[發(fā)明專利]一種空間碎片探測系統(tǒng)及方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811367005.2
• 申請日: 2018-11-16
• 公開（公告）號: CN109283587A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 勞保強;安濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海天文臺
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12
• 代理公司: 桂林市持衡專利商標事務所有限公司 45107
• 代理人: 陳躍琳

本發(fā)明公開一種空間碎片探測系統(tǒng)及方法，其利用地域上廣泛分布的、現(xiàn)成的FM廣播站作為發(fā)射信號源，不需要額外建設雷達發(fā)射站，大大減少建站成本；低頻射電望遠鏡陣列由雙極化偶極子天線組成，天線可以組成臺站，幾個臺站可以組成陣列，這種方便靈活的組合布局適合大規(guī)模異地部署，每個臺站既可以單獨工作，也可以協(xié)同工作，形成干涉陣列。與傳統(tǒng)的被動雷達相比，本發(fā)明的系統(tǒng)探測視場范圍較大，靈敏度高，能夠探測的目標在視向范圍更大。

技術領域

本發(fā)明涉及空間碎片探測技術領域，具體涉及一種空間碎片探測系統(tǒng)及方法。

背景技術

空間碎片是指人類在太空活動過程中的產物。主要包括已完成任務的火箭箭體和衛(wèi)星本體、火箭殘骸、執(zhí)行航天任務過程中的拋棄物、空間物體之間的碰撞與風化產生的碎塊等，是空間環(huán)境主要的污染源，因此又稱為太空垃圾。這些空間碎片一般分布在距離地球高度約100km至40,000km之間的軌道上。隨著空間碎片的不斷堆積累加，空間碎片之間的碰撞機率大大增加，導致空間碎片的數(shù)量急劇增加。更嚴重的是，空間碎片與活動衛(wèi)星等航天器之間發(fā)生碰撞的可能性也隨之增加，給這些造價昂貴且具有戰(zhàn)略意義的資產造成了重大損害與威脅。為了減少航天器的這種風險，需要獲得這些空間碎片的詳細分布情況(大小、質量和軌道分布等)。因此，空間碎片的探測具有重大而深遠的意義。

目前，探測空間碎片的主要途徑有地基雷達和光學望遠鏡。光學望遠鏡是通過接收空間碎片反射的太陽光信號進行探測，主要探測高度約為35786km的地球同步軌道等高軌道的空間碎片，這種方法受太陽光的影響較大。相反，地基雷達探測不受太陽光的影響，但受距離的限制較大。所以地基雷達更適用于近地軌道(2000km高度以下的軌道范圍)的空間碎片探測。根據(jù)例行空間探測任務的統(tǒng)計分析知，光學望遠鏡對地球同步軌道上空間碎片的探測極限大約為30cm到1m，而地基雷達對近地軌道空間碎片的探測極限大約為5到10cm。

此外，被動雷達也被考慮用來探測空間碎片。被動雷達實際是雙站雷達的一種特殊情況，這種雷達系統(tǒng)沒有發(fā)射器，只通過接收目標散射其他發(fā)射源的信號來進行探測。這些發(fā)射源可能是廣播電臺或者通訊臺站等。由于空間碎片散射的信號比較微弱，而外界干擾信號強且多，被動雷達獲得的探測結果并不是很理想。而且，這種方法依賴于大型地面陣列，才得以有足夠的靈敏度和分辨率接收到更精確的空間碎片散射信號。近年來，雖然不斷有類似的探測方案或方法的提出，但均處于理論研究和算法測試階段，實用性還遠遠不夠。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的是現(xiàn)有被動雷達探測空間碎片技術中，接收空間碎片散射信號能力弱，發(fā)射站造價高和探測結果不理想的問題，提供一種空間碎片探測系統(tǒng)及方法。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種空間碎片探測系統(tǒng)，包括FM廣播站群和低頻射電望遠鏡陣列數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)；上述FM廣播站群作為系統(tǒng)的發(fā)射端，由L個FM廣播站組成；上述低頻射電望遠鏡陣列數(shù)據(jù)接收與處理系統(tǒng)作為系統(tǒng)的接收端，由低頻射電望遠鏡陣列、波束合成器、接收機、相關器和數(shù)據(jù)處理模塊組成；低頻射電望遠鏡陣列由M個臺站組成，每個臺站又進一步由N個雙極化偶極子天線組成，每個雙極化偶極子天線接收X和Y兩個極化方向的信號，并輸出X和Y極化方向的信號；波束合成器的數(shù)量與臺站的數(shù)量相同，即為M個；每個波束合成器包含2×N個輸入端和2個輸出端，其2×N個輸入端分別接入N個雙極化偶極子天線的X和Y極化方向的信號，其2個輸出端分別輸出X和Y極化方向的波束；接收器包含2×M個輸入端和2×M個輸出端，其2×M個輸入端分別接入M個波束合成器輸出的X和Y極化方向的波束，其2×M個輸入端分別輸出2×M路復數(shù)信號；相關器具有2×M個輸入端和1個輸出端，其2×M個輸入端分別接入接收器輸出的復數(shù)信號，其輸出端輸出觀測數(shù)據(jù)；相關器的輸出端與數(shù)據(jù)處理模塊的輸入端連接；其中L、M和N均為設定值。