我国天地一体化综合信息网络构想

ｗ＾…．’、’’．我国天地一体化综合信息网络抅想？文丨中国卫通集团有限公司航天恒星科技有限公司闵士权—、引言有两种：一种是单个天基网（如卫星通信网）与地天基信息网络也叫天基信息系统，它是彼此基网（如地面通信网）通过信息或业务融合、设备独立或相关的卫星通信系统、卫星遥感系统、卫综合或网络互联互通方式构成的天地一体化信息网星导航系统、载人航天系统、空间物理探测系统、络；另一种是单个天基网（如卫星通信网）自身的空间天文观测系统、月球和行星深空探测系统以空间段（如通信卫星）与地面段（如各种通信地球及多种功能的临近空间飞行器系统等各种空间信站组成的应川系统）通过星地链路构成的天地一体息系统的总称。化信息网络我们可称前者为大天地一体化信息网天基信息网络中卫星通信系统、卫星遥感系统络，后者为小天地一体化信息网络和卫星导航系统统称为卫星应用系统。天地一体化天地一体化信息网络的信息网络含义通常也有信息网络通常就是指这三大应用系统形成的网络。两种：一种是广义天地一体化信息网络，它至少包天地一体化信息网络的天地一体化含义通常含通信、遥感、导航三大天地一体化信息网络中任２０１６年第１期丨卫星应用７１本刊特％ＳｐｅｃｉａｌＲｅｐｏｒｔｓ意二种，且其间有一定程度综合或融合；另一种是１）采用ＧＥＯ和ＮＧＥＯ组成的通信卫星星座、窄义天地一体化信息网络，它只是通信、遥感、导遥感卫星星座和导航卫星星座，实施全球全时覆盖航三大天地一体化信息网络中任一种信息网络。空间层各种航天器、临近空间层各种飞行器、地面本文提出构造的我国天地一体化综合信息网络层各种用户终端和相关地面设施，通过星间链路、其一体化包含了大天地一体化和小天地一体化，其星地链路和地面线路组成天基信息网络，并与以互信息网络包含了广义信息网络和窄义信息网络。具联网为代表的各种地面信息网组成的地基信息网络体地讲其纵向网络包含了通信＇遥感、导航三大Ｒ通过信息或业务融合、设备综合和网络互联互通等络各自的大天地－体化和小天地－体化，纖向网多种方式賊—个全顧盖天地－体化综合信息网络包含了通信、遥感、导航三大网络空间段的综合％和用户段的综合，Ｗ此二称为天地－体化命合息２）在国外不设麟站的情况下可实现：国内／ｉｎ〇泖ｊ控站实时酿网内全球运行的各种飞行器；国内二、我国天地一体化ｔ宗合彳言息网络遥感站实时接收网内全球运行的各种遥感卫星发送设计思、想的信息；国内关口站直接管理网内在全球活动的各１设标种用户终之Ｊ司的通。本文提出的麵天地－体化综合信息网络是构３）充分糊剛外现有和正細发的与本项造－个峨＿主管細全雜盖献地－体麟丨１相划格附４麵減提近年来，国内合信息网络。此网络要实现如下目标：ｆｌｉ企研？ｔ所取彳＃成果〇ｕ天地一体化通信信息网络实现目标：任让匕外’应尽可能与額各种规划中建设的相关＿何人（Ａｎｙｏｎｅ）在任何时间（Ａｎｙｔｉｍｅ）任何地点（Ａｎｙｗｈｅｍ）可与任何人（Ａｎｙｏｎｅ）进行任何业务４）先简后繁，循序渐进，分步实施：先地面（Ａｎｙｔｈｉｎ－）ＭｉＰ，仿真试验，后天上运行试验，逐步过渡到应用。系２）天地一体化遥感信息网络实现目标：任统要有可扩展性，后续系统要与前系统兼容。何人（Ａｎｙｏｎｅ）在任何时间（Ａｎｙｔｉｍｅ）任何地３，设ｉｈ彳Ｈ则点（Ａｎｙｗｈｅｒｅ）可及时获取何时（Ｗｈｅｎ）何地依据上述设计目标和设计思路，我国天地一体（Ｗｈｅｒｅ）何湘标（Ｗｈａｔ发生何种靴＜Ｗｈａｔ麟合信息＿暖雜则如下：ｃｈａｎｇｅ）１）全球化：即服务区实现全球全时全气候覆３）天地－体化导航信息网纟ｆｔＭｌＨ盖地面层（含海陆、空）各种用户地球站（用户何人（Ａｎｙ，）在任何时间（Ａｎｙｔｉｍｅ）任何地点终端）、临近空间层各种用户飞行器、空间层各种（Ａｎｙｗｈｅｒｅ）可获取自己和相关人所在地点（Ｗｈｅｒｅ）ｊ｜Ｊ＾ＭＪｍｍ（Ｗｈｅｎ）ｆｓ．１，０２）网络化：各种飞行器和各种地球站主要依４＞ｉｍｆｔｉａｆｆｉ＇麵间链路、星地链路和国内麵线路组成天基综络实现总目标：任何人在任何时间任何地点：①可与任何人讲行任何业务通信；②ｎ丨及时获取何时何口錢ｉｎ，』乂剛ｕｍ３）智能化：为应对庞大和复杂的天基网络，全地何种ｓ标发＾何种变化ｍ．如ｍ収丨丨匕ｆ＂网运行和管理必须具备高度的自主运行和管理能力。ｆｆｌ＾Ａｉｒｒ／ｉ－Ｊｌｋ＾ｆｉｌｌｌ．Ｊｌｕｉｆ．ｉＭ４）标准化：统－的标准臟范是天地－体化综２．设〖丨？思路合信息网络各系统实现互联互通和资源共享的前提和依据上述设计目标其设计思路如下：条件。２８卫星应用２０１６年第１期本ｐｊ特稿ＳｐｅｃｉａｌＲｅｐｏｒｔｓ＼三、我国天地一体化卫星通信网络［１＇５】对接人网卫星承担系统的路由并实施动态管理这种星座优点可利用国内测控和管理站通过ＧＥＯ卫１？大地训賴叾ｉ急Ｍ络卿．星全球全时监控浦理ＬＥＯ卫星星麵有卫星，（１）天地一体化“天星地网”式网络无需国外设站。当前，国外全球覆盖的天地一体化卫星通信网络主要是采用“天星地网”的方式来构造，各种卫星之间的互联互通主要在地面网络完成。如静止轨道的国际通信卫星（Ｉｎｔｅｌｓａｔ）和国际海事卫７ｉ丄星（Ｉｎｍａｎｓ）通信网络，低轨道的美国的全球星Ｉ丁ｆＪ（Ｇｌｏｈａｌｓｔａｒ）卫星通信网络和轨道通信（Ｏｒｈｃｏｍｍ）产＾一ｘ＾￣７＾／一卫星通信网络。ＧＥ〇卫星，＼＼＼（２）天地一体化“天网地站”式网络Ｅ０国外全球覆盖的天地一体化卫星通信网络中，ＧＥ０／ＬＥＯ双层星座网络示意图也有采用“天网地站”式网络。在这种网络中，每颗卫星都是一个具有星上处理能力的网络交换器或（Ｉ）静止轨道星座者路由器，且存在星间链路。此星间链路具备网络静止轨道卫星星座由沿地球赤道上空等间距分路由能力，空间段在星间链路的协助下具备网络层布的３￣４颗静止轨道卫星组成，卫星间设有星间链功能这种网络特点是不需要在本地关口站或者地路。该星座作全球覆盖低轨通信卫星星座的骨干网，面网络支持下，通过星间链路可实现不同卫星覆盖兼作空间段用户航天器、临近空间飞行器和地面层区各个用；＾终端之１肖贿。Ｓ縣雜麵的＃雛棚赠繼桃酿減设施配合下止轨道的军事星（Ｍｉｌｓｔａｒ）通信系统和低轨道的依该星座承担如下任务．（Ｉｒｉｄｉｕｍ）卫星通信系统。Ｉ）作全球覆盖的跟踪与数据中继卫星星座，２．空丨丨１丨段对全球中低轨道航天器和临近空间飞行器进行跟实现任何人在任何时间任何地点可与任何人进踪、测控，并提供数据传输、处理和分发服务行任何业务通信设计目标的空间段方案有多种。本２）作全球覆盖的宽带多媒体卫星星座，对全方案采用“天网地站，’一体化方案，且天网由双层球特定地区（常态覆盖）和突发事件地Ｋ（机动？盖）网络组成。它分别由静止轨道（ＧＥＯ）通信卫星星提供宽带多媒体通信业务座（包括３￣４颗等间隔分布的卫星）和低轨道（ＬＥＯ）３）作全球覆盖的应急通信等相关丨，＇ｉ＇息广播系通信卫星星座（包括数十颗卫星）组成两层不同统：高度的星座共同组成一个立体交叉、优势互补、互４）作全球导航卫星增强系统的天基传输系统联互通的双层星座网络，见阁Ｉ（图中未ＭＭ间链足座，承担我国北＇＇丨？卫星导航增强系统少成的完好路）。图１中为了便于讨论，假设低轨道星座采用信息和误差修正信息向全球传输和分发任务极地圆轨道星座：■在此网络中，ＧＥＯ卫星既作为骨５）通过星间链路对低轨通信卫Ｍ星座实施通干网网络交换节点，也作为用户接人点；ＬＥＯ卫星信业务管理：主要作为具有交换功能的用户接人点。骨干网卫星６）视需要还可考虑通过星间链路对低轨通信２０１６年第１期卫星应用２９本刊特稿＾ＴＳｐｅｃｉａｌＲｅｐｏｒｔｓ卫星星座进行测控服务〇事件应急处理任一种要求的各种临近空间飞行器都由上述众多业务可以看出，此星座卫星将发挥是本天地一体化通信网络的用户飞行器。天基信息港（空间信息港）作用。为实施上述众多（２）地面用户业务，如单軸静止轨ｉｔ大平台难以承载多用途械各种用户站（亦称用户终端）有机载终端、船＿ｒ’機端、辅终端、手持终端、體终端和固定终端等多种，还有供物联网用的数据采集终端，有微（２）低轨道星座小终端、固定终端、移动终端、手持终端、抛撒终？，为了便于讨论，假设本天地一体化信息网的低端等。轨道星座类似于极地圆轨道铱星星座’各卫星之间四、我国天地—体化卫星遥感网络设有星间链路，覆盖全球（含南北两极）。在国内地球站管理下，地球上任意两地用户终端可不通过１？对天地一体化矜能遥感要求｜６＿ｎ〗国外地面关口站和地面网络中转直接通过星间链路天地一体化卫星遥感网络设计目标是任何人进行通信。此低轨星座承担移动宽带多媒体业务的在任何时间任何地点可及时获取何时何地何种目双向传输，并与地面移动通信３Ｇ、４Ｇ或５Ｇ业务标发生何种变化的信息。实现这一目标的卫星遥融合。低轨星座按一定的方法将星座分组，每个组感网络空间段是智能化遥感卫星（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＥａｒｔｈ按一定的选取法从其中选取一颗卫星为组长，它既ＯｂｓｅｒｖｉｎｇＳａｔｅｌｌｉｔｅ，ＩＥＯＳ）星座，由此星座与相应管理组内卫星，又与静止轨道卫星联系接受其管理。地面应用系统组成天地一体化智能卫星遥感网络。３近年来它是天地一体化遥感网络研究的热点。用户段包括空间用户和地面用户。Ｕ）（ｔ｝为实现天地一体化遥感网络设计目标，对智能．口＾—化卫星遥感网络要求如下：信源多样化，应包含可空间层用户航天器至少有下述四类空间层航天口广ｍｍ？丨、工即见光、红外、高光谱和微波等多种信源；遥感信息器可作为本天地一体化通ｆｅ网络的用户航天器〇，＞１）凡是轨道位置在我国内地球站视距以外需的获取头现全球化、全时，、义日」」化；迪？测控监视的静止轨道航天器。２）凡是飞行在我馳地球站视距以外有数据分？感ｆｇｆｉ服务灵性化和Ｘ众化；实时传输要細非静止轨纖天器。ｉｉｆｅｗｆ）终＿样化’＠３）凡是飞行在麵内地球站视距以外需全时监视的各种轨道航天器。￥载＇船移动终还包括手ｔａ＇草ｍ４）凡是飞行在麵内地球站视距以外有事件应急处理要求的各种轨道航天器。（２）产品要求这些用户航天器包括不同轨道和用途的单星、不同应用领域的用户对遥感信息有不同需求，星座和编队飞行的小卫星子网，以及载人飞船、空但目前提供给用户的数据产品都为单纯的影像数间站等有人航天器。据，不能满足不同用户需求。临近空间层用户飞行器：凡是空间位置在我国按时效性分，可以将遥感的用户分为实时用户、内地球站视距以外需测控、数据传输、全时监视和准实时用户和离线用户：实时用户最关注数据的实３０１卫星应用２０１６年第１期ＳｐｅｃｉａｌＲｅｐｏｒｔｓｆ效性，如在军事应用中，需要每半小时对战场现状智能化遥感卫星网络空间段采用双层卫星网络和打击效果作出估价；在台风监测中，需要每小时结构，网中所有卫星通过星间链路进行联系，协同对其预测路径做出修正。准实时用户，如各类灾害工作第一层由全球覆盖的低轨遥感卫星群组成，应急系统，需要在尽可能短的时间内了解灾害的范这些卫星轨道高度一般在３００ｋｍ以上。它们被分成圃、影响大小；如精细农业应用，每间隔１￣３天多个小组，同一个小组的卫星搭载不同的传