标进行测角。当得到目标的距离与角度信息，对目标进行跟踪。基于对该小型化相控阵雷达系统设计、目标搜索与跟踪的信号处理方法、测距与测角误差分析，得出该小型化相控阵雷达能对25km范围内的40°×40°的三维空间目标进行搜索，实现0.4m的测距精度与0.03°的测角精度，从而满足空间目标大范围搜索与跟踪应用需求。

技术领域

本发明属于电子信息行业雷达技术领域，涉及空间目标低功耗小卫星雷达搜索与跟踪方法。

背景技术

随着航天技术的发展，空间碎片、失效航天器等太空垃圾越来越多，对高价值卫星的空间安全带来威胁。为此，需要对空间目标进行探测。目前，空间目标探测基本是地基探测和天基探测两种途径。由于我国地基探测站大多分布在国内，探测点有限，探测空域有限，不能实现全空域、全天时对空间碎片的探测。而天基观测不受空域的限制，能够实现全空域空间目标的探测与跟踪。

天基空间碎片探测是利用包括卫星、飞船和空间站的天基平台上的探测设备和探测期间对空间碎片进行探测的方法，其中主要探测设备包括光学望远镜、微波雷达和激光雷达等。光学探测对光照条件有一定的要求，另外光学测量只能测角，难以高精度测距的限制会增加定位的难度。星载雷达由于其体积大，功耗高，更适合搭载于较大的卫星平台上。激光雷达具有定位精度高、抗干扰性强的特点，但目前空间大功率激光信号产生与接收技术还不成熟，在天基探测中也仅用于近距离空间目标的探测。

应用天基雷达探测空间碎片则可以采用专用的观测卫星，或者搭载负责其他任务的卫星、飞船、空间站等，也可以采用小卫星组网，将多个卫星分布在期望观测的整个轨道层中。目前国际上对空间碎片实行天基观测的雷达主要有：美国在国际空间站上搭载的用于监视轨道碎片的雷达，该系统能对国际空间站附近25km范围内的4～80m的空间物体进行跟踪测量。俄罗斯提出的采用毫米波天基雷达观测1～3mm的空间碎片。法国空间研究中心小卫星群上的微波雷达，此雷达系统每年可探测几百个毫米级的空间目标。此外，还有加拿大的空间碎片观测雷达以及意大利天基小目标探测雷达。我国对于天基雷达探测研究开始于2000年，提出了空间多波束测量雷达的思想。虽然对于天基雷达探测的研究工作已有几十年，但是目前雷达的探测能力有限。

发明内容

鉴于上述技术问题，本发明提出了一种空间目标低功耗伴随小卫星的相控阵雷达技术，满足空间目标大范围搜索与跟踪应用需求。该相控阵雷达技术，能对25km范围内的40°×40°的三维空间目标进行搜索，实现0.4m的测距精度与0.03°的测角精度。通过分析不同波段雷达对大范围空间目标搜索与精细跟踪的性能，综合考虑搜索与跟踪、系统复杂度与功耗等因素，最终选择C波段作为雷达工作频段。相比于传统搜索雷达，该相控阵雷达具有同时进行搜索与跟踪、满足大范围进行搜索与跟踪等优势。

本发明的技术解决方案是：

第一方面，空间目标低功耗小卫星雷达搜索与跟踪方法，包括如下步骤：

1)发射雷达信号，进行目标搜索，根据雷达接收回波获得真实目标的测距结果，并获得距离向和方位向的测距精度；

2)进行目标角度测量，获得真实目标的方位角度和真实目标的测角精度；

3)进行目标跟踪，确定目标的运动轨迹信息。

可选地，所述雷达为相控阵雷达。

可选地，选择C波段作为相控阵雷达的工作波段。

可选地，所述雷达的发射信号模式具体采用小时间带宽积与时间带宽积的时频正交收发工作模式。

可选地，步骤1)所述获得真实目标的测距结果，并获得距离向和方位向的测距精度的方法，具体为：

11)雷达发射信号；