本发明涉及一种星载多基线双波段雷达系统及其空间目标探测方法，系统包括：S波段雷达发射宽波束信号和接收目标回波信号，实现大范围空间目标搜索，得到空间目标信息；目标搜索处理子系统处理S波段雷达的回波信号，实现大范围空间目标的检测，获得目标粗略位置和速度；Ka波段雷达根据空间目标信息，接收不同探测区域的目标回波信号并对目标进行批量跟踪，或对同一探测区域的目标进行干涉测量；S波段雷达与Ka波段雷达共孔径；目标跟踪与干涉测量子系统根据Ka波段雷达不同工作模式，对多个探测区域目标进行持续跟踪，得到目标实时轨迹信息，或对同一探测区域目标进行干涉测量，得到目标位置信息。可实现空间批量目标的高精度定位与跟踪。