基于地基微波雷达测量的空间碎片等效尺寸估计方法发展报告

摘要

本报告旨在阐述基于地基微波雷达测量的空间碎片等效尺寸估计方法的目的意义、范围及主要技术内容。随着外空活动的日益频繁，空间碎片对航天器和宇航员安全构成严重威胁。空间碎片尺寸作为评估碰撞风险、威胁程度和编目管理的关键指标，亟需通过标准化方法进行准确估计。地基微波雷达凭借其全天时全天候的观测能力，在空间碎片监测中发挥核心作用。本报告详细分析了当前尺寸估计技术的进展与挑战，强调了制定统一标准的必要性，并提出了涵盖数据预处理、方法选择、尺寸估计及精度评估的完整技术框架，以推动我国太空安全能力的自主可控发展。

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要点列表

-空间碎片尺寸是碰撞预警、威胁评估和编目管理的关键依据，直接影响太空安全。

-地基微波雷达通过反演RCS、HRRP和ISAR图像等特征，支持空间碎片尺寸估计。

-当前尺寸估计方法缺乏统一标准，导致概念混淆、系统不兼容及结果难以对标。

-本标准将规范名词术语、流程方法及精度评估，促进多部门协作与技术产业化。

-技术内容涵盖数据预处理、方法选择、等效尺寸估计及综合精度评估流程。

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目的意义

在当今时代，外空活动已成为人类探索未知、推动科技进步的重要领域。然而，空间碎片的存在给外空活动带来了潜在威胁。这些碎片以极高速度在轨道上飞行，一旦与航天器碰撞，可能造成严重损坏甚至危及宇航员生命安全。航天器受撞击后的损伤效应取决于空间碎片的尺寸、碰撞速度、结构及材料等因素。为应对此类威胁，需对空间物体进行全面监测与准确识别，掌握其在轨状态和威胁程度，从而为规避碰撞风险和保护空间环境提供支持。

空间碎片尺寸作为关键指标，对碰撞概率计算、威胁评估、编目管理及在轨清除具有核心价值。其重要性主要体现在以下方面：首先，尺寸数据直接影响轨道预报精度，是计算碰撞概率的重要依据；其次，尺寸直接决定碎片对航天器的威胁程度，是规避决策的核心指标；此外，尺寸估计为精准识别、编目管理及在轨清除提供基础；最后，该技术对我国实现太空安全领域“自主可控”能力至关重要。

地基微波雷达凭借全天时全天候的观测优势，在空间碎片监测（尤其是1cm以上碎片）中发挥着不可替代的作用。通过反演雷达散射截面积（RCS）、高分辨距离像（HRRP）和逆合成孔径雷达（ISAR）图像等特征，可分析碎片的形状、尺寸及在轨状态，进一步支持碎片溯源与三维重构。尽管我国已初步建成空间碎片地基监测网，并在尺寸估计技术上取得长足进步，但目前缺乏国家标准规范相关方法，导致概念不统一（如椭球模型长轴短轴、HRRP径向尺寸、ISAR横向长度等）、系统兼容性差及结果难以对标等问题。随着商业化星座的快速发展，空间安全需求日益迫切，亟需通过标准化流程促进多部门协作、多设备组网及多源信息融合。

本标准的制定将规范名词术语、数据处理流程与方法选择，推动全国范围内空间碎片尺寸估计技术的协调与发展，对促进部门合作、技术交流及产业化具有重要意义。

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结论

空间碎片等效尺寸估计是保障外空活动安全的核心基础工作。通过地基微波雷达测量数据，结合RCS、HRRP和ISAR等多源信息，可实现对碎片尺寸的准确分析。然而，当前技术缺乏统一标准，严重制约了监测效率与结果可靠性。本报告提出的技术框架明确了尺寸定义、估计流程及精度评估方法，为规范尺寸估计工作提供了全面指导。未来，通过推广本标准，将显著提升我国空间碎片监测能力的标准化与协同化水平，助力太空安全“自主可控”目标的实现，为全球空间环境治理贡献中国方案。