低轨巨型星座前向散射探测系统建模与性能分析

来源：信号处理杂志 2025年第12期北京时间：

作者：嵇志敏, 李宗楠, 刘小汇

摘要：面向低轨巨型星座组网态势下空域目标持续监视需求，低轨卫星组网特性和前向散射探测技术的结合为增强空中目标态势感知能力提供了新的技术途径。然而，现有的星地探测分析范式缺少对动态低轨巨型星座场景中前向散射探测网络的系统性分析。首先，为明确低轨巨型星座前向散射探测系统的参数适用范围，本论文建立前向散射双基地功率模型与最大探测距离模型，面向不同尺寸类型目标对探测系统中单发单收基本单元的探测威力性能进行参数化评估；其次，在可适用参数范围内，将各基本单元组成的联合探测网络威力范围建模为“阴影锥单元”集合，并从前向散射探测几何约束和性能边界约束出发，分别提出适用于本系统分析的两大指标，有效覆盖比和可探测仰角阈值；最后，通过四个低轨巨型星座发展阶段下星座动态场景仿真揭示了“多发单收”配置下前向散射网络的几何覆盖能力与探测威力边界。研究表明：当卫星与空中目标典型距离为600 km，接收信号相干积分时间为1 ms，卫星发射天线有效各向辐射功率大于等于45 dBW时，地面接收站可实现对100 m2级尺寸目标的万米级可靠探测；在类Starlink星座参数配置下，若波长与目标轮廓尺寸比≥0.2，在9998颗卫星数量配置下，若系统观测截止仰角≥15°，则系统可实现对78.36%锥形空域范围的平均有效几何覆盖。此时，在探测仰角大于20.2°的空域范围内，该系统能进一步实现对1 km巡航高度，5 m正方形轮廓尺寸目标的威力覆盖。本研究首次系统性量化了低轨巨型星座前向散射探测系统的探测性能边界，并揭示了不同巨型星座发展阶段下的系统探测能力，为下一代空天协同探测系统设计提供了理论支撑和相关参数优化路径。

关键词：低轨卫星, 前向散射, 空中目标探测, 性能分析