空间信息网络的功能及应用探究

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：图1-15空间信息网架构空间信息网络功能包括遥感与导航数据快速获取与处理服务、地面移动宽带通信服务、航天器测控以及通信与导航。

国内空间信息网络的基本概念和内涵如表1-13所示，主要包括6种网络，每种网络的侧重点不一样。

表1-13　国内空间信息网络概念

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（1）2006年沈荣骏院士提出的“天地一体化航天互联网”，通过天地链路连接成一个一体化的互联网络，主要强调对航天系统资源的整合。天地一体化航天互联网络规模庞大、结构复杂、网络伸缩性强，用户动态接入，网络拓扑结构不断变化并包含多个异构的子网（含卫星编队和星座等），涉及用户卫星系统、中继卫星系统、地基测控网、用户业务网等诸多层面。整个网络可分为主干网、子网（包括星座和编队子网、近距离无线子网、多址或单址独立节点）和接入网络（包括空间接入网和地面接入网）。我国天地一体化航天互联网体系结构如图1-13所示。

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图1-13　天地一体化航天互联网结构

主干网。负责用户航天器与地面之间应用数据及测控信息的传输与分发，主要由我国地面数据接收网、空间目标监视网、天文观测网、航天测控网、业务测控网和中继卫星系统（包括地球轨道中继卫星和深空中继卫星）组成。由统一的运行管理中心管理，并设置高效统一的数据服务系统为不同用户服务。

子网。包括以下几类：①独立节点，分为单址和多址两种。单址指只有一个网络地址，这类节点通常直接与主干网连接，目前的大多数卫星属此类。多址指一个航天器有多个网络地址，分系统或独立部件允许有自己的网络地址，如空间站。这类航天器通常以子网形式与主干网连接，航天器内部分系统的增减不影响其他系统的数据传输。②星座子网和编队子网，有星间链路的星座或卫星编队互联后构成局域网。无星间链路的星座或卫星编队卫星不构成子网，每颗卫星成为独立节点。③近距离无线网络，由若干近距离航天器通过无线手段通信构成的网络。主干网节点只与执行该任务的一个或少数主航天器之间建立链路。主要在飞船的交会对接、月球或火星等轨道器与着陆器之间的释放与对接等环境下使用。

接入网。联结主干网和子网的节点设备（包括天线、收发设备）所构成的网络，分为地面接入网和空间接入网。基于以上划分，目前的数据网和测控网中的不同设备单元将分属主干网和接入网。其中射频部分及基带属于接入网；计算机信息系统及其后端属于主干网。

（2）2013年闵士权总工程师提出“天基综合信息网”的构想，天基综合信息网又叫空间综合信息网，其基本思路是通过整合不同的卫星系统，以卫星通信网为核心实现信息的传递。天基综合信息网是通过星间、星地链路连接在一起的不同轨道、种类、性能的飞行器及相应地面设施和应用系统，按照空间信息资源的最大有效利用原则所组成的空天地一体化综合信息网（见图1-14）。该网络具有智能化信息获取、存储、传输、处理、融合和分发能力，具备一定的自主运行和管理能力。

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图1-14　天基综合信息网架构

（3）2013年国家自然科学基金委发布“空间信息网络”重大专项课题，侧重在天基层面，强调飞行器、航天器及卫星等天基信息载体的整合。空间信息网络是以空间平台（如同步卫星或中、低轨道卫星，平流层气球和有人／无人驾驶飞机等）为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统（见图1-15）。作为国家重要基础设施，空间信息网络在服务远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输、航天测控等重大应用的同时，向下可支持对地观测的高动态、宽带实时传输，向上可支持深空探测的超远程、大时延可靠传输，从而将人类科学、文化、生产活动拓展至空间、远洋乃至深空，是全球范围的研究热点。

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图1-15　空间信息网架构

空间信息网络功能包括遥感与导航数据快速获取与处理服务、地面移动宽带通信服务、航天器测控以及通信与导航。空间信息网络可一星多用，兼顾其他，其结构复杂、技术难度大、网络多源异构、节点动态变化、覆盖范围大、应用前景广阔。

（4）2015年国防科工局牵头，联合国家发展改革委、工业和信息化部和外交部开展“‘一带一路’空间信息走廊”的方案论证，其主要建设思路是为“一带一路”沿线国家和地区经济发展、社会进步、民生改善提供空间信息支撑（见表1-14）。

表1-14　“一带一路”空间信息走廊发展路线

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为更好地服务于“一带一路”及沿线国家和地区的空间信息与资源需求，构建布局合理、区域全覆盖的综合性空间信息服务平台，空间信息走廊工程将主要实现以下三大目标：

（A）天观地测，运筹帷幄。结合亚太空间合作组织多任务小卫星星座的建设，辅以地基观测与信息采集手段，建设面向“一带一路”的国际化遥感信息服务网络，提供覆盖“一带一路”决策的数据保障与咨询服务。

（B）西进东拓，经略子午。拓展卫星通信节点，保障我国在“一带一路”通信干路传输和遥感信息的境外传输；建设覆盖“一带一路”沿线区域的移动通信能力和手段，形成覆盖“一带一路”不间断的信息服务能力。

（C）借力北斗，精耕细作。基于“一带一路”遥感信息获取能力和通信传输能力，结合导航定位与信息融合应用，积极推广北斗应用国际化，建设服务国家战略安全、产业推广、企业保驾护航的应用服务系统，支持战略目标区域和重大工程项目实施与运行的重要信息采集、分析和决策服务。

（5）2013—2014年，工信部组织了“天地一体化信息网络”相关课题研究，2013年和2015年先后召开两次高峰论坛，张乃通、姜会林等院士作大会报告，明确了网络定位和边界。

天地一体化信息网络是以地面网络为依托、天基网络为拓展，采用统一的技术架构、技术体制、标准规范，由天基信息网、互联网和移动通信网互联互通而成。如图1-16所示，天基信息网包括天基骨干网、天基接入网、地基节点网3部分。天基骨干网由布设在地球同步轨道的若干骨干节点联网而成，骨干节点具备宽带接入、数据中继、路由交换、信息存储、处理融合等功能。天基接入网由布设在高轨或低轨的若干接入节点所组成，满足陆、海、空、天多层次海量用户的各种网络接入服务需求，包括语音、数据、宽带多媒体等业务。地基节点网由多个地面互联的地基骨干节点组成，地基骨干节点由信关站、网络运维管理、信息处理、信息存储及应用服务等功能部分组成，主要完成网络控制、资源管理、协议转换、信息处理、融合共享等功能，通过地面高速骨干网络完成组网，并实现与其他地面系统的互联互通。系统需具备开展宽带接入、移动接入、骨干互联、中继传输及天基测控等功能。

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图1-16　天地一体化信息网络

（6）具有信息港功能的多功能异构卫星系统“空间信息网络”，是空间信息网络体系中的用户接入节点、信息汇聚枢纽、处理分发平台和管理控制中心，能够实现天基用户管理、控制管理和业务管理3个核心功能。

空间信息网络是天基信息网络体系中高轨道节点的一种形态，本质上天基信息网络是一种天地一体的“信息+网络”的复杂系统，联通管理各类子网和用户、汇集处理各种数据与信息，是天基网络信息体系能力提升的关键，是天基信息实现体系化应用的核心。

空间信息网络的功能及应用探究

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