1.3 空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)

1.3.1 空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的定義和組成

1.空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的定義

對(duì)于空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)統(tǒng)一定義，本書(shū)依據(jù)1.2節(jié)提到的幾個(gè)文件的相關(guān)內(nèi)容提出如下空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的定義。

空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)是以地基信息網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，以天基信息網(wǎng)絡(luò)為主體，深空信息網(wǎng)絡(luò)可互聯(lián)，由不同軌道、不同類型、不同性能的星座組成互聯(lián)的骨干網(wǎng)/接入網(wǎng)并覆蓋全球，通過(guò)星間鏈路和星地鏈路連接對(duì)應(yīng)的海、陸、空及近地空間的各種地球站（通信導(dǎo)航遙感業(yè)務(wù)應(yīng)用站、測(cè)控站和網(wǎng)管站等）、各種用戶終端（業(yè)務(wù)收發(fā)終端、飛行器和航天器、編隊(duì)小衛(wèi)星等），以IP為信息承載方式，采用智能高速星上處理、交換和路由等技術(shù)，按照空間信息資源的最大有效綜合利用原則，實(shí)施各種信息的實(shí)時(shí)獲取、存儲(chǔ)、傳輸、處理、融合和分發(fā)的一體化綜合信息網(wǎng)絡(luò)。

2.空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的組成

空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)主要由天基信息網(wǎng)絡(luò)（由信息獲取、信息傳輸、信息處理、導(dǎo)航定位、航天測(cè)控、網(wǎng)絡(luò)管理和安全防御等系統(tǒng)組成）和地基通信網(wǎng)絡(luò)組成。其具體組成如下。

（1）信息獲取系統(tǒng)：主要承擔(dān)信息的收集任務(wù)，包括偵察衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、資源衛(wèi)星、地形測(cè)繪衛(wèi)星、空間目標(biāo)監(jiān)視衛(wèi)星等和相應(yīng)的地面系統(tǒng)。

（2）信息傳輸系統(tǒng)：主要承擔(dān)信息傳輸、處理、分發(fā)和中繼任務(wù)，包括通信衛(wèi)星（含廣播衛(wèi)星）、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星和相應(yīng)的地面系統(tǒng)。

（3）信息處理系統(tǒng)：主要完成衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)的預(yù)處理、二次處理及信息融合和綜合分析等任務(wù)，包括各衛(wèi)星裝載的高性能信息處理機(jī)及相應(yīng)的軟件和數(shù)據(jù)庫(kù)，以及專門的數(shù)據(jù)處理衛(wèi)星和地面處理與應(yīng)用系統(tǒng)。

（4）導(dǎo)航定位系統(tǒng)：由不同軌道的多顆導(dǎo)航衛(wèi)星和相應(yīng)的地面系統(tǒng)組成，為從地面到近地空間包括衛(wèi)星在內(nèi)的各種移動(dòng)或靜止載體提供導(dǎo)航、定位和授時(shí)服務(wù)。

（5）航天測(cè)控系統(tǒng)：主要由地面測(cè)控站、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星和被測(cè)飛行器的測(cè)控單元組成，負(fù)責(zé)整個(gè)空間段從單星、星座到全網(wǎng)的測(cè)控管理。

（6）網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)：由地面管理中心和包含數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星或信息處理衛(wèi)星的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的天基管理中心共同組成，可分別獨(dú)立或聯(lián)合完成網(wǎng)絡(luò)星座的運(yùn)行監(jiān)測(cè)、指揮與控制功能，以及信息交換的管理與控制功能。

（7）安全防御系統(tǒng)：負(fù)責(zé)天基信息網(wǎng)絡(luò)的安全，必要時(shí)可采取攻擊手段自衛(wèi)，包括抗干擾裝置、太空環(huán)境預(yù)報(bào)系統(tǒng)、誘餌衛(wèi)星、電子干擾衛(wèi)星、動(dòng)能攔截衛(wèi)星和天基聚能殺傷武器。

（8）地基通信網(wǎng)絡(luò)：分為公用通信網(wǎng)和專用通信網(wǎng)兩種，主要包括互聯(lián)網(wǎng)（Internet）、公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、公用地面移動(dòng)通信網(wǎng)（PLMN）等網(wǎng)絡(luò)。

1.3.2 空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)

空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)不同需求構(gòu)建不同的信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

1.空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示例一

典型的空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1-4所示。在圖1-4中，天基部分可分為空間段（含近地空間和臨近空間）和地面段（含航空空間）兩部分。地基部分即圖1-4中的地面公用通信網(wǎng)，主要由有線互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)組成。天基綜合信息網(wǎng)通過(guò)各地信關(guān)站與全球各種地面公用通信網(wǎng)互聯(lián)互通，構(gòu)成空天地一體化全球綜合信息網(wǎng)絡(luò)。

1）天基綜合信息網(wǎng)的空間段

（1）近地空間層骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)。它是由靜止軌道和非靜止軌道的通信衛(wèi)星（含中繼衛(wèi)星）星座組成的全球全時(shí)覆蓋的通信網(wǎng)。其中，靜止軌道通信衛(wèi)星星座主要用作骨干網(wǎng)，也可兼作接入網(wǎng)，還可向上延伸支持深空網(wǎng)絡(luò)傳輸；非靜止軌道通信衛(wèi)星星座用作接入網(wǎng)，也可兼作骨干網(wǎng)。此外，非靜止軌道通信衛(wèi)星星座可以是中軌道（MEO）和低軌道（LEO）雙層星座，也可以是單層中軌道星座或低軌道星座。該網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)對(duì)來(lái)自近地空間層的各種用戶航天器、臨近空間層的各種用戶飛行器和分布在全球不同地區(qū)的各種海陸空用戶終端的各種信息進(jìn)行傳輸、處理和分發(fā)；還負(fù)責(zé)對(duì)來(lái)自地面的各種測(cè)控與數(shù)傳網(wǎng)站的各種信息進(jìn)行傳輸、處理和分發(fā)，以及承擔(dān)天基綜合信息網(wǎng)網(wǎng)管系統(tǒng)相關(guān)的管理職能。它是天基綜合信息網(wǎng)的核心基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

（2）近地空間層用戶航天器。它包括不同軌道、各種業(yè)務(wù)應(yīng)用的衛(wèi)星、飛船、空間站、探測(cè)器和小衛(wèi)星群等。其中，各種對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星（也稱為遙感衛(wèi)星）在獲取相關(guān)觀測(cè)數(shù)據(jù)（可以是原始數(shù)據(jù)，也可以是經(jīng)其處理后的有用信息）后直接向其視區(qū)內(nèi)的地球站發(fā)送（原始數(shù)據(jù)發(fā)送給遙感信息綜合與管理中心處理，有用信息發(fā)送給用戶站使用）或當(dāng)其視區(qū)內(nèi)無(wú)地球站時(shí)通過(guò)中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)；載人飛船和空間站可直接（或通過(guò)中繼衛(wèi)星中轉(zhuǎn)）與其地球站進(jìn)行雙向通信和數(shù)據(jù)傳輸；其他航天器的工作方式類似于上述方式。

（3）臨近空間層用戶飛行器。它包括平流層飛艇、浮空氣球、高空無(wú)人機(jī)、高超聲速飛行器等各種飛行器。當(dāng)它作為對(duì)地觀測(cè)任務(wù)飛行器使用時(shí)，可將獲取的觀測(cè)數(shù)據(jù)直接向其地面用戶站發(fā)送或通過(guò)中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)給地面相關(guān)用戶站；作為通信中繼任務(wù)飛行器使用時(shí)，可使其覆蓋區(qū)內(nèi)的各用戶站間進(jìn)行雙向通信和數(shù)據(jù)傳遞，或者可通過(guò)中繼衛(wèi)星中轉(zhuǎn)與其覆蓋區(qū)外的用戶站進(jìn)行雙向通信和數(shù)據(jù)傳遞。此外，臨近空間層飛行器群還可組成接入網(wǎng)，為地面層用戶終端提供信息中繼服務(wù)。

（4）近地空間層時(shí)空基準(zhǔn)導(dǎo)航衛(wèi)星星座。該星座組成時(shí)空基準(zhǔn)系統(tǒng)，為天基綜合信息網(wǎng)提供時(shí)間和空間坐標(biāo)基準(zhǔn)。該基準(zhǔn)可為各類航天器、臨近空間層飛行器、導(dǎo)彈等飛行體提供精確的時(shí)間、位置和速度信息，為各類地球站（如遙感信息綜合與管理中心、地面測(cè)控與數(shù)據(jù)管理網(wǎng)站、信關(guān)站、固定與便攜用戶站等）提供精確的時(shí)間和位置信息，也可為機(jī)載終端、船載終端、車載終端、手持終端等移動(dòng)終端提供導(dǎo)航定位信息。

（5）防衛(wèi)衛(wèi)星群。它由防衛(wèi)衛(wèi)星組成，負(fù)責(zé)天基信息網(wǎng)絡(luò)的安全，必要時(shí)可采取攻擊手段自衛(wèi)。防衛(wèi)衛(wèi)星包括地面和太空環(huán)境識(shí)別與預(yù)報(bào)衛(wèi)星、誘餌衛(wèi)星、電子干擾衛(wèi)星、動(dòng)能攔截衛(wèi)星及天基聚能殺傷武器等。

2）天基綜合信息網(wǎng)的地面段

（1）航天器用戶站和飛行器用戶站。如圖1-4所示，圖中有近地空間層用戶航天器用的各種航天器用戶站和臨近空間層用戶飛行器用的各種飛行器用戶站。對(duì)于以對(duì)地觀測(cè)飛行器（包含航天器）為服務(wù)對(duì)象的用戶站來(lái)說(shuō)，上述兩種用戶站的功能基本相同。各用戶站可以根據(jù)需要直接接收有關(guān)飛行器發(fā)回的遙感原始數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送給遙感信息綜合與管理中心進(jìn)行處理，也可直接接收有關(guān)飛行器發(fā)回的經(jīng)其處理后的有用信息。若有必要，可直接控制飛行器向用戶站直接發(fā)送原始數(shù)據(jù)，并在用戶站設(shè)置自己部門所需的遙感信息處理設(shè)備，從而將直接接收到原始數(shù)據(jù)在本地生成有用信息。用戶站也可通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)或從數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)播的來(lái)自遙感信息綜合與管理中心的信息中獲得自己所需要的綜合信息及知識(shí)。

（2）通信衛(wèi)星用戶站。它即本書(shū)所說(shuō)的地面層用戶站，包括航空空間的各種機(jī)載用戶站。整個(gè)地面層用戶站（也稱為用戶終端）包括機(jī)載終端、船載終端、車載終端、手持終端、便攜終端、固定終端等。各終端通過(guò)由通信衛(wèi)星星座組成的全球全時(shí)覆蓋網(wǎng)絡(luò)可使網(wǎng)內(nèi)任何用戶在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間與任何用戶互通任何類型的信息。另外，供物聯(lián)網(wǎng)用的數(shù)據(jù)采集終端，根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，可分為微小終端、固定終端、移動(dòng)終端、手持終端、拋撒終端等。

（3）導(dǎo)航衛(wèi)星用戶站。它包括天、空、地各種導(dǎo)航終端，如應(yīng)用于航空、航天、船舶、氣象、減災(zāi)、林業(yè)等行業(yè)的各類機(jī)/彈/車/船載及手持衛(wèi)星接收機(jī)。

（4）各種航天器測(cè)控與數(shù)傳網(wǎng)站。如圖1-4所示，其包括通信衛(wèi)星用的測(cè)控通信與數(shù)據(jù)中繼網(wǎng)站、近地空間層用戶航天器用的各種航天器測(cè)控與數(shù)傳網(wǎng)站，以及臨近空間層用戶飛行器用的各種飛行器測(cè)控與數(shù)傳網(wǎng)站，它們的任務(wù)是對(duì)在軌運(yùn)行的飛行器實(shí)施測(cè)控、數(shù)據(jù)傳輸和管理，它們的基本功能相同：一是直接或通過(guò)中繼衛(wèi)星中繼對(duì)飛行器進(jìn)行遙測(cè)、遙控、跟蹤測(cè)軌（或定位）和管理；二是通過(guò)飛行器與相關(guān)地球站進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸。此外，其還包括導(dǎo)航衛(wèi)星星座的測(cè)控管理站和防衛(wèi)衛(wèi)星群的測(cè)控管理站，主要用于對(duì)它們管轄的衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)控和管理。

（5）各地信關(guān)站。信關(guān)站提供衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)與地面互聯(lián)網(wǎng)、PSTN、PLMN等網(wǎng)絡(luò)之間的接口，使得其用戶能夠呼叫全球各地的地面網(wǎng)絡(luò)的用戶。信關(guān)站的數(shù)量及其設(shè)置地點(diǎn)的選擇取決于需設(shè)置地區(qū)的地面公用通信網(wǎng)用戶與衛(wèi)星通信網(wǎng)用戶彼此通信的業(yè)務(wù)量。

（6）遙感信息綜合與管理中心。該中心可接收近地空間層、臨近空間層各遙感飛行器直接發(fā)送或通過(guò)中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的原始數(shù)據(jù)，以及接收來(lái)自各用戶站傳送來(lái)的原始數(shù)據(jù)，并將這些原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、融合和解譯，生成各級(jí)各類產(chǎn)品、綜合信息和知識(shí)，通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接脩艉蜎Q策部門。此外，該中心還可將處理和融合后的綜合信息和知識(shí)上行發(fā)射到中繼衛(wèi)星后再轉(zhuǎn)發(fā)廣播給各用戶站使用。遙感信息綜合與管理中心還負(fù)責(zé)對(duì)相關(guān)衛(wèi)星和地面設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理，包括飛行器的測(cè)控管理、業(yè)務(wù)管理、運(yùn)行管理及用戶的服務(wù)管理等。

（7）測(cè)控管理中心。它負(fù)責(zé)對(duì)分布在各地的所有測(cè)控通信與數(shù)據(jù)中繼網(wǎng)站（包括通信衛(wèi)星用的、近地空間層用戶航天器用的及臨近空間層用戶飛行器用的）進(jìn)行測(cè)控指揮、協(xié)調(diào)和管理。

（8）網(wǎng)絡(luò)管控中心。它與空間段骨干網(wǎng)衛(wèi)星的相關(guān)管理功能結(jié)合，負(fù)責(zé)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、管理和控制，具有配置管理、性能管理、資源管理、用戶管理、故障管理、計(jì)費(fèi)管理等功能。

（9）天基綜合信息網(wǎng)管理中心。它負(fù)責(zé)天基綜合信息網(wǎng)全網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行與管理等指揮和協(xié)調(diào)工作。

2.空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示例二

從通信網(wǎng)絡(luò)角度提出的包括高、中、低軌通信衛(wèi)星星座，地面固定通信網(wǎng)，機(jī)動(dòng)通信網(wǎng)，以及統(tǒng)一的核心服務(wù)、各類應(yīng)用和用戶的空天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1-5所示。該網(wǎng)絡(luò)可延伸到深空信息網(wǎng)絡(luò)，并強(qiáng)調(diào)了服務(wù)、應(yīng)用的天地深度融合。