太空是人类正在开发的制高点,各经济大国均大力发展航天力量,争相进入太空、利用天空,占领有限轨位资源和频谱资源。目前每年开展数百次的航天发射,太空中运行中数千颗在轨在用卫星,产生了几十万个空间碎片。为了确保航天发射路径畅通无阻,规避在轨在用卫星与空间碎片的碰撞,保护太空中现有商业卫星安全,应该对空间碎片和卫星进行编目管理和识别,对太空中昂贵的在用人造卫星进行碎片碰撞预警。编目管理和识别一般包括搜索发现、跟踪测量和成像识别三个过程,即分辨目标“在哪里”、“是谁”、“是死是活”、“用途是什么”等。中高轨道上分布着红外侦察、卫星通信、全球导航等具有重大价值的卫星,目前光电望远镜是中高轨目标探测与识别唯一有效的地基手段,本文主要研究中高轨目标的探测与成像技术,根据地球同步轨道上空间目标运动特征,研究搜索策略、测量精度检测、远距离高分辨成像等技术,重点解决工程应用与总体设计中遇到的难题,具体研究内容如下:(1)搜索发现中高轨道目标是探测与识别的前提条件,国内用于搜索中高轨目标的大视场光电望远镜数量较少,所以应挖掘现有望远镜资源的潜能,努力提高望远镜搜索效率。本文提出了一种分区折返的搜索方法,结合地平式望远镜步进方式和地球同步轨道带空间目标分布特点,将地球同步轨道带分为三个区,采用不同的搜索策略,此方法减少了地平式光电望远镜搜索地球同步轨道带空间目标的运动轨迹,提高了地平式望远镜搜索地球同步轨道带空间目标的搜索效率,实现对地球同步轨道带高效全区域覆盖。(2)中高轨目标探测光电望远镜在外场完成安装调试后,需要鉴定其天文定位和轴系定位精度。受限于外场恶劣环境和有限条件,无法采用传统的精度鉴定方法,考虑到中高轨目标探测光电望远镜的探测能力较强,在分析光电望远镜定位基本原理的基础上,探讨利用GPS卫星或北斗卫星鉴定大口径望远镜测量精度的理论方法,依据定期公布的精密星历,在协议地球坐标系、真地球坐标系、真天球坐标系、平天球坐标系、协议天球坐标系之间进行坐标转换,消除岁差、章动、极移等影响,解算望远镜观测时刻GPS或北斗卫星以观测者为中心天球赤道坐标系中的视赤经、视赤纬、方位角和俯仰角,作为理论值,鉴定大口径光电望远镜天文定位和轴系定位的精度。此方法可用于大口径光电望远镜外场检测验收或日常标定中。(3)获取形体特征是目标识别最直观的手段,大口径光电望远镜能够有效对低轨目标高分辨成像。本文初步探讨了对中高轨目标成像的大口径光电望远镜技术,口径应大于100m。大气湍流严重影响了地基大口径光电望远镜的成像分辨率,应该为其配置百万单元的自适应光学系统和激光导引星,校正大气湍流的影响。本文探讨了激光导引星的原理和若干问题,仿真了自适应光学系统。采用斜率平均法、质心偏移法和圆形孔径内的Zernike系数分解法仿真实现三种外形的哈特曼-夏克波前传感器。采用直接斜率法仿真实现了波前处理机的波前复原算法。波前校正器采用高斯模型仿真实现。(4)鉴于难以研制满足中高轨探测需求的超大口径光电望远镜,本文研究了新的超远距离成像技术:强度相干技术和傅里叶望远镜技术。在分析强度相干成像原理和测量原理的基础上,设计并开展了改进的室内强度相干模拟实验,对实物进行成像,验证了强度相干理论的正确性。针对原有强度相干模拟实验成像过程复杂、测量信噪比低、仿真数据不准确等缺点,设计了新的室内强度相干模拟实验方法,利用此种方法更为简单地对目标强度相干成像,降低了模拟实验复杂度,且能够更为真实的模拟强度相干成像的噪声分布。(5)为了便于开展傅里叶望远镜新技术研究,分析系统性能、评估成像效果,本文在研究傅里叶望远镜数学模型的基础上,简化物理模型和工作流程,实现了傅里叶望远镜成像的全过程仿真。采用高斯光束模拟激光器发射地光束,大气相位屏模拟大气湍流对激光波前相位畸变的影响,实现两束和三束光束的干涉,合理选择三束发射器进行相位闭合抵消大气湍流影响,干涉条纹与目标形状叠加后收集光能量并解调所需信号,通过共轭对称填补剩余象限的空间频谱,最终使用傅里叶逆变换恢复目标形状。(6)在研究剪切光束成像原理的基础上,研究了口字形排布的四束光代替传统L形三束剪切光照射目标,提出了一种四光束剪切光束成像目标重构算法。