危险空间碎片的天基激光雷达探测

小尺度危险空间碎片(厘米量级)是空间碎片监测的难点之一。针对厘米级空间碎片的探测需求,提出了一种基于天基激光雷达的主动探测新方案。该方案对激光强度进行宽带射频调制,并采用光学相干零差检测方式,通过chirp强度调制信号来获取空间碎片的距离和速度信息,在提高接收信噪比的同时简化了系统结构。首先简要介绍了该激光雷达的系统组成和工作原理,分析研究了系统在不同条件下的探测性能,并与传统直接检测激光雷达的探测性能进行了对比。理论分析和仿真结果表明,该探测方案是可行和有效的,对空间碎片的有效探测距离可达50 km以上。     

双基地空间碎片探测系统工作频率分析

利用射电望远镜与雷达构成双基地系统是一种探测LEO轨道空间碎片有效手段。该系统充分发挥射电望远镜探测灵敏度高的特点,提高地基监测系统的空间碎片的探测能力。对基于大口径射电望远镜构成的双基地空间碎片探测系统进行了介绍,分析了基于射电望远镜的双基地探测系统的工作频率对探测性能的影响,针对特定尺寸小碎片目标的探测距离以及在目标距离范围内系统对小碎片的探测能力分别进行了仿真实验。文中所作的研究为国内利用射电望远镜建设小碎片监测系统提供了参考。     

测距成像通信一体化光学系统参数分析

近年来,航天技术的蓬勃发展使得空间碎片日益增多,严重影响在轨航天器的安全运行,因此需要对空间碎片进行探测和清除。随着对空间碎片探测要求的不断提高,空间碎片探测系统逐渐向一体化和多功能化的方向发展。提出了一种测距成像通信一体化的光学系统,通过分析成像跟踪的最大探测距离以及测距通信的接收功率,优化选取一体化光学系统中的最佳参数。分析得到的最佳遮拦比在0.144~0.172范围内,次镜膜层透射率在0.3~0.6范围内,且最佳透射率为0.462。该研究为用于空间碎片探测的一体化系统的研究提供参考。     

空间碎片漫反射激光测距试验

空间碎片的存在严重影响了在轨航天器的安全,国际上很多国家开展了空间碎片探测技术的研究,利用漫反射激光测距技术对空间碎片进行探测是一个新的发展趋势。根据空间碎片漫反射激光测距的特点以及国内外漫反射激光测距技术的发展趋势和现状,研究了云南天文台的空间碎片漫反射激光测距系统。分析了云南天文台进行空间碎片漫反射激光测距探测成功的概率以及该技术所需要具备的系统组成和关键技术,并通过空间碎片漫反射激光测距实测试验方法验证了该技术的可行性。实测数据结果表明空间碎片漫反射激光测距精度为50~250 cm。     

非相干散射雷达的空间碎片信号处理与分析

非相干散射雷达是目前地基电离层探测最强大的手段,同时在空间碎片探测方面也具有重要应用价值.从基于非相干散射雷达的空间碎片探测理论基础出发,较详细地介绍了其信号处理方法和空间碎片参数的估算方法,特别是介绍了相干积累和非相干积累两种方法与实测数据对比分析结果,定性分析了测量误差,这对于提升我国的空间碎片探测能力具有重要意义,对利用我国曲靖非相干散射雷达开展小尺寸空间碎片探测具有重要参考价值.     

新型紧凑型大相对孔径可见光光学系统

针对空间碎片探测相机光学系统的使用要求,借助衍射光学元件特殊的消色差和消热差特性,提出了一种结构紧凑、成像质量良好的大相对孔径空间碎片探测相机光学系统结构,解决了以往该类系统相对孔径小、结构复杂等不足的问题,给出了100mm 焦距,1/1.5 相对孔径,6对角线视场的设计实例,并进行了像质评估,该结构可满足空间碎片探测相机光学系统对能量集中度、弥散斑直径、垂轴色差、畸变、热差等像差的要求。结果表明,衍射光学元件的使用实现了系统轻量化、小型化、高像质的设计要求,大大提高了该空间碎片探测相机的成像性能,为该类系统的设计提供了一种新的思路。     

我国空间监视地基雷达系统分析

不断增加的空间碎片严重威胁着近地轨道航天器的安全,尤其是载人航天器的安全。由于空间碎片主要分布在低地球轨道（LEO）上,属于地基雷达可探测的范围,而且雷达能全天候全天时工作,因此根据我国的实际情况,大力发展地基监视雷达极具现实意义。文中从空间碎片地基监视对雷达系统的技术需求出发,对雷达探测空间碎片的主要性能进行了分析论证,给出了雷达探测性能的仿真分析结果,最后进行了系统关键技术分析。     

空间碎片激光测距应用研究

空间碎片的存在使空间环境日益恶化,已影响到空间活动的安全。国际上很多国家开展了空间碎片探测技术的研究,空间碎片激光测距技术成为一种新的探测手段。首先,概述了国内外空间碎片激光测距技术的发展趋势和现状。其次,在成功获得空间碎片激光测距回波的基础上,研究了激光测距数据联合测角数据单站定轨的方法,仿真计算结果表明,该方法的定轨精度优于单纯光学测角数据定轨的精度。最后,提出一种利用空间碎片激光测距误差来初步测定空间碎片尺度的方法,并分别通过地面靶激光测距实验和空间碎片激光测距实验验证了该方法的可行性,为空间碎片尺度测定提供了一种参考依据。     

空间碎片天基光子计数激光探测研究

为了满足空间碎片探测与精确定轨的需求,采用光子计数的高灵敏激光探测方法,讨论了盖革模式下雪崩二极管探测器的光子计数探测基本原理,并建立了引入探测器与空间碎片的相对径向速度的天基光子计数探测模型,进行了空间碎片光子计数激光探测的理论分析和仿真验证。结果表明,在可探测速度范围内,光子计数激光探测技术能有效探测到尺寸为10cm的空间碎片目标,测距平均误差为34.72cm。与传统地基雷达和光电探测手段相比,此技术测距精度能提高3个数量级,可有效降低航天器与空间目标碰撞的概率。     

53 cm双筒望远镜高重频空间碎片激光测距系统

空间碎片的存在对在轨运行航天器的安全构成严重的威胁,同时空间碎片的不断产生对有限的轨道资源也将构成严重威胁。采用激光测距技术可实现空间碎片的实时高精度定轨,从而可有效规避其对航天器的撞击。为了开展高精度小尺寸空间碎片激光测距,研制了可快速平稳跟踪400 km以上空间目标的53 cm双筒望远镜,然后结合低功率高重频亚纳秒激光器和单光子探测技术,在该望远镜上研究和实现了空间碎片激光测距技术。结合激光测距方程,分析研究系统的空间碎片探测能力,当碎片距离为1 000 km时,能探测到回波光子的碎片最小尺寸约为478.5 cm。实际观测表明:该激光测距系统具有探测米级空间碎片（约1 000 km远）的能力。     

曲靖非相干散射雷达在空间碎片探测中的应用

目前,空间碎片探测方面的研究越来越受重视,曲靖非相干散射雷达的建成进一步加快了我国空间碎片探测的步伐.本文基于曲靖非相干散射雷达基本特性,首先利用Mie理论研究了498MHz、500MHz和502MHz三个频率理想球形目标的散射特性并进行了分析,结果表明目标大部分散射能量分布在前向及其附近方向;然后以编目为14209的空间碎片为例,通过该雷达的探测得到其后向雷达散射截面（RCS）为0.0043m²,并给出了该雷达的最小可探测目标,这说明了曲靖非相干散射雷达在空间碎片探测方面具有优良的性能,目标电磁散射截面按500MHz计算正确有效,并能够满足工程需要.最后,以西安7.3m和1m天线为例分析了该结论对非相干散射雷达优化布站以及组网探测空间碎片具有参考价值.     

地基激光测距系统观测空间碎片及其探测能力研究

空间碎片高精度测量是提升碎片目标精密监测与预警的重要途径。作为空间碎片地基光电探测技术,激光测距具有高精度测量特性。根据空间碎片激光测距特点以及瞄准国际技术发展,研制高性能高功率激光器、突破高效率激光信号探测等,国内首先建立了60 cm口径空间碎片激光测距系统,实现了碎片目标测量距离从500~2 600 km,目标截面积从小于0.5 m2到大于10 m2,具备了空间碎片常规测量能力。根据空间碎片激光测距方程,结合实际激光回波数据,综合考虑空间碎片过境时段等,构建了地基激光测距系统探测仿真模型,研究了60 cm口径空间碎片激光测距系统探测能力,可对距离1 000 km、直径大于50 cm碎片目标进行观测,与实际测量结果相符,验证了仿真模型的合理性,为未来地基激光测距系统高效运行及测量装备建设与探测效能评估奠定了基础。     

天基平台激光清除厘米级空间碎片关键问题探讨

利用激光方式清除低轨大量的厘米级空间碎片已经成为国际上的研究热点。激光清除空间碎片是巧妙地利用了碎片在激光辐照下的冲量耦合特性和冲量作用下的减速降轨特性。围绕着冲量耦合和减速降轨特性,讨论了激光辐照下空间碎片等离子体羽流喷射、激光辐照空间碎片冲量耦合效应测试、天基平台激光辐照下空间碎片轨道预测以及用于碎片清除的天基平台激光器参数设计四个关键问题,分析了涉及的技术难点,可采用的研究方法,以及能够实现的技术水平。通过对关键技术问题的探讨,为进一步开展天基激光清除碎片技术工程化奠定基础。     

阵列探测技术在激光测距中的应用

高精度的空间碎片观测数据对航天器碰撞预警具有重要意义,激光测距技术是目前空间目标距离测量中精度最高的一种技术,但大多数空间碎片上并未携带角反射器装置,激光测距回波信号较弱。阵列探测技术可以提高回波信号较弱的空间碎片激光测距探测成功概率,中国科学院云南天文台2015年开始开展基于阵列探测技术的激光测距试验,2017年成功将阵列超导纳米线单光子探测器和多通道事件计时器等阵列探测技术应用于激光测距试验系统中,分别在2017年3月和2018年3月的激光测距试验中,成功采集2×2和4×4阵列激光测距数据。其中探测到最小目标为轨道高度约1 000 km、大小为雷达截面（Radar Cross Section,RCS ） 0.045 m2的空间碎片;探测到最远目标为斜距约5 000 km、大小为RCS 18.25 m2的空间碎片。     

不同制式脉冲激光冲量耦合效应研究

激光主动清除空间碎片已经成为国际上的研究热点。碎片靶材在高能脉冲激光作用下的冲量耦合效应研究是实现碎片清除的基础和关键。基于单摆法模型的高速摄影测量法分别研究了ns和ms两种不同脉宽制式激光对铝合金小球的冲量耦合系数的变化规律,并从机理上分析了两种制式激光产生冲量耦合系数特性的不同。重点指出ms激光能够产生的单位面积冲量远大于ns激光,可用于清扫空间碎片。提出采用ns与ms的复合激光能够有效提高激光的能量利用率,从而获得更大的冲量耦合系数。为激光清扫空间碎片的研究提供了一条新的思路,具有很强的指导意义。