● 文|航天恒星科技有限公司 閆東磊 齊昕滸 陳昕

一、引言

“一帶一路”地區(qū)沿線國家眾多，政治、經(jīng)濟、文化、社會差異性極大，各國對空間信息應用的需求也存在較大差異性。以現(xiàn)有各國家空間信息為基礎，完善和細化“一帶一路”沿線國家用戶需求，統(tǒng)籌協(xié)調現(xiàn)有在軌衛(wèi)星星群、規(guī)劃發(fā)射衛(wèi)星以及與國際衛(wèi)星資源的關系，進行頂層統(tǒng)籌規(guī)劃。對不同衛(wèi)星的使用需求進行分析和有效統(tǒng)籌，優(yōu)化調度衛(wèi)星及地面站資源；建立多星協(xié)同工作機制，集同多星完成復雜衛(wèi)星服務任務；設計針對國內外通導遙衛(wèi)星及地面系統(tǒng)的效能評估。

二、需求分析

服務“一帶一路”沿線國家的通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)的設想中需要研究沿線國家通導遙衛(wèi)星資源綜合管控需求、各國用戶復雜多樣的需求、接收站網(wǎng)綜合調度需求、突發(fā)事件進行快速響應的需求。

1）沿線國家通導遙衛(wèi)星資源綜合管控需求。通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)的首要任務是衛(wèi)星資源的綜合應用，在現(xiàn)有的單個國家的衛(wèi)星資源有限（尤其“一帶一路”沿線的不發(fā)達國家）且衛(wèi)星能力存在巨大差異和沿線國家遇到重大事件需要衛(wèi)星資源保障時，尚無獲得他國衛(wèi)星資源應用的渠道。通過對沿線國家的通信、導航、遙感衛(wèi)星進行綜合管控，有利于充分發(fā)揮各國衛(wèi)星應用效益。其中，通信衛(wèi)星系統(tǒng)需要提供“一帶一路”衛(wèi)星寬帶廣播、移動通信和互聯(lián)網(wǎng)服務，面向覆蓋“一帶一路”空域的各類民航客機飛行全過程的航空通信服務，面向覆蓋“一帶一路”海域的各類船舶海事通信服務；遙感衛(wèi)星系統(tǒng)需要實現(xiàn)對地球陸地表面、海洋、大氣等多種要素的連續(xù)綜合觀測，空間分辨率涵蓋高、中、低多個層次，觀測波段覆蓋可見光、紅外、微波等波段；導航衛(wèi)星系統(tǒng)需要面向“一帶一路”沿線地區(qū)提供安全戰(zhàn)略導航服務，推動智能交通、精準農(nóng)業(yè)、智慧旅游、智慧港口、智能管網(wǎng)等新興行業(yè)。

2）用戶對通導遙衛(wèi)星的需求也復雜多樣。首先，通導遙衛(wèi)星不再局限于滿足主要用戶的需求，還需面向大量行業(yè)、區(qū)域、大眾用戶；第二，用戶需求不局限于單一衛(wèi)星來實現(xiàn)，需要不同尺度、不同類型的衛(wèi)星綜合實現(xiàn)；第三，用戶需求渠道多種多樣沒有統(tǒng)一標準，用戶需求的復雜性需要通過智能化衛(wèi)星資源調度和管控系統(tǒng)來解決。

3）接收站網(wǎng)的綜合調度需求。要實現(xiàn)接收天線對在軌運行衛(wèi)星的統(tǒng)籌接收，地面系統(tǒng)需要根據(jù)實時過境的衛(wèi)星情況，對各個接收站的接收天線進行綜合調度。為滿足“一帶一路”空間遙感信息共享和服務平臺的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收需求，地面系統(tǒng)按照統(tǒng)籌接收、協(xié)調兼顧的思路建設地面接收設施。地面接收站網(wǎng)由國內站、極地站、移動站構成。國內站以北京、西北、海南、東北為主站，西南站為輔助；極地站分布在南北兩極；移動接收主要部署在海上科考船；衛(wèi)星中繼對接收能力進行補充。同時，為實現(xiàn)“一帶一路”空間信息的海外市場推廣，地面接收資源的綜合管控還需考慮境外接收資源的調度，例如泰國、南非、委內瑞拉、東盟各國的接收站設施，并可擴展。

4）定標與真實性檢驗資源的綜合調度需求。衛(wèi)星性能的在軌定標和真實性檢驗，是實現(xiàn)衛(wèi)星定量化應用的關鍵。衛(wèi)星在軌定標和真實性檢驗實施前，需要根據(jù)定標和檢驗場的空間位置和定標檢驗的時間要求，對衛(wèi)星資源進行綜合調度，安排成像計劃，因此衛(wèi)星定標和檢驗的需求也是衛(wèi)星綜合管控設計研制中需要考慮的內容。

5）實現(xiàn)對突發(fā)事件的快速響應需求。搶險救災等應急行動在時間、空間上具有很強的突發(fā)性和不確定性，對地觀測任務需要統(tǒng)籌調度遙感衛(wèi)星系統(tǒng)做出近實時快速響應。因此突發(fā)事件不能遵循常規(guī)任務分時段、分批次的規(guī)劃調度模式，而必須充分利用敏捷衛(wèi)星的多維快速姿態(tài)機動能力、地球同步軌道衛(wèi)星的實時監(jiān)控能力等特點，并考慮近實時氣象數(shù)據(jù)等環(huán)境條件的約束和衛(wèi)星變軌、補網(wǎng)等方式的可行性，突破應急任務動態(tài)調整規(guī)劃技術，實現(xiàn)在對原常規(guī)任務規(guī)劃方案的變動盡可能小的情況下，盡可能好地滿足突發(fā)任務的需求。

三、智能管控與調度系統(tǒng)建設思路

1.技術架構

在衛(wèi)星管控技術方面，國內在成像衛(wèi)星星地綜合調度技術[1]、多類型對地觀測衛(wèi)星聯(lián)合任務規(guī)劃[2]、多類異構對地觀測平臺協(xié)同任務規(guī)劃的方法進行了研究[3]，同時也有對通導遙衛(wèi)星的衛(wèi)星通信、導航和遙感融合系統(tǒng)的關鍵技術研究[4]，也提出了智能規(guī)劃中領域知識的提取、推理和應用策略研究[5]等內容，結合國外對地觀測衛(wèi)星技術發(fā)展[6]，提出“一帶一路”框架下通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)。

“一帶一路”通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)針對中俄、中巴、孟中印、中東、新疆、福建等“一帶一路”沿線國家和地區(qū)在重點工程、基礎設施、安全生產(chǎn)、林業(yè)、海洋、環(huán)境、資源相關領域調查、監(jiān)測、應急保障的需求以及重點區(qū)域的應用需求，統(tǒng)籌可利用的通信、導航、遙感衛(wèi)星資源、國內外地面站接收資源，協(xié)調有合作關系的國外衛(wèi)星管理機構，建立面向“一帶一路”需求的衛(wèi)星組網(wǎng)規(guī)劃、智能化業(yè)務調度、資源動態(tài)監(jiān)測和效能評估體系。

系統(tǒng)主要具備兩種應用模式：

模式一：基于現(xiàn)有各衛(wèi)星管理機構業(yè)務運行不變，頂層建立需求智能統(tǒng)籌、綜合衛(wèi)星管控。對國內用戶以及“一帶一路”國際合作國家的衛(wèi)星服務需求進行匯總、統(tǒng)籌分析；將需求分解為通信服務需求、遙感服務需求、導航服務需求；針對統(tǒng)籌的通信、遙感、導航服務需求對“一帶一路”沿線國家的通信、遙感、導航衛(wèi)星分別進行衛(wèi)星軌道計算、任務規(guī)劃等，生成各遙感衛(wèi)星的觀測方案、通信衛(wèi)星調整方案、導航衛(wèi)星增強方案，向具體的國內民用衛(wèi)星管理機構和國際合作衛(wèi)星管理機構提出衛(wèi)星使用申請并進行溝通協(xié)調，由各衛(wèi)星管理機構完成相應衛(wèi)星的載荷控制、數(shù)據(jù)接收任務。

模式二：將“一帶一路”國際合作國家接收站網(wǎng)資源使用情況透明化，建立接收站網(wǎng)交互使用機制，頂層進行綜合規(guī)劃，統(tǒng)籌使用各國接收站網(wǎng)，提升星地資源的應用效能。對國內用戶以及“一帶一路”國際合作國家的衛(wèi)星服務需求進行匯總、統(tǒng)籌分析；將需求分解為通信服務需求、遙感服務需求、導航服務需求；針對統(tǒng)籌的通信、遙感、導航服務需求對“一帶一路”沿線國家的通信、遙感、導航衛(wèi)星分別進行衛(wèi)星軌道計算、任務規(guī)劃等，生成各遙感衛(wèi)星的觀測方案、通信衛(wèi)星調整方案、導航衛(wèi)星增強方案，如需調度使用國際合作國家的接收站網(wǎng)資源，則向相應的資源管理部門發(fā)送資源使用申請。

“一帶一路”通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)的總體設計如圖1所示。

圖1 “一帶一路”通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)總體設計思路

2.系統(tǒng)組成

“一帶一路”通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)由需求管理、任務規(guī)劃、業(yè)務跟蹤調度、計劃管理、資源管理與共享、效能評估等6個部分組成，如圖2所示。

圖2 通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)組成圖

需求管理，主要功能是受理用戶的“一帶一路”區(qū)域內的用戶需求，對國內、國外用戶的需求分析歸類合并、消解沖突，分解形成通信服務需求、導航服務需求和遙感服務需求，根據(jù)衛(wèi)星軌道和載荷特性，通過任務仿真分析用戶需求覆蓋度、提出可選的觀測方案，將受理的需求轉化為通信、導航、遙感衛(wèi)星任務等。

任務規(guī)劃，主要功能是對通信、遙感、導航衛(wèi)星分別進行衛(wèi)星軌道計算、任務規(guī)劃等，生成各遙感衛(wèi)星的觀測方案、通信衛(wèi)星調整方案、導航衛(wèi)星增強方案，一方面協(xié)調國內外各衛(wèi)星管理機構，另一方面制定數(shù)據(jù)接收計劃，并向可交互使用接收站網(wǎng)下達。

計劃管理，主要功能是根據(jù)任務規(guī)劃分系統(tǒng)制定的通信、遙感、導航衛(wèi)星載荷方案和接收方案，制定各衛(wèi)星觀測和國內外地面站數(shù)據(jù)接收計劃；根據(jù)各衛(wèi)星指令模板約束，生成載荷控制指令并發(fā)送到測控系統(tǒng)；接收處理遙測數(shù)據(jù)，跟蹤監(jiān)視衛(wèi)星及載荷的工作狀態(tài)，對各類衛(wèi)星的計劃結果進行定量評定，利用計劃數(shù)據(jù)進行模擬仿真顯示等。

業(yè)務跟蹤調度，主要功能是建立系統(tǒng)業(yè)務流程模型，控制系統(tǒng)的運行模式，組織調度各類任務計劃實施，獲取任務計劃執(zhí)行狀態(tài)，綜合顯示星地運行狀態(tài)，保障系統(tǒng)高效有序運行。協(xié)調調度國外合作機構的遙感衛(wèi)星資源，向它們提交衛(wèi)星任務申請，獲取任務執(zhí)行反饋信息。

資源管理與共享，主要功能是監(jiān)視網(wǎng)絡設備、接收設備、計算機軟硬件設備情況，統(tǒng)籌數(shù)據(jù)傳輸能力，為各行業(yè)用戶的數(shù)據(jù)共享提供網(wǎng)絡資源保障。建立數(shù)據(jù)共享協(xié)調規(guī)則，對獲取的“一帶一路”數(shù)據(jù)資源進行協(xié)調，對各應用用戶的定制產(chǎn)品、通用基礎產(chǎn)品和專用產(chǎn)品等成果資源建立統(tǒng)一的索引規(guī)則，構建應用成果共享的檢索體系。

效能評估，主要功能是統(tǒng)計分析用戶需求滿足情況、任務執(zhí)行成功率、任務異常原因等，分析衛(wèi)星指標滿足情況、生產(chǎn)能力、產(chǎn)品質量以及數(shù)據(jù)共享情況。

3.系統(tǒng)接口關系

“一帶一路”通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)外部接口如圖3所示。

圖3 “一帶一路”通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)外部接口圖

四、 系統(tǒng)仿真與效能評估

效能評估從用戶需求滿足情況、系統(tǒng)業(yè)務運行正常、異常情況、系統(tǒng)運行指標滿足情況、星地資源利用情況、產(chǎn)品生產(chǎn)與數(shù)據(jù)共享等方面進行監(jiān)管與評價，建立運行評價數(shù)據(jù)庫，編制各類運行評價報告。

需求滿足情況評估：統(tǒng)計用戶提交的觀測需求數(shù)量、目標數(shù)量、需求完成率、已獲取的產(chǎn)品數(shù)量等。

衛(wèi)星效能評估：從衛(wèi)星需求滿足情況、衛(wèi)星運行正常、異常情況等方面進行監(jiān)管與評價，建立運行評價數(shù)據(jù)庫，編制各類運行評價報告。

地面接收站效能評估：從地面接收站需求滿足情況、運行正常、異常情況等方面進行監(jiān)管與評價，建立運行評價數(shù)據(jù)庫，編制各類運行評價報告。

任務質量評估：從任務完成質量滿足情況、任務完成度等方面進行監(jiān)管與評價，建立運行評價數(shù)據(jù)庫，編制各類運行評價報告。

五、 結論

通過對“一帶一路”沿線國家的通導遙衛(wèi)星綜合智能管控系統(tǒng)的設計構想，綜合調度沿線國家通導遙衛(wèi)星，可以在應急減災、氣象預報、海洋監(jiān)測等方面提升服務能力，在“一帶一路”發(fā)展框架下，更好地利用空間資源為沿線國家和地區(qū)提供服務。

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