用于太空目标监测的监测系统综合能力评估方法和装置与流程

本发明涉及航空航天，具体涉及一种用于太空目标监测的监测系统综合能力评估方法和装置。

背景技术：

1、随着现代微小卫星系统的发展和应用，小尺寸太空目标数量增多，以及对太空目标特性观测的需要，对太空目标探测系统的分辨能力和探测性能也提出了越来越高的要求。太空目标监视系统一般利用雷达、光电地基设备以及监视卫星等，对围绕地球运行的航天器以及超高声速飞行器进行探测、跟踪、编目、识别，支持太空目标编目、太空事件感知等。主要包括广域监视、精密跟踪和特性测量三类探测设备。广域监视设备主要用于对全天域进行大范围、持续探测监视，支持大批量目标编目定轨，维持编目数据的稳定性。精密跟踪设备主要用于对重点目标进行精密跟踪测量，支持精密定轨和精密轨道预报，兼顾对全轨道目标的快速响应监视。特性测量设备主要用于对重点目标进行图像、状态、信号等特性测量，支持目标身份的复核确认和威胁评估。

2、目前无法对用于太空目标监测的监测系统的综合监测能力进行有效的评估，就不能对整个监测系统的各种设备进行量化，进而不能实现对监测系统中监测设备体系的种类数量进行合理化选择。例如，监测设备体系的种类包括地基监测雷达体系、天基监视卫星系统、地基监测望远镜体系和地基无源监视系统，在对一预设地轨目标进行监测时，需选择一种或几种监测设备体系组合成一个监测系统来共同完成监测任务，然而如何确定组合成的监测系统中各种监测设备体系的选择是否是最优的，即能完成预设指标的监测任务，又能使用最优的监测资源，是现阶段监测系统亟待解决的首要问题。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是如何实现对监测系统综合能力实现评估，以实现对监测系统中各种监测设备体系选择的优化。

2、根据第一方面，一种实施例中提供一种用于太空目标监测的监测系统综合能力评估方法，包括：

3、预设至少一个用于对太空目标进行监测的监测系统；每个所述监测系统包括至少一种监测设备体系；所述监测设备体系的种类包括地基监测雷达体系、天基监视卫星体系、地基监测望远镜体系和/或地基无源监视体系；

4、获取所述监测系统中每个所述监测设备体系的体系参数；所述地基监测雷达体系的体系参数包括目标回波信号强度测量参数、干扰信号强度测量参数、杂波信号强度测量参数、噪声强度测量参数和/或跟踪误差测量参数；所述天基监视卫星体系的体系参数包括星间天线可见参数和/或星间信号可达参数；所述地基监测望远镜体系的体系参数包括光成像路径参数；所述地基无源监视的体系参数包括测量辐射源数据装置参数、视距判断装置参数、频率测量装置参数、时域参数测量装置参数和/或截获装置参数；

5、依据每个所述监测设备体系的体系参数获取各自监测设备体系的时间资源调度数据和/或监测资源调度数据；所述时间资源调度数据用于表示对于所述太空目标进行监测时在时间上的连续性，所述监测资源调度数据用于表示对于所述太空目标进行监测时在空间上的连续性；

6、依据所述监测系统中每个监测设备体系的所述时间资源调度数据和/或所述监测资源调度数据获取该监测系统的综合能力评估值；所述时间资源调度数据的时间连续性和所述监测资源调度数据的空间连续性与所述综合能力评估值成正比；

7、依据所述综合能力评估值选取所述监测系统对所述太空目标进行监测。

8、一实施例中，所述依据所述监测系统中每个监测设备体系的所述时间资源调度数据和/或所述监测资源调度数据获取该监测系统的综合能力评估值，包括：

9、将所述监测系统中每个监测设备体系的所述时间资源调度数据和/或所述监测资源调度数据输入一预设的多决策变量最优化数学模型中，以获取所述多决策变量最优化数学模型输出的所述综合能力评估值；

10、所述多决策变量最优化数学模型为多决策变量权重归一化函数。

11、一实施例中，所述目标回波信号强度测量参数的获取公式为：

12、ps=(pt×gt×gr×λ2×σ)÷[(4π)3×r4×l×lr]；

13、其中，ps为目标回波信号强度测量参数，pt为雷达发射机峰值功率，gt为目标方向雷达发射天线增益，gr为目标方向雷达接收天线增益，λ为雷达工作波长，σ为雷达系统综合损耗，r为目标有效散射雷达截面积，l为目标与雷达斜距，lr为雷达到目标的双程大气衰减；

14、所述干扰信号强度测量参数包括功率谱和调频指数，所述功率谱的获取公式为：

15、；

16、其中，j（t）为功率谱，a为信号幅度，fc为载波频率，kfm为调频斜率，un为调制噪声；

17、所述调频指数的获取公式为：

18、mfe=kfm×σu÷δωn=wde÷δωn；

19、其中，mfe为调频指数，kfm为调频斜率，σu为调制噪声的频谱宽度，δωn为调制噪声的均方差，wde为有效频偏；

20、当mfe调频指数远大于1时，所述功率谱与所述调制噪声的关系公式为：

21、；

22、其中，kfm为调频斜率，un为调制噪声，σu为调制噪声的频谱宽度，p为功率，j（w）为功率谱；

23、所述杂波信号强度测量参数包括散射系数、幅度分布系数和杂波功率谱，所述散射系数的获取公式为：

24、σ0=γsinφ；

25、其中，σ0为散射系数，γ的取值范围为-20db到-5db，φ为擦地角；

26、所述幅度分布系数的获取公式为：

27、p(u)=(u÷σ12)exp[(-1)×u2÷(2×σ12)] ；

28、其中，p(u)为幅度分布系数，σ1为正态分布的标准差，u为对数正态分布值；

29、所述杂波功率谱的获取公式包括高斯谱公式或n次方谱公式：

30、所述高斯谱公式为：

31、w（f）=exp[-(a×f÷f3db)2]；

32、其中，w（f）为杂波功率谱，a为第一预设常数，w（f3db÷2）的值为0.5；

33、所述n次方谱公式为：

34、w（f）=[1+(f÷f3db)n]-1；

35、其中，w（f）为杂波功率谱，n为正整数；

36、所述噪声强度测量参数的获取公式为：

37、p（vn）=（2πσn）-0.5×exp{[（-1）×(vn-μn）]2÷2÷σn2}；

38、其中，p（vn）为噪声强度测量参数，σn为噪声电压方差，μn为噪声电压均值；

39、所述跟踪误差测量参数包括距离误差参数、速度误差参数和/或角度误差参数；

40、所述距离误差参数的获取公式为：

41、σr=0.25×c÷b÷(s/n)1/2；

42、其中，σr为距离误差参数，c为光的传播速度，b为雷达工作带宽，s/n为信噪比，距离误差参数的单位是m；

43、所述速度误差参数的获取公式为：

44、σν=0.19×λ÷π3/2÷b1/2÷(s/n)1/2；

45、其中，σν为速度误差参数，λ为波长，b为雷达工作带宽，s/n为信噪比，速度误差参数的单位是m/s；

46、所述角度误差参数的获取公式为：

47、σθ=21/2×θ3db÷π÷（b×τ）1/2÷(s/n)1/2；

48、其中，σθ为角度误差参数，θ3db为高低或俯仰角雷达3db波束宽度，τ为雷达发射脉冲宽度或相干系统的观测时间，b为雷达工作带宽，s/n为信噪比，角度误差参数的单位为rad。

49、一实施例中，所述地基监测雷达体系通过阵面调节、脉宽调节和/或波束驻留调节的方式设定所述地基监测雷达体系的体系参数，以获取所述地基监测雷达体系的监测资源调度数据；

50、所述地基监测雷达体系的监测资源调度数据中的时间资源调度数据是按搜索时间间隔进行设定；所述搜索时间间隔为搜索数据率的倒数，是指在一个搜索周期内，地基监测雷达体系按预设规定容量指标完成预设收索任务的参数数据；

51、所述地基监测雷达体系的监测资源调度数据中的时间资源调度数据包括搜索时间资源数据、跟踪时间资源数据和/或其它相关事件数据，所述搜索时间资源数据与目标特征截获概率和/或搜索时间间隔相关，所述跟踪时间资源数据与目标容量数据和/或跟踪性能检测方法相关，所述其它相关事件数据与bit幅相监校数据和/或环境检测反干扰性能数据相关；

52、所述地基监测雷达体系的监测资源调度数据中的监测资源调度数据包括阵面重构调节数据、脉宽调节数据和/或波束驻留调节数据，所述阵面重构调节数据与发射能量天线增益数据和/或波位编排波位能量调节相关，所述脉宽调节数据与脉宽需求脉压效率和/或顺序多波束约束条件相关，所述波束驻留调节数据与驻留需求脉间积累效率和/或顺序多波束约束条件相关。

53、一实施例中，所述天基监视卫星体系的体系参数中星间天线可见参数的获取公式为：

54、2 r×cosβ<lab<2×[r2-(re+h)2]1/2；

55、其中，lab为两卫星之间的直线距离，r为地心到两卫星间连线的投影距离，re为地球半径，h为卫星高度，两卫星之间的视场范围为2β；

56、所述天基监视卫星体系的体系参数中星间信号可达参数的获取公式为：

57、rsignal=10[eirpa-20lgf(mhz)+gb-lb-sb-32.45]÷20；

58、其中，rsignal为星间信号可达距离，eirpa为一卫星的有效辐射功率，gb、sb和lb为另一卫星的天线增益、接收灵敏度和天线至接收系统输入端的链路损耗，f(mhz)为两卫卫星间链路的工作频率。

59、一实施例中，所述天基监视卫星体系通过时间资源调用、时间资源规划和/或成像跟踪时间设定的方式设定所述天基监视卫星体系的体系参数，以获取所述天基监视卫星体系的监测资源调度数据；

60、所述天基监视卫星体系的监测资源调度数据中的时间资源调度数据包括规划时间资源数据、成像跟踪时间资源数据和/或通用时间资源数据，所述天基监视卫星体系的所述规划时间资源数据与监视分析条件和/或动态规划条件相关，所述天基监视卫星体系的所述成像跟踪时间资源数据与目标容量数据率和/或跟踪性能检测方法性能相关，所述天基监视卫星体系的所述通用时间资源与目标筛选确认方式和其参数设定值相关。

61、一实施例中，所述光成像路径参数包括大气传输数据和传感器感应数据；

62、所述大气传输数据包括太阳光经过目标反射后到达传感器光谱幅亮度参数和大气散射光经目标表面反射后到达传感器的辐亮度参数；

63、所述太阳光经过目标反射后到达传感器光谱幅亮度参数的获取公式为：

64、ls(λ)=ρ(λ)×es(λ)×τu(λ) =ρ(λ)×τd(λ)×τu(λ)×es0(λ)×cosθ；

65、其中，ls(λ)为到达传感器的光谱辐射亮度，ρ(λ)为目标表面的漫反射率，es(λ)为到达目标的太阳光谱辐射照度，τd(λ)为太阳到目标的大气光谱透过率；τu(λ)为目标到传感器之间的大气光谱透过率，es0(λ)为目标接收的法向太阳光谱辐照度，θ为目标表面法向矢量与太阳入射光之间的夹角，λ为波长；

66、所述大气散射光经目标表面反射后到达传感器的辐亮度参数的获取公式为：

67、latd(λ)=p1×ρ(λ)×eat(λ)×τu(λ) ；

68、其中，latd(λ) 为到达传感器的光谱辐射亮度，ρ(λ)为目标表面的漫反射率，τu(λ)为目标到传感器之间的大气光谱透过率，eat(λ)表示为目标面元在无遮挡、无倾斜时大气层对其产生的总的散射光谱辐照度，p1表示目标面元能够接收的大气散射光占总量的比例；

69、所述地基监测望远镜体系通过时间资源调用、时间资源规划和/或成像跟踪时间设定的方式设定所述地基监测望远镜体系参数，以获取所述地基监测望远镜体系的监测资源调度数据；

70、所述地基监测望远镜体系的监测资源调度数据中的时间资源调度数据包括规划时间资源数据、成像跟踪时间资源数据和/或通用时间资源数据，所述地基监测望远镜体系的所述规划时间资源数据与监视分析条件和/或动态规划条件相关，所述地基监测望远镜体系的所述成像跟踪时间资源数据与目标容量数据率和/或跟踪性能检测方法性能相关，所述地基监测望远镜体系的所述通用时间资源与目标筛选确认方式和其参数设定值相关。

71、一实施例中，所述地基无源监视体系的体系参数中测量辐射源数据装置参数包括真实径向距离、平面距离、真实方位角和真实俯仰角；

72、所述真实径向距离的获取公式为：

73、rreal={[(λt-λp) ×k1]2+ [(ηt-ηp) ×k2]2+(ht-hp)2}1/2；

74、其中，rreal为雷达辐射源相对电子支援测量装置的真实径向距离，电子支援测量装置的位置坐标为（λp，ηp，hp），雷达辐射源的位置为（λt，ηt，ht）；k1和k2为地球常用数据，分别代表对应经度η处经度变化1°和维度变化1°对应的直线距离；

75、k1=1000（111.416cosη-0.094 cos3η）；

76、k2=1000（111.133-0.559 cos2η）；

77、所述平面距离的获取公式为：

78、rp={[(λt-λp) ×k1]2+ [(ηt-ηp) ×k2]2}1/2；

79、其中，rp为雷达辐射源相对电子支援测量装置的平面距离；

80、所述真实方位角的获取公式为：

81、当ηt>ηp时，θreal=-arcsin(λt-λp)×k1÷rp；

82、当λt≥λp且ηt≤ηp时，θreal=-π+arcsin(λt-λp)×k1÷rp；

83、当λt<λp且ηt≤ηp时，θreal=π+arcsin(λt-λp)×k1÷rp；

84、其中，θreal为雷达辐射源相对电子支援测量装置的真实方位角；

85、所述真实俯仰角的获取公式为：

86、μreal=arctan[(ht-hp)÷rp]；

87、其中，μreal为雷达辐射源相对电子支援测量装置的真实俯仰角，设定水平为0，上偏为正，下偏为负；

88、所述地基无源监视体系的体系参数中视距判断装置参数包括来波方位角和来波俯仰角；

89、所述来波方位角和来波俯仰角的获取公式为：

90、θ′=tan-1(φ20÷φ10)；

91、当φ10≥0时，θ=θ′；

92、当φ10<0时，θ=θ′+π；

93、β=cos-1[（φ202+φ102）1/2÷（2π×l1÷λ）] ；

94、其中，θ为来波方位角，β为来波俯仰角，λ为来波的波长，l1为基线长度；

95、φ10和φ20分别为相位干涉仪的a0-a1和a0-a2基线相位差，其获取公式为：

96、φ10=2π÷λ×l1×cosθ×cosβ；

97、φ20=2π÷λ×l1×sinθ×cosβ；

98、所述地基无源监视体系的体系参数中频率测量装置参数依据频率测量装置的频率分辨力获取；

99、所述地基无源监视体系的体系参数中时域参数测量装置参数包括脉冲到达时间、脉冲宽度和/或脉冲幅度；

100、所述地基无源监视体系的体系参数中截获装置参数包括接收功率，所述接收功率的获取公式为：

101、pr=（pt×gt×gr×λ2）÷（16×π2×r2）；

102、其中，pr为接收功率，pt为雷达辐射源的发射功率，gt为雷达辐射源天线波束增益，gr为电子支援测量装置的侦收机天线波束增益，λ为雷达辐射源的工作波长，r为电子支援测量装置与雷达辐射源之间的距离；

103、所述地基无源监视体系设定所述地基无源监视体系的体系参数，以获取所述地基无源监视体系的监测资源调度数据；

104、所述地基无源监视体系的监测资源调度数据中的监测资源调度数据是通过调节信号判决策略、信道控制和/或识别控制方式进行设定；所述调节信号判决策略与信号电平判决、电磁谱背景判决和/或噪声自适应判决相关；所述信道控制与信道宽度和/或信道幅度与相位相关；所述识别控制方式与识别特征需求和/或信号指纹约束相关；

105、所述地基无源监视体系的监测资源调度数据中的时间资源调度数据包括搜索时间资源数据、跟踪时间资源数据和/或信号解析时间资源数据，所述搜索时间资源数据与目标特征截获概率和/或空域轮巡间隔相关，所述跟踪时间资源数据与目标容量数据和/或跟踪性能检测方法相关，所述信号解析时间资源数据与特征分析及提取和/或信号个体识别方式相关。

106、根据第二方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现如第一方面所述的监测系统综合能力评估方法。

107、根据第三方面，一种实施例中提供一种用于太空目标监测的监测系统综合能力评估装置，用于应用如第一方面所述的监测系统综合能力评估方法，以对用于太空目标监测的监测系统进行综合能力评估，所述监测系统综合能力评估装置包括：

108、系统设定单元，用于预设至少一个用于对太空目标进行监测的监测系统；每个所述监测系统包括至少一种监测设备体系；所述监测设备体系的种类包括地基监测雷达体系、天基监视卫星体系、地基监测望远镜体系和/或地基无源监视体系；

109、体系参数获取单元，用于获取所述监测系统中每个所述监测设备体系的体系参数；所述地基监测雷达体系的体系参数包括目标回波信号强度测量参数、干扰信号强度测量参数、杂波信号强度测量参数、噪声强度测量参数和/或跟踪误差测量参数；所述天基监视卫星体系的体系参数包括星间天线可见参数和/或星间信号可达参数；所述地基监测望远镜体系的体系参数包括光成像路径参数；所述地基无源监视的体系参数包括测量辐射源数据装置参数、视距判断装置参数、频率测量装置参数、时域参数测量装置参数和/或截获装置参数；

110、调度数据获取单元，用于依据每个所述监测设备体系的体系参数获取各自监测设备体系的时间资源调度数据和/或监测资源调度数据；所述时间资源调度数据用于表示对于所述太空目标进行监测时在时间上的连续性，所述监测资源调度数据用于表示对于所述太空目标进行监测时在空间上的连续性；

111、评估值获取单元，用于依据所述监测系统中每个监测设备体系的所述时间资源调度数据和/或所述监测资源调度数据获取该监测系统的综合能力评估值；所述时间资源调度数据的时间连续性和所述监测资源调度数据的空间连续性与所述综合能力评估值成正比；

112、监测系统设定单元，用于依据所述综合能力评估值选取所述监测系统对所述太空目标进行监测。

113、依据上述实施例的监测系统综合能力评估方法，可以对包括一种或几种监测设备体系组合而成的监测系统进行综合能力评估，且能确定组合成的监测系统中各种监测设备体系的选择是否是最优的，实现即能完成预设指标的监测任务，又能使用最优的监测资源。