楊紅生

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都610036)

1 引言

隨著衛(wèi)星軍事應(yīng)用需求的快速發(fā)展，越來(lái)越多的航天任務(wù)已經(jīng)不能僅靠單顆衛(wèi)星來(lái)完成，而必須多顆衛(wèi)星聯(lián)合工作才能完成。比如，美國(guó)2000年發(fā)射的3顆小型商業(yè)遙感衛(wèi)星分辨率高達(dá)1 m，達(dá)到了大型偵察衛(wèi)星水平。

星群是指一組航天器以協(xié)同工作方式，構(gòu)成一個(gè)大的“虛擬航天器”來(lái)完成測(cè)量、偵察、空間攻防對(duì)抗、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知等一系列聯(lián)合行動(dòng)任務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)。星群又分兩類，一類是衛(wèi)星編隊(duì)，一類是模塊化衛(wèi)星群。衛(wèi)星編隊(duì)飛行是一組航天器構(gòu)成和保持一個(gè)特定形狀，以擴(kuò)大測(cè)量基線為主要特征的星群，例如美國(guó)“21世紀(jì)技術(shù)衛(wèi)星”[1]。編隊(duì)飛行成員衛(wèi)星需要嚴(yán)格的站位保持，因此對(duì)星間測(cè)量精度要求很高，經(jīng)常是同構(gòu)的。模塊化衛(wèi)星群是由一組具備各自不同功能的航天器組成，各模塊執(zhí)行自己的功能，但又通過(guò)星間鏈路相互配合，聯(lián)合完成一系列任務(wù)的衛(wèi)星系統(tǒng)，例如美國(guó)F6計(jì)劃。與傳統(tǒng)單星工作模式相比，星群工作模式具備低成本、高性能、任務(wù)靈活性、高可靠性和強(qiáng)抗毀能力等優(yōu)點(diǎn)。

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外星群測(cè)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀，基于我國(guó)航天測(cè)控技術(shù)的研究基礎(chǔ)，開(kāi)展星群測(cè)控的體系架構(gòu)研究，并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究分析。

2 星群測(cè)控的問(wèn)題

傳統(tǒng)航天測(cè)控系統(tǒng)主要完成對(duì)獨(dú)立目標(biāo)的測(cè)控與在軌管理工作，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的煙囪式測(cè)量方式。對(duì)于單個(gè)衛(wèi)星或數(shù)量很少的小規(guī)模星群，這種方法可以適用，但對(duì)于星群的多星測(cè)控實(shí)施點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)控，在人力、物力上的費(fèi)用將非常龐大，特別是星間距離較近時(shí)，地面站的測(cè)控天線實(shí)現(xiàn)對(duì)多星遙測(cè)信號(hào)的同時(shí)接收與分辨將非常困難。為了提高多目標(biāo)測(cè)控能力，我國(guó)也已經(jīng)發(fā)展了多種多目標(biāo)測(cè)控方法，目前主要有地基相控陣多波束技術(shù)、地基單波束碼分多址技術(shù)、中繼星S頻段多址接入(SMA)技術(shù)3種，這3種方法對(duì)每個(gè)目標(biāo)仍然是采用“一對(duì)一”的測(cè)控方式，對(duì)多目標(biāo)測(cè)控支持能力有限。隨著航天任務(wù)需求的不斷發(fā)展，星群內(nèi)成員數(shù)量不斷增多，可以達(dá)到幾十甚至上百顆，對(duì)星群為特征的多目標(biāo)測(cè)控，傳統(tǒng)測(cè)控資源對(duì)多目標(biāo)支持能力不足，不能適應(yīng)未來(lái)對(duì)星群多目標(biāo)測(cè)控的任務(wù)需求。因此，需要針對(duì)星群應(yīng)用研究一種全新的星群測(cè)控方式。

3 國(guó)內(nèi)外星群測(cè)控技術(shù)的研究現(xiàn)狀

3.1 國(guó)外星群研究現(xiàn)狀

3.1.1 國(guó)外星群研究及應(yīng)用情況

從20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，美國(guó)和歐洲都非常重視星群技術(shù)的發(fā)展，將其視為未來(lái)航天發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，大力發(fā)展了一些用于偵察、預(yù)警、通信和多功能綜合星群系統(tǒng)，取得了較多的研究成果。下面對(duì)國(guó)外典型的已有星群及在研的星群計(jì)劃進(jìn)行介紹。

2005年，NASA啟動(dòng)了自治納衛(wèi)星群(ANTS)計(jì)劃中的“小行星探測(cè)任務(wù)(PAM)”項(xiàng)目中，擬發(fā)射1 000顆納衛(wèi)星組成10個(gè)子群，對(duì)小行星進(jìn)行探測(cè)。這些星群由小型化、自治的、相似度高、可重構(gòu)、可編址的衛(wèi)星元素組成。這些小的衛(wèi)星元素廣泛分布且多層組織。ANTS計(jì)劃可適合多種太空任務(wù)，未來(lái)ANTS將構(gòu)成3D的mesh網(wǎng)絡(luò)或者2D的結(jié)構(gòu)網(wǎng)用以完成特定的任務(wù)。

2006年，美國(guó)航空航天局通過(guò)珀加索斯火箭發(fā)射了由若干25 kg小衛(wèi)星組成的星群。小衛(wèi)星間距離約為200 km，最終呈現(xiàn)為“鏈”狀構(gòu)型。該任務(wù)最終對(duì)地球磁場(chǎng)進(jìn)行了為期90天的觀測(cè)。

2006年，ESA實(shí)施的星群探測(cè)小行星帶(APIES)項(xiàng)目，該星群由19顆微衛(wèi)星(BEE)和1顆主星HIVE(Hub＆Interplanetary Vehicle)組成，構(gòu)成星型網(wǎng)絡(luò)。HIVE衛(wèi)星繞太陽(yáng)軌道運(yùn)行，每顆BEE的探測(cè)數(shù)據(jù)最終通過(guò)HIVE傳回地球。

2011年10月，歐空局發(fā)射了3顆400～550 km的極軌道衛(wèi)星組成星群，該3顆衛(wèi)星將組成星群最終實(shí)現(xiàn)對(duì)地球的3D地磁重構(gòu)，用以檢測(cè)地磁變化。

美國(guó)DARPA的SeeMe計(jì)劃，目前正在研究通過(guò)20顆衛(wèi)星組成超低軌道大星群計(jì)劃。計(jì)劃總投資超過(guò)1 200萬(wàn)美元，于2012－2015年左右發(fā)射?；赟eeMe計(jì)劃，士兵可在需要時(shí)按下手持設(shè)備上的“SeeMe”按鍵，90 min內(nèi)士兵便可通過(guò)手持設(shè)備，近實(shí)時(shí)地獲得從太空中拍攝的其周邊環(huán)境的高精度圖像信息。

美國(guó)F6計(jì)劃，通過(guò)一個(gè)分離模塊航天器，構(gòu)成一個(gè)虛擬大衛(wèi)星來(lái)完成特定任務(wù)。DARPA計(jì)劃在2013－2014年進(jìn)行F6計(jì)劃的飛行示范。示范內(nèi)容包括:針對(duì)星群的更新“模塊”進(jìn)行簇的重配置;利用星間網(wǎng)絡(luò)將更新的“模塊”納入星群的網(wǎng)絡(luò)資源;根據(jù)任務(wù)需要，對(duì)星群進(jìn)行快速分散和匯聚;整體星群任務(wù)的協(xié)作[2]。

3.1.2 國(guó)外星群測(cè)控通信技術(shù)研究情況

(1)星間相對(duì)測(cè)量定位技術(shù)

目前，星間相對(duì)測(cè)量方法主要包括無(wú)線電、激光、導(dǎo)航和可見(jiàn)光測(cè)量等，從文獻(xiàn)上看國(guó)外星間測(cè)量的時(shí)間同步精度達(dá)到了0.1 ns，相對(duì)距離測(cè)量精度達(dá)到了nm量級(jí);而國(guó)內(nèi)報(bào)道的星群時(shí)間同步精度與距離測(cè)量精度差距較大。表1是幾個(gè)國(guó)外典型星間測(cè)量的例子，圖1和圖2是其中兩個(gè)項(xiàng)目的星間相對(duì)測(cè)量原理圖。

圖1 下一代全球重力場(chǎng)測(cè)量計(jì)劃星間激光干涉測(cè)距概念Fig.1 Concept of inter－satellite laser ranging of GRACE Follow on

圖2 VISNAV傳感器系統(tǒng)的相對(duì)導(dǎo)航原理圖Fig.2 Configuration of relative navigation of VISNAV sensor system

表1 國(guó)外星間測(cè)量的研究情況Table1 Studies of inter－satellite relative measurement abroad

(2)空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)方面

從20世紀(jì)末期開(kāi)始，國(guó)外航天大國(guó)均致力于將地面網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展到空間應(yīng)用的研究，開(kāi)展了許多空間互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)研究工作，目前正處于空間互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)演示驗(yàn)證階段。星群測(cè)控網(wǎng)建設(shè)可借鑒或采用的協(xié)議主要包括以下3種[9]。

1)空間IP協(xié)議體系

地球互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了在空間通信中直接采用IP技術(shù)的想法?？臻gIP協(xié)議體系的優(yōu)勢(shì)是技術(shù)成熟度高、能大大縮減航天成本、易于升級(jí)以滿足未來(lái)航天任務(wù)的需要。2001年，美國(guó)哥達(dá)德航天中心開(kāi)展了名為OMNI的研究項(xiàng)目，主要研究利用地面商用IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)空間通信方案。OMNI基于IP的思想開(kāi)展了地面試驗(yàn)，并進(jìn)行了“航天飛機(jī)上的通信與導(dǎo)航演示驗(yàn)證(CANDOS)”試驗(yàn)。空間IP協(xié)議體系雖然可以基本滿足地面與近地軌道航天器間的信息傳輸，但TCP協(xié)議是基于端到端重傳的協(xié)議，需要假定傳輸延遲很小，與空間通信不符;此外，按照分級(jí)方式實(shí)現(xiàn)的地面路由協(xié)議不適用于空間通信的操作環(huán)境。

2)CCSDS建議的體系結(jié)構(gòu)

CCSDS開(kāi)發(fā)了一組統(tǒng)稱為空間通信協(xié)議規(guī)范(SCPS)的協(xié)議用以滿足下列需求:支持可靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)協(xié)議需求;滿足正在開(kāi)展的多空間節(jié)點(diǎn)任務(wù)配置對(duì)空間網(wǎng)絡(luò)選路的需求;大幅度壓縮運(yùn)行成本且保持從空間任務(wù)獲得結(jié)果的能力的需求;與因特網(wǎng)兼容的互操作需求?；谶@些考慮，SCPS照搬了因特網(wǎng)的協(xié)議層次模型，但根據(jù)空間與地面的差異對(duì)因特網(wǎng)協(xié)議的 IP、IP－SESC、TCP/IP、FTP協(xié)議根據(jù)空間環(huán)境特點(diǎn)在仿制的同時(shí)進(jìn)行了若干修改，相應(yīng)的開(kāi)發(fā)了SCPS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(SCPS－NP)、SCPS安全協(xié)議(SCPS－SP)、SCPS傳輸協(xié)議(SCPS－TP)、SCPS文件協(xié)議(SCPS－FP)。CCSDS允許在網(wǎng)絡(luò)層使用Ipv4和Ipv6數(shù)據(jù)包，同時(shí)參考地面IP技術(shù)開(kāi)發(fā)了一套涵蓋網(wǎng)絡(luò)層到應(yīng)用層的SCPS，與地面因特網(wǎng)協(xié)議相比，SCPS增強(qiáng)了對(duì)空間通信環(huán)境的適應(yīng)性。

近年來(lái)，還產(chǎn)生了CCSDS協(xié)議體系與空間IP協(xié)議體系相結(jié)合的思想，即在數(shù)據(jù)鏈路層仍然可以使用 CCSDS建議，如分包遙測(cè)、分包遙控、AOS、Proximity－1等;網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用IP及其擴(kuò)展技術(shù);傳輸層和應(yīng)用層選用商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議或CCSDS協(xié)議。這種解決方案具有較為靈活的協(xié)議配置能力，但沒(méi)有從根本上消除空間IP協(xié)議體系和當(dāng)前CCSDS協(xié)議體系在深空通信中的固有缺陷，協(xié)議堆棧的可適應(yīng)感知能力較弱，仍面臨許多挑戰(zhàn)。

3)DTN的設(shè)計(jì)思想及體系結(jié)構(gòu)

容延遲網(wǎng)絡(luò)研究小組(DTNRG)將整合高度優(yōu)化的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的能力作為開(kāi)發(fā)未來(lái)空間/地面協(xié)議堆棧的目標(biāo)，提出了一種基于容延遲網(wǎng)絡(luò)(DTN)的協(xié)議體系。為解決深空環(huán)境下的可靠傳輸問(wèn)題，JPL于2002年12月提交了一份支持DTN網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議草案，命名為L(zhǎng)icklider傳輸協(xié)議(LTP)，以替代IP協(xié)議和TCP協(xié)議。DTN采用了如下的設(shè)計(jì)理念:傳輸層與網(wǎng)絡(luò)層要適應(yīng)本地的通信環(huán)境;采用了“non－chatty”的通信模型;采用了存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸;針對(duì)丟失數(shù)據(jù)采用了重傳機(jī)制。

因此，DTN是一種基于存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)消息的體系結(jié)構(gòu)，并在應(yīng)用層與傳輸層之間加入了一個(gè)bundle層。通過(guò)bundle層內(nèi)進(jìn)行存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)路由，在一定程度上解決了長(zhǎng)的可變時(shí)延、非對(duì)稱的數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題;同時(shí)，采用custody hop－by－h(huán)op傳輸機(jī)制提供端到端的可靠傳輸，解決了鏈路數(shù)據(jù)傳輸高丟包、高錯(cuò)誤率的問(wèn)題。

3.2 國(guó)內(nèi)星群技術(shù)的研究情況

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)星群方面的研究處于起步階段，與國(guó)外差距較大。清華大學(xué)、浙江大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)等高校開(kāi)展了皮納衛(wèi)星的研究與試驗(yàn)工作，自2000年以來(lái)，陸續(xù)發(fā)射了“清華1號(hào)”、“皮星1號(hào)”A/B星、“天拓1號(hào)”、“天巡1號(hào)”等多顆皮納衛(wèi)星，為星群編隊(duì)飛行和組網(wǎng)奠定了基礎(chǔ)。

在多星測(cè)控方面，我國(guó)也已開(kāi)展了單波束多目標(biāo)測(cè)控、多波束多目標(biāo)測(cè)控技術(shù)方面的研究。

在空間數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議方面，我國(guó)從20世紀(jì)90年代起對(duì)CCSDS建議進(jìn)行了跟蹤和研究，主要集中在分包遙控、分包遙測(cè)和高級(jí)在軌系統(tǒng)(AOS)建議方面。目前，一些航天任務(wù)的有效載荷已經(jīng)部分采用了CCSDS建議，正在建設(shè)的天基航天測(cè)控網(wǎng)等也開(kāi)始部分采用CCSDS建議。一些航天任務(wù)的地面通信鏈路也已完成了IP化改造，并成功執(zhí)行任務(wù)。對(duì)于空間IP協(xié)議和DTN協(xié)議有一些理論研究，但尚未在工程中得到應(yīng)用。

另外，我國(guó)也開(kāi)展了衛(wèi)星編隊(duì)的研究，但目前的星間相對(duì)位置測(cè)量精度、星間時(shí)間同步精度、編隊(duì)絕對(duì)位置測(cè)量精度相比國(guó)外還有一定差距。

綜上所述，國(guó)內(nèi)雖已在多目標(biāo)測(cè)控技術(shù)和測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化方面取得了一些研究成果，但從相關(guān)文獻(xiàn)上來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)對(duì)星群的研究工作主要側(cè)重于星群編隊(duì)構(gòu)型方面，尚未開(kāi)展基于星間組網(wǎng)的星群測(cè)控網(wǎng)方面的研究。

3.3 國(guó)內(nèi)外星群技術(shù)對(duì)比分析及差距

表2是在星群應(yīng)用、星間相對(duì)測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等相關(guān)方面國(guó)內(nèi)外研究情況的對(duì)比。

表2 國(guó)內(nèi)外星群研究對(duì)比Table2 Contrast of satellite group research at home and abroad

從表2的國(guó)內(nèi)外對(duì)比情況可以看出，我國(guó)在星群應(yīng)用情況、星群研究應(yīng)用的規(guī)模、星間相對(duì)測(cè)量方法、測(cè)量元素、測(cè)量精度以及空間互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等方面，與國(guó)外差距都較大。目前，國(guó)外在星群領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用階段，而我國(guó)仍處于規(guī)劃論證階段，需要借鑒國(guó)外的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)展相關(guān)技術(shù)的研究。

4 星群應(yīng)用需要解決的關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)衛(wèi)星數(shù)量比較多的星群，一種可行的方法是采用空地骨干網(wǎng)+星群內(nèi)部組網(wǎng)的星群測(cè)控體系架構(gòu)，通過(guò)空地骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)主星的絕對(duì)測(cè)量定位，星群內(nèi)部組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)星間相對(duì)測(cè)量定位，以空地骨干網(wǎng)+星群內(nèi)部組網(wǎng)的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)星群的整體測(cè)控，并完成安全可靠的測(cè)控信息和業(yè)務(wù)信息傳輸。這種體系架構(gòu)通過(guò)自主測(cè)量技術(shù)可以使衛(wèi)星成員僅依靠空間設(shè)備完成自身的定位、定軌任務(wù);此外，空間衛(wèi)星相對(duì)測(cè)量還可以有效避免大氣層帶來(lái)的測(cè)量誤差，有利于測(cè)量精度的提高。

星群測(cè)控體系架構(gòu)如圖3所示，由任務(wù)中心、骨干鏈路和星群子網(wǎng)組成。骨干鏈路分為“地面站－星群”的直接鏈路和“地面站－中繼星－星群”的中繼鏈路兩種方式。在這種體系架構(gòu)下有以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題需要重點(diǎn)解決。

圖3 星群測(cè)控體系示意圖Fig.3 Schematic diagram of satellite group TT＆C system

4.1 星群的自主運(yùn)行體系

本文所提星群測(cè)控網(wǎng)需要自適應(yīng)組網(wǎng)、自主測(cè)量定位能力、協(xié)同操控能力等自主運(yùn)行能力的支持。星群的這些自主運(yùn)行能力，受到網(wǎng)絡(luò)形態(tài)動(dòng)態(tài)變化、任務(wù)重構(gòu)、群間永久/非永久鏈路混雜、飛行力學(xué)攝動(dòng)影響、信息復(fù)雜關(guān)聯(lián)、測(cè)量精度要求高等多種因素影響，這些因素對(duì)星群的自主運(yùn)行都提出了巨大的挑戰(zhàn)，貫穿著星群的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、組織管理、測(cè)控模式、協(xié)同操控機(jī)理、安全防護(hù)等各個(gè)方面。因此，星群的自主運(yùn)行體系是星群應(yīng)用需要解決的一個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題。

4.2 星群自適應(yīng)組網(wǎng)技術(shù)

不同的星群應(yīng)用要求具有不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此，在星群自適應(yīng)組網(wǎng)研究中，要針對(duì)不同的星群應(yīng)用類型、不同的功能需求、不同的指標(biāo)要求，深入研究對(duì)星群運(yùn)行有影響的各種因素，構(gòu)造適合不同場(chǎng)景的星群拓?fù)淠Ｐ?。同時(shí)，針對(duì)星群基于網(wǎng)絡(luò)的自主測(cè)量定位和信息傳輸功能，開(kāi)展星群網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議體系、路由、流量與擁塞控制機(jī)制等研究。另外，從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，星群可能會(huì)面臨單點(diǎn)故障、任務(wù)重構(gòu)等情況，要求星群網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)性，需要研究不同拓?fù)淠Ｐ烷g自適應(yīng)轉(zhuǎn)換方法、節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)加入退出技術(shù)。

4.3 星間相對(duì)測(cè)量技術(shù)

當(dāng)前已有的星間相對(duì)測(cè)量方法中，利用導(dǎo)航(美國(guó)的GPS、中國(guó)的“北斗”)測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)是技術(shù)相對(duì)成熟，能進(jìn)行衛(wèi)星位置、速度的絕對(duì)和相對(duì)測(cè)量，測(cè)量設(shè)備的體積小、重量輕，并且不受天氣條件的限制，但隨軌道高度增加，可視導(dǎo)航衛(wèi)星數(shù)量逐漸減少。激光測(cè)量方法的精度比較高，抗干擾能力也比較強(qiáng)，但是波束窄，不能同時(shí)進(jìn)行多目標(biāo)測(cè)量，應(yīng)用于多星組成的星群時(shí)，需要搭配掃描系統(tǒng)來(lái)輔助工作，而掃描系統(tǒng)又會(huì)給衛(wèi)星的控制和系統(tǒng)的溫控帶來(lái)困難。可見(jiàn)光星間相對(duì)狀態(tài)測(cè)量方法的測(cè)量精度隨星間距離增大而變差，因此該方法僅適用于星間距離近的星群。無(wú)線電測(cè)量的波束寬，作用距離遠(yuǎn)，實(shí)現(xiàn)全天空覆蓋僅需少量天線，因此對(duì)于多星組成的星群，相比其他測(cè)量手段具有一定的優(yōu)勢(shì)。

星間相對(duì)測(cè)量除了要對(duì)各種測(cè)量方法的原理進(jìn)行深入研究，還需要考慮應(yīng)用環(huán)境的限制，包括衛(wèi)星的大小、星間距離、軌道高度、系統(tǒng)任務(wù)對(duì)測(cè)量精度的要求等多方面因素。比如，小衛(wèi)星星群要求測(cè)量設(shè)備的體積小、重量輕、功耗低，會(huì)影響測(cè)量方法的選擇和測(cè)量設(shè)備的研制。

4.4 星群協(xié)同操作技術(shù)

具備自主運(yùn)行能力的星群具有節(jié)點(diǎn)眾多、網(wǎng)絡(luò)形態(tài)動(dòng)態(tài)變化、任務(wù)需求重配置和群間鏈路、信息復(fù)雜關(guān)聯(lián)等特性?，F(xiàn)有資源受限的地面、天基測(cè)控系統(tǒng)無(wú)法適應(yīng)星群的以上特點(diǎn)，無(wú)法支持不具備自主運(yùn)行能力星群測(cè)控任務(wù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)星群有效、安全地自主運(yùn)行。

星群自主運(yùn)行包括星群常態(tài)化運(yùn)行和任務(wù)重構(gòu)兩個(gè)方面。為實(shí)現(xiàn)星群的有效、安全運(yùn)行，星群在常態(tài)化運(yùn)行時(shí)，需要各星群節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，完成相鄰群內(nèi)多目標(biāo)的信息互感知、融合處理，進(jìn)行軌道的自維持和協(xié)同定軌;星群任務(wù)重構(gòu)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致星群節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、群間鏈路的變化，需要對(duì)飛行任務(wù)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，對(duì)軌跡變化進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)天、地、群間測(cè)控資源進(jìn)行合理分配。因此，需要從常態(tài)化運(yùn)行和任務(wù)重構(gòu)兩個(gè)方面對(duì)星群協(xié)同操作技術(shù)進(jìn)行深入研究，為星群自主運(yùn)行提供重要支撐，確保其有效、安全運(yùn)行。

4.5 星群的信息安全防護(hù)技術(shù)

星群各成員節(jié)點(diǎn)通過(guò)時(shí)空信息和數(shù)據(jù)信息的交互，可高效靈活地為各類用戶應(yīng)用提供服務(wù)支持。傳統(tǒng)上單純基于地面控制系統(tǒng)的運(yùn)行管理方式難以應(yīng)對(duì)星群復(fù)雜的應(yīng)用挑戰(zhàn)及動(dòng)態(tài)多樣的影響因素，在客觀上要求星群內(nèi)部各成員節(jié)點(diǎn)構(gòu)成感知互動(dòng)自治域，以相對(duì)自治的方式維持正常在軌運(yùn)行管理。

星群測(cè)控網(wǎng)各成員節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的感知互動(dòng)自治域具有節(jié)點(diǎn)眾多、信息系統(tǒng)復(fù)雜等特點(diǎn)，存在著域邊緣多點(diǎn)受襲、攻擊手段多樣等潛在的信息安全風(fēng)險(xiǎn)，而頻繁的移動(dòng)性與信息連接的高度動(dòng)態(tài)性，也增加了節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)控制、認(rèn)證的難度，使得星群測(cè)控網(wǎng)的信息安全防護(hù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。目前測(cè)控網(wǎng)普遍采用遙測(cè)遙控加密、密鑰預(yù)置的數(shù)據(jù)可信性保障措施，由于星群測(cè)控網(wǎng)具有成員節(jié)點(diǎn)多、組網(wǎng)及在軌執(zhí)行任務(wù)周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，密碼算法、密鑰分發(fā)模式等密鑰管理方法的復(fù)雜度也隨之大幅增加，部分星載設(shè)備也存在著計(jì)算能力與密鑰算法資源消耗之間的矛盾。因此，需要針對(duì)空間任務(wù)特點(diǎn)和星群空間網(wǎng)絡(luò)特性，綜合研究時(shí)效加密、數(shù)字簽名、密鑰管理和分發(fā)等安全機(jī)制，以及風(fēng)險(xiǎn)隔離、安全等級(jí)分類及動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)安全組網(wǎng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

星群應(yīng)用具有很多傳統(tǒng)單顆衛(wèi)星無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，國(guó)外已經(jīng)取得了大量的研究成果和應(yīng)用。隨著我國(guó)航天技術(shù)的不斷發(fā)展與提高，已經(jīng)具備了進(jìn)行星群技術(shù)研究的基礎(chǔ)與能力。我國(guó)應(yīng)加緊開(kāi)展星群相關(guān)技術(shù)的研究，將其作為空天地一體化網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，逐步完善我國(guó)空間信息體系的建設(shè)。

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