彭會(huì)湘，陳金勇，楊 斌，劉曉麗，楊紀(jì)偉

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北 石家莊 050081；2.北京市遙感信息研究所，北京100192)

0 引言

衛(wèi)星遙感系統(tǒng)通常由遙感衛(wèi)星和地面測(cè)控系統(tǒng)、運(yùn)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。測(cè)控系統(tǒng)利用地基測(cè)控站實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的跟蹤測(cè)量、遙測(cè)遙控及軌道維持[1]，計(jì)算衛(wèi)星最新軌道發(fā)送至運(yùn)控系統(tǒng)，并將運(yùn)控系統(tǒng)生成的衛(wèi)星控制指令利用測(cè)控站上注衛(wèi)星執(zhí)行；運(yùn)控系統(tǒng)接收各類遙感需求，對(duì)其所管理的衛(wèi)星和數(shù)據(jù)接收站進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，生成衛(wèi)星控制指令發(fā)送至測(cè)控系統(tǒng)上注衛(wèi)星，生成數(shù)據(jù)接收計(jì)劃下發(fā)至數(shù)據(jù)接收站；遙感衛(wèi)星根據(jù)控制指令進(jìn)行對(duì)地觀測(cè)獲取遙感數(shù)據(jù)并傳輸給數(shù)據(jù)接收站，數(shù)據(jù)接收站收到數(shù)據(jù)后發(fā)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)原始遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成數(shù)據(jù)產(chǎn)品或信息產(chǎn)品發(fā)送給遙感用戶。

可以看出，地面測(cè)控站和數(shù)據(jù)接收站是遙感業(yè)務(wù)不可或缺的重要資源，然而隨著遙感需求的增加和衛(wèi)星制造技術(shù)的成熟，在軌衛(wèi)星數(shù)量急劇增加，而地面測(cè)控站和數(shù)據(jù)接收站的建設(shè)步伐遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于衛(wèi)星的發(fā)展，致使測(cè)控和接收資源異常緊。為解決這一問題，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)采用周期性、批處理的運(yùn)行方式，針對(duì)大量常規(guī)遙感需求，根據(jù)需求優(yōu)先級(jí)對(duì)衛(wèi)星資源、測(cè)控資源及接收資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，當(dāng)資源不足以支撐所有遙感需求時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的需求便不能被安排[12]，針對(duì)常規(guī)遙感需求的資源不足通常表現(xiàn)為沒有足夠的接收資源。當(dāng)有優(yōu)先級(jí)高的應(yīng)急觀測(cè)需求時(shí)，則需要對(duì)已經(jīng)上星尚未執(zhí)行的指令進(jìn)行調(diào)整，為了盡快拿到應(yīng)急需求的遙感數(shù)據(jù)，往往需要征用分配給其他衛(wèi)星的接收資源，導(dǎo)致其他已有需求不能被執(zhí)行；另外，應(yīng)急遙感需求通常需要臨時(shí)申請(qǐng)測(cè)控資源將應(yīng)急指令上注衛(wèi)星，這種對(duì)資源進(jìn)行申請(qǐng)-響應(yīng)的模式，在一定程度上增加了應(yīng)急條件下測(cè)控的響應(yīng)時(shí)間[2]，有時(shí)因測(cè)控資源的不足申請(qǐng)不成功而導(dǎo)致應(yīng)急遙感需求不能執(zhí)行。

地面測(cè)控資源和數(shù)據(jù)接收資源不足對(duì)衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的能力造成了很大制約，致使遙感衛(wèi)星的能力不能被充分發(fā)揮，也導(dǎo)致了大量遙感需求不能被安排，現(xiàn)有衛(wèi)星遙感系統(tǒng)越來越難以充分滿足社會(huì)的遙感需求。而6G 網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)建地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界，將寬帶衛(wèi)星通信與地面移動(dòng)通信進(jìn)行整合，以超快速度實(shí)現(xiàn)全球覆蓋和萬物互聯(lián)[3-5]。研制建設(shè)基于6G天地一體化[6-8]寬帶網(wǎng)絡(luò)的新型衛(wèi)星遙感系統(tǒng)，徹底擺脫對(duì)地面測(cè)控和接收資源的依賴，能夠?qū)崿F(xiàn)觀測(cè)需求最大化滿足、衛(wèi)星資源最大化利用、應(yīng)急業(yè)務(wù)[9-10]快速可靠響應(yīng)，滿足對(duì)遙感觀測(cè)的需求。

1 衛(wèi)星遙感系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 相關(guān)資源的概念

為了獲取詳細(xì)的遙感信息，遙感衛(wèi)星大部分是低軌衛(wèi)星，軌道高度一般在200～800 km，衛(wèi)星圍繞地球高速運(yùn)行，相對(duì)地面速度約為8 km/s，加上各種傳感器的使用約束，衛(wèi)星與地面目標(biāo)或設(shè)備相互作用的時(shí)間都很短，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)需要在極短的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行相應(yīng)指令，保證遙感任務(wù)的最終完成，與時(shí)間密切相關(guān)的幾個(gè)概念包括：

衛(wèi)星觀測(cè)資源[11]：遙感衛(wèi)星的傳感器主要包括光學(xué)傳感器和SAR傳感器。傳感器在衛(wèi)星運(yùn)行方向的視場(chǎng)角很小，使衛(wèi)星對(duì)地面點(diǎn)目標(biāo)訪問的時(shí)間很短，尤其是大部分光學(xué)傳感器的幾何形狀為線性陣列，與衛(wèi)星前進(jìn)方向垂直，靠衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)對(duì)地面景物推掃成像，光學(xué)線性陣列對(duì)地面點(diǎn)目標(biāo)的訪問時(shí)間小于1 s，為了保證對(duì)目標(biāo)可靠觀測(cè)，傳感器一般采用提前開機(jī)、滯后關(guān)機(jī)的策略。為了衛(wèi)星安全，傳感器開機(jī)要與上次關(guān)機(jī)保持一定時(shí)間間隔，不同衛(wèi)星要求不同，一般十幾秒到幾十秒。在衛(wèi)星遙感系統(tǒng)中，把傳感器一次開機(jī)前的準(zhǔn)備時(shí)間+開機(jī)工作時(shí)間稱為一個(gè)衛(wèi)星觀測(cè)資源。

測(cè)控資源與接收資源[11]：地面站天線的仰角處于一定范圍才能對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行有效跟蹤。地面站對(duì)低軌遙感衛(wèi)星跟蹤的時(shí)間也很短，最長(zhǎng)一般為10 min左右，在衛(wèi)星遙感系統(tǒng)中，將一個(gè)測(cè)控站對(duì)一顆衛(wèi)星的一次跟蹤時(shí)間稱為一個(gè)測(cè)控資源，將一個(gè)數(shù)據(jù)接收站對(duì)一顆衛(wèi)星的一次跟蹤時(shí)間稱為一個(gè)接收資源。

1.2 衛(wèi)星遙感系統(tǒng)組成與工作流程

衛(wèi)星遙感系統(tǒng)通常由遙感衛(wèi)星和地面的測(cè)控系統(tǒng)、運(yùn)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成。測(cè)控系統(tǒng)由測(cè)控中心和相關(guān)測(cè)控站組成，運(yùn)控系統(tǒng)由運(yùn)控中心和相關(guān)數(shù)據(jù)接收站組成，如圖1所示。

圖1 衛(wèi)星遙感系統(tǒng)組成Fig.1 Composition of satellite remote sensing system

測(cè)控系統(tǒng)的主要作用是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量定軌、軌道維持和上注衛(wèi)星控制指令；運(yùn)控系統(tǒng)是整個(gè)地面系統(tǒng)的任務(wù)協(xié)調(diào)組織者，是整個(gè)地面系統(tǒng)指揮中樞[3]，主要作用是接收遙感需求，對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)資源、測(cè)控資源及接收資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，形成衛(wèi)星控制指令和地面測(cè)控站/數(shù)據(jù)接收站工作計(jì)劃，完成遙感數(shù)據(jù)的接收；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)原始遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行輻射校正及幾何校正，并根據(jù)遙感用戶需求生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和信息產(chǎn)品，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遙感用戶，工作流程如圖2所示。

圖2 衛(wèi)星遙感系統(tǒng)工作流程Fig.2 Workflow of satellite remote sensing system

具體工作流程如下：

① 測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)工作計(jì)劃對(duì)各衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量定軌，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星偏離軌道后，進(jìn)行軌道維持，使衛(wèi)星回到設(shè)計(jì)軌道；

② 測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)定軌得到的最新軌道根數(shù)以及各測(cè)控站的地理位置，計(jì)算每顆衛(wèi)星的測(cè)控資源，并將最新的軌道根數(shù)和衛(wèi)星測(cè)控資源數(shù)據(jù)發(fā)送至運(yùn)控系統(tǒng)；

③ 運(yùn)控系統(tǒng)接收到最新的衛(wèi)星軌道根數(shù)后，根據(jù)各數(shù)據(jù)接收站的地理位置，計(jì)算每顆衛(wèi)星的接收資源；

④ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收遙感用戶發(fā)送的遙感數(shù)據(jù)需求，如果有符合用戶要求的數(shù)據(jù)直接提供給用戶；如果沒有符合要求的數(shù)據(jù)，則生成衛(wèi)星遙感需求發(fā)送至運(yùn)控系統(tǒng)；

⑤ 運(yùn)控系統(tǒng)接收到遙感需求后，利用所有衛(wèi)星的最新軌道根數(shù)，對(duì)遙感需求進(jìn)行訪問計(jì)算，得到所有的衛(wèi)星觀測(cè)資源，并過濾掉不符合時(shí)間要求的衛(wèi)星觀測(cè)資源；

⑥ 運(yùn)控系統(tǒng)對(duì)所有衛(wèi)星觀測(cè)資源、測(cè)控資源和接收資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，形成衛(wèi)星控制指令和測(cè)控站業(yè)務(wù)測(cè)控計(jì)劃發(fā)送至測(cè)控系統(tǒng)執(zhí)行，形成數(shù)據(jù)跟蹤接收計(jì)劃下發(fā)至數(shù)據(jù)接收站執(zhí)行；

⑦ 測(cè)控系統(tǒng)接收到衛(wèi)星控制指令和測(cè)控站業(yè)務(wù)測(cè)控計(jì)劃后，將指令上注到衛(wèi)星；

⑧ 遙感衛(wèi)星根據(jù)控制指令執(zhí)行遙感任務(wù)，并將原始遙感數(shù)據(jù)發(fā)送至運(yùn)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收站；

⑨ 運(yùn)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收站接收到原始遙感數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；

⑩ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)原始遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和信息產(chǎn)品，發(fā)送給遙感用戶。

1.3 衛(wèi)星遙感系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著遙感需求的增加和衛(wèi)星制造技術(shù)的成熟，特別是以“吉林一號(hào)”為代表的微納遙感衛(wèi)星的研制成功，衛(wèi)星制造成本顯著降低，在軌衛(wèi)星數(shù)量急劇增加，并且隨著傳感器技術(shù)的進(jìn)步，遙感圖像的分辨率越來越高、觀測(cè)范圍越來越大，導(dǎo)致原始遙感數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量越來越大，而地面測(cè)控站和數(shù)據(jù)接收站的建設(shè)數(shù)量和數(shù)據(jù)傳輸帶寬的發(fā)展卻遠(yuǎn)滯后于衛(wèi)星的發(fā)展，特別是大部分測(cè)控站和接收站都處于境內(nèi)，致使測(cè)控和接收資源異常緊張。為了緩解這一矛盾，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)通常采用周期性、批處理的運(yùn)行方式。各遙感用戶需要提前2～3天將遙感需求發(fā)送至衛(wèi)星遙感系統(tǒng)，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)提前1～2天根據(jù)遙感需求的優(yōu)先級(jí)，對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)資源、測(cè)控資源和接收資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，生成衛(wèi)星控制指令和跟蹤接收計(jì)劃，分別上注衛(wèi)星和發(fā)送至數(shù)據(jù)接收站。當(dāng)遙感需求數(shù)量比較多而接收資源不夠時(shí)，優(yōu)先級(jí)低的遙感需求將不能被安排，盡管衛(wèi)星資源仍有剩余。

當(dāng)有重大突發(fā)事件發(fā)生，需要用遙感衛(wèi)星進(jìn)行觀測(cè)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生優(yōu)先級(jí)很高的應(yīng)急觀測(cè)需求，該需求會(huì)與提前安排的觀測(cè)計(jì)劃產(chǎn)生沖突，因?yàn)閼?yīng)急觀測(cè)需求的緊迫性和重要性，需要盡快安排衛(wèi)星觀測(cè)、盡快拿到遙感數(shù)據(jù)。為了保證應(yīng)急需求的盡快可靠執(zhí)行，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)會(huì)計(jì)算所有衛(wèi)星對(duì)應(yīng)急需求的訪問時(shí)間[12-13]，選擇訪問時(shí)間最快的1～3顆衛(wèi)星執(zhí)行此任務(wù)。如果被選中衛(wèi)星上存在與應(yīng)急需求沖突的指令，則需要用應(yīng)急需求生成的指令代替原有指令。為了盡快拿到遙感數(shù)據(jù)，還要選擇該衛(wèi)星最早的接收資源接收遙感數(shù)據(jù)。由于多顆衛(wèi)星過頂?shù)孛嬲镜臅r(shí)間窗口可能會(huì)出現(xiàn)交叉[4]，由此便產(chǎn)生了多顆衛(wèi)星之間的接收資源沖突，如衛(wèi)星A能夠最快過頂應(yīng)急需求，過頂應(yīng)急需求的時(shí)間是9：40，衛(wèi)星A對(duì)地面站X的過頂時(shí)間是10：00-10：10，而衛(wèi)星B對(duì)地面站X的過頂時(shí)間是10：05-10：15，但在前期常規(guī)任務(wù)規(guī)劃[10]中，將地面站分配給了衛(wèi)星B，此時(shí)如果要用地面站X接收衛(wèi)星A的應(yīng)急遙感數(shù)據(jù)，便和衛(wèi)星B的接收資源產(chǎn)生沖突，但為了盡快拿到應(yīng)急遙感數(shù)據(jù)，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)會(huì)將地面站X臨時(shí)分配給衛(wèi)星A使用，而衛(wèi)星B下傳的數(shù)據(jù)將被地面站X忽略。由此看出，衛(wèi)星A執(zhí)行應(yīng)急任務(wù)，不僅影響衛(wèi)星A本身的原有任務(wù)，有時(shí)還會(huì)影響其他衛(wèi)星的任務(wù)，如果為了保證應(yīng)急需求的可靠性，會(huì)用多顆衛(wèi)星來執(zhí)行應(yīng)急需求，對(duì)系統(tǒng)原有工作計(jì)劃的影響將進(jìn)一步擴(kuò)大。

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，各種應(yīng)急觀測(cè)需求逐年快速上升，應(yīng)急觀測(cè)有常態(tài)化的趨勢(shì)，衛(wèi)星遙感系統(tǒng)越來越難以適應(yīng)發(fā)展的需要。

2 6G通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

6G網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)建地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界，將寬帶衛(wèi)星通信與地面移動(dòng)通信相整合，以超快速度實(shí)現(xiàn)全球覆蓋和萬物互聯(lián)[5]。

全球關(guān)于6G通信市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)開始。CNET報(bào)道稱，2019年3月，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)一致決定開放“太赫茲”頻段，為6G開放實(shí)驗(yàn)頻譜許可證，以此繞過5G市場(chǎng)，直接進(jìn)入6G時(shí)代。與此同時(shí)，美國(guó)抓緊布局太空6G衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，以填補(bǔ)5G空白，完善全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋。美國(guó)商業(yè)航天公司SpaceX首次將60顆“星鏈” (Starlink)互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星送入軌道。未來，SpaceX將建造12 000顆獅子座衛(wèi)星，利用這些衛(wèi)星建立一個(gè)全球性的衛(wèi)星寬帶網(wǎng)絡(luò)，這也是目前6G建設(shè)的首次實(shí)質(zhì)性嘗試。如果SpaceX真的能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)射12 000顆衛(wèi)星的目標(biāo)，將是全球無線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)巨大飛躍[5]。

6G移動(dòng)通信技術(shù)建立在5G移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上，屬于5G移動(dòng)通信技術(shù)的全面優(yōu)化和拓展延伸[6]。預(yù)計(jì)6G基站可以同時(shí)接入上千個(gè)無線連接且其容量可高達(dá)5G基站的1 000倍，下載速度預(yù)計(jì)可達(dá)1 TB/s。6G移動(dòng)通信將應(yīng)用全新的太赫茲頻譜頻段，廣泛使用空間復(fù)用技術(shù)，并在高速通信、衛(wèi)星雷達(dá)和物聯(lián)網(wǎng)等十余個(gè)領(lǐng)域起到核心作用[7]。對(duì)于一些環(huán)境惡劣的地區(qū)，如在一些高遠(yuǎn)山區(qū)、海洋，建造5G基站難度很大，而在衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)下，6G可以彌補(bǔ)5G網(wǎng)絡(luò)的空缺，更重要的是能在重點(diǎn)尖端科技領(lǐng)域提供有力支持，如在潛海、太空和軍事等更多的空間發(fā)揮特殊作用[5]。

6G移動(dòng)通信采用毫米波與太赫茲等技術(shù)，對(duì)空間通信傳輸進(jìn)行了優(yōu)化，可使無線或移動(dòng)終端的傳輸速率高達(dá)11 Gb/s，是5G傳輸速率的100倍左右，采用6G無線移動(dòng)通信，不會(huì)再有任何等待延遲的感覺。

6G衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用于電信衛(wèi)星通信、衛(wèi)星遙感圖像傳輸及衛(wèi)星導(dǎo)航定位與授時(shí)等，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信天地融合全覆蓋，集地面通信、衛(wèi)星通信、海洋通信于一體的全連接寬帶通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋，填補(bǔ)沙漠、無人區(qū)及海洋等移動(dòng)通信的“盲區(qū)”。

5G做到的是信息急速傳輸，卻做不到真正全面的萬物互聯(lián)。6G網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)建地面無線與衛(wèi)星通信集成的全連接世界，通過將衛(wèi)星通信整合到6G移動(dòng)通信，讓網(wǎng)絡(luò)信號(hào)抵達(dá)任何一個(gè)偏遠(yuǎn)之處，并以超快的速度實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，標(biāo)志真正物聯(lián)通信的開始，人類將告別互聯(lián)網(wǎng)，進(jìn)入物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代[5]。

3 基于6G天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)

3.1 6G通信對(duì)衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的影響

6G天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)建成后，將形成一個(gè)對(duì)全球近地空間無縫覆蓋的寬帶網(wǎng)絡(luò)，全球近地空間任意位置將可以采用無線方式快速接入進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星遙感系統(tǒng)組成和運(yùn)行模式也將發(fā)生革命性的改變，屆時(shí)測(cè)控時(shí)間窗口、數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間窗口的概念將不復(fù)存在，系統(tǒng)將不再依賴有限的測(cè)控站在指定的時(shí)間窗口上注衛(wèi)星指令，而是借助無處不在的天地寬帶網(wǎng)絡(luò)隨時(shí)上注指令，而且上注指令時(shí)衛(wèi)星可以在近地空間任何位置。同樣，遙感數(shù)據(jù)的下傳也將擺脫數(shù)據(jù)接收站在合適時(shí)間窗口的限制，衛(wèi)星可以在任何位置將遙感數(shù)據(jù)傳輸至全球任意位置，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)延后回放這種數(shù)據(jù)傳輸模式將會(huì)成為歷史，衛(wèi)星的數(shù)傳模式將以實(shí)時(shí)傳輸為主。在某種程度上可以認(rèn)為，測(cè)控資源和接收資源是無限的，遙感衛(wèi)星將再也不受測(cè)控資源和接收資源的限制，可以將衛(wèi)星的能力發(fā)揮到極致，從而實(shí)現(xiàn)需求最大化滿足、資源最大化利用。

3.2 6G通信時(shí)代衛(wèi)星遙感系統(tǒng)展望

衛(wèi)星遙感系統(tǒng)由遙感衛(wèi)星、測(cè)控系統(tǒng)、運(yùn)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)組成，如圖3所示，但每個(gè)系統(tǒng)的職能或工作方式將與現(xiàn)在有很大變化。

圖3 6G時(shí)代衛(wèi)星遙感系統(tǒng)組成Fig.3 Composition of satellite remote sensing system in 6G Era

遙感衛(wèi)星將作為重要的信息節(jié)點(diǎn)，無縫接入天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)，其主要作用還是根據(jù)控制指令執(zhí)行遙感任務(wù)，只是接收指令和下傳數(shù)據(jù)的方式發(fā)生了變化，接收指令和下傳數(shù)據(jù)將依托天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行，可以根據(jù)任務(wù)需要隨時(shí)隨地進(jìn)行。

測(cè)控系統(tǒng)的主要作用是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量定軌和軌道維持，上注衛(wèi)星指令將不再是其主要職能。屆時(shí)，測(cè)控系統(tǒng)對(duì)衛(wèi)星的測(cè)定軌工作將主要依托天地一體化網(wǎng)絡(luò)[14]中的測(cè)控節(jié)點(diǎn)進(jìn)行，不再受時(shí)間窗口的限制，可以全球?qū)崟r(shí)測(cè)控，地面測(cè)控站將作為保留手段在特殊情況下發(fā)揮作用。

運(yùn)控系統(tǒng)將隨時(shí)接收各用戶的遙感需求，對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)資源進(jìn)行統(tǒng)籌分配，不再考慮接收資源分配的問題，從而大幅降低任務(wù)規(guī)劃的難度，形成的衛(wèi)星控制指令也不必提前較長(zhǎng)時(shí)間集中上注，而是在該需求觀測(cè)時(shí)刻之前即時(shí)上注，上注后將很快執(zhí)行，星上不會(huì)預(yù)存大量待執(zhí)行的指令。因?yàn)樗械挠^測(cè)需求都是即時(shí)上星的，因此常規(guī)觀測(cè)需求和應(yīng)急觀測(cè)需求的界限將不再明顯，只有優(yōu)先級(jí)的差別，突發(fā)事件的應(yīng)急觀測(cè)需求不會(huì)對(duì)已有觀測(cè)需求造成太大的沖擊，并且因?yàn)椴辉偈褂脺y(cè)控站上注衛(wèi)星指令，所以不存在申請(qǐng)測(cè)控資源的問題，也不會(huì)因申請(qǐng)測(cè)控資源失敗導(dǎo)致應(yīng)急觀測(cè)需求不能執(zhí)行的問題；因?yàn)椴辉偈褂脭?shù)據(jù)接收站接收數(shù)據(jù)，所以也不存在執(zhí)行應(yīng)急任務(wù)的衛(wèi)星與其他衛(wèi)星爭(zhēng)奪接收資源的問題，借助天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)急觀測(cè)需求的遙感數(shù)據(jù)將會(huì)實(shí)時(shí)下傳，大幅縮短的應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間。

6G時(shí)代衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的工作流程如圖4所示。

圖4 6G時(shí)代衛(wèi)星遙感系統(tǒng)工作流程Fig.4 Workflow of satellite remote sensing system in 6G Era

具體工作流程如下：

① 測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)工作計(jì)劃對(duì)各衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量定軌，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星偏離軌道后，進(jìn)行軌道維持，使衛(wèi)星回到設(shè)計(jì)軌道，并將最新軌道根數(shù)發(fā)送至運(yùn)控系統(tǒng)；

② 遙感用戶隨時(shí)向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提出數(shù)據(jù)需求，或者直接向運(yùn)控系統(tǒng)提出遙感需求；

③ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收遙感用戶發(fā)送的遙感數(shù)據(jù)需求，如果有符合用戶要求的數(shù)據(jù)直接提供給用戶，如果沒有符合要求的數(shù)據(jù)，則生成衛(wèi)星遙感需求發(fā)送至運(yùn)控系統(tǒng)；

④ 運(yùn)控系統(tǒng)根據(jù)所有遙感需求的優(yōu)先級(jí)，對(duì)衛(wèi)星觀測(cè)資源進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，將衛(wèi)星觀測(cè)資源分配給相應(yīng)的遙感需求，生成衛(wèi)星控制指令，并通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)上注到衛(wèi)星；

⑤ 遙感衛(wèi)星根據(jù)控制指令執(zhí)行遙感任務(wù)，并將原始遙感數(shù)據(jù)通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或遙感用戶；

⑥ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)原始遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和信息產(chǎn)品，發(fā)送給遙感用戶。

3.3 基于IPv6的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)

6G時(shí)代萬物互聯(lián)之后，現(xiàn)有的IPv4將不能滿足物聯(lián)網(wǎng)的容量需求，IPv6將成為主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。萬物互聯(lián)時(shí)代人工智能技術(shù)必將高度成熟和廣泛應(yīng)用，屆時(shí)每一顆遙感衛(wèi)星都是一個(gè)具有遙感功能的智能網(wǎng)絡(luò)終端，都有一個(gè)獨(dú)立的IP地址。經(jīng)過授權(quán)，遙感用戶[15]將可以通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)直接控制衛(wèi)星執(zhí)行遙感任務(wù)、獲取遙感數(shù)據(jù)。隨著衛(wèi)星智能化水平的提高，運(yùn)控系統(tǒng)的職能也將發(fā)生改變，其主要作用不再是進(jìn)行衛(wèi)星觀測(cè)資源分配，而是進(jìn)行衛(wèi)星觀測(cè)資源使用授權(quán)，運(yùn)控中心將根據(jù)業(yè)務(wù)需要和用戶級(jí)別，將不同的衛(wèi)星觀測(cè)資源授權(quán)給相應(yīng)的用戶，向用戶發(fā)布衛(wèi)星位置和空閑時(shí)段，用戶可以使用專用衛(wèi)星應(yīng)用終端通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)將遙感需求直接發(fā)送至衛(wèi)星。當(dāng)不同用戶的觀測(cè)需求產(chǎn)生沖突時(shí)，遙感衛(wèi)星智能控制系統(tǒng)將根據(jù)需求的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁，并將仲裁結(jié)果反饋給衛(wèi)星應(yīng)用終端；當(dāng)衛(wèi)星受理新需求，觀測(cè)資源狀態(tài)改變后，通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)通知運(yùn)控中心更新衛(wèi)星觀測(cè)資源狀態(tài)。衛(wèi)星執(zhí)行完遙感任務(wù)后可以將遙感數(shù)據(jù)通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或直接發(fā)送至用戶的衛(wèi)星應(yīng)用終端。

基于IPv6的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)工作流程如圖5所示。

圖5 基于IPv6的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)工作流程Fig.5 Workflow of satellite remote sensing system based on IPv6

具體工作流程如下：

① 測(cè)控系統(tǒng)根據(jù)工作計(jì)劃對(duì)各衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量定軌，發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星偏離軌道后，進(jìn)行軌道維持，使衛(wèi)星回到設(shè)計(jì)軌道，并將最新軌道根數(shù)發(fā)送至運(yùn)控系統(tǒng)；

② 運(yùn)控系統(tǒng)根據(jù)用戶級(jí)別授權(quán)用戶使用的衛(wèi)星觀測(cè)資源，并實(shí)時(shí)向遙感用戶、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)發(fā)布衛(wèi)星觀測(cè)資源使用狀態(tài)；

③ 遙感用戶隨時(shí)向數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提出數(shù)據(jù)需求，或者根據(jù)運(yùn)控系統(tǒng)發(fā)布的衛(wèi)星觀測(cè)資源狀態(tài)通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)直接將遙感需求上注衛(wèi)星；

④ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接收遙感用戶發(fā)送的遙感數(shù)據(jù)需求，如果有符合用戶要求的數(shù)據(jù)直接提供給用戶，如果沒有符合要求的數(shù)據(jù)，則生成衛(wèi)星遙感需求，并通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)直接將遙感需求上注衛(wèi)星；

⑤ 遙感衛(wèi)星收到不同用戶遙感需求后，對(duì)有沖突的遙感需求根據(jù)用戶的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁，將仲裁后的遙感需求自動(dòng)轉(zhuǎn)化為衛(wèi)星控制指令；

⑥ 遙感衛(wèi)星根據(jù)控制指令執(zhí)行遙感任務(wù)，并將原始遙感數(shù)據(jù)通過天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或遙感用戶；

⑦ 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對(duì)原始遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品和信息產(chǎn)品，發(fā)送給遙感用戶。

4 結(jié)束語(yǔ)

6G天地一體化網(wǎng)絡(luò)目前尚處于論證階段，本文分析了其對(duì)衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的影響，展望了6G時(shí)代衛(wèi)星遙感系統(tǒng)各組成部分職能的變化，提出了基于6G天地一體化寬帶網(wǎng)絡(luò)和IPv6協(xié)議的衛(wèi)星遙感系統(tǒng)工作模式和流程，該工作模式可大幅降低衛(wèi)星遙感系統(tǒng)運(yùn)行的復(fù)雜度，充分發(fā)揮遙感衛(wèi)星的使用效能，可以為未來新型衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的論證提供參考。隨著6G天地一體化網(wǎng)絡(luò)的深化論證和發(fā)展，其能力和特點(diǎn)將逐步明晰，也必將促進(jìn)對(duì)6G時(shí)代衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的論證工作。