通信導航遙感衛星應用實踐與思考

衛星應用產業是國家戰略性高技術產業，為大力推動衛星的應用，國家出臺了《國家民用空間基礎設施中長期發展規劃2015-2025》《國家衛星導航產業中長期發展規劃》《關于促進衛星應用產業發展的若干意見》等一系列相關政策措施，衛星應用市場規模近年來穩步提升，并逐步向應用的廣度和深度發展。

“十三五”期間，信息化領域產生了深刻的變革，在新一代信息技術快速發展的背景下，通信、導航、遙感衛星應用已經成為實現安全可控的網絡信息體系發展的必要組成部分，目前軍工行業亟需建立體系化的衛星應用及相應的業務支撐標準規范。本文從國內衛星基本情況、核行業示范應用為切入點，分析了通、導、遙衛星綜合應用的相關工作，為推進天地一體化網絡信息體系發展進行了有益的探索與思考。

我國通信、導航、遙感衛星的基本情況

衛星通信由空間段、地面段、用戶終端組成?？臻g段由衛星和上行、下行線路組成；地面段一般由衛星信號接收固定站、便攜式站及衛星中心站組成。目前我國通信衛星業務已日臻完善，具備三種頻段的話音視頻數據傳輸工作能力，即C-band（4GHz-6GHz）、Kuband（12GHz-14GHz） 和Kaband（26.5GHz-40GHz）。C-band頻率增益低，波長較長，地面天線口徑相對較大；Ku-band 為當前衛星通信系統主要采用的波段，該波段抗干擾能力較強，頻率相對較高，地面天線口徑較小，利于車載和便攜使用，可通過功放配置來提高系統的可用度；Ka-band 頻率高，波長短，易受降水影響，雨衰較大，天線口徑小，安裝靈活，價格便宜。

2021 年1 月20 日，我國天通一號03 星成功發射，與01 星、02星組網運行，我國自主的衛星移動通信系統將為我國及周邊、中東、非洲等相關地區，以及太平洋、印度洋大部分海域用戶，提供全天候、全天時、穩定可靠的話音、短消息和數據等移動通信服務。

衛星信道的容許頻帶不受多徑傳播效應的限制，而是決定于設備參數，故衛星信道很適合于高速數據傳輸。衛星地球站之間的傳輸時延為0.48s ～0.56s。

北斗衛星導航系統是我國著眼于國家安全和經濟社會發展需要，自主建設、獨立運行的衛星導航系統。2020 年6 月，北斗3 號最后一顆衛星升空并組網成功,開始提供全球服務，在交通運輸、防災減災、國土資源、環境保護、測繪勘探、應急救援等重要行業實現應用。其特點一是空間段采用三種軌道衛星組成的混合星座，與其他衛星導航系統相比高軌衛星更多，抗遮擋能力更強，尤其在低緯度地區性能優勢更為明顯；二是提供多個頻點的導航信號，能夠通過多頻信號組合使用等方式提高服務精度；三是創新融合了導航與通信功能，具備為全球用戶提供定位、導航、授時、位置報告和全球短報文通信等服務。

高分辨率天基對地觀測系統于2010 年啟動實施，已成功發射高分一號高分寬幅、高分二號亞米全色、高分三號1 米雷達、高分四號同步凝視、高分五號高光譜觀測、高分六號陸地應用監測、高分七號亞米立體測繪等高分衛星，初步形成了亞米級高空間分辨率與高時間分辨率有機結合的衛星星座。覆蓋了從全色、多光譜到高光譜，從光學到雷達，從太陽同步軌道到地球同步軌道等多種類型，構成了一個高空間、高時間和高光譜分辨率的對地觀測系統，與其他觀測手段相結合，具有全天時、全天候和全球范圍觀測能力，使我國遙感衛星技術和天基對地觀測水平跨上新的臺階。

可以說，目前我國已經形成技術先進、自主可控、布局合理、全球覆蓋的天基系統，滿足行業和區域重大應用需求，成為支撐我國現代化建設、國家安全和民生改善的重要力量。衛星應用體系如圖1 所示。

在核行業的應用實踐

通、導、遙衛星在核行業監管的應用,是航天和核兩大戰略性產業的有機結合和生動實踐，對提升我國核安全監管水平和服務國家安全和社會穩定具有典型示范意義。

2020 年8 月，國家原子能機構在海南昌江核電站舉辦“風暴-2020”核安保演練，首次融合應用通、導、遙衛星技術，各參演方配置北斗車載終端和北斗手持終端，將核電站內部的實時信息發送至導演部，通過地面信息系統數據分析后，投射到指揮大屏。各類北斗終端應用模式如圖2 所示。

利用高分遙感衛星數據，將昌江核電站的有關地理地圖信息與北斗信息結合，為核安全保衛監管提供了良好的現場立體展示。利用通信衛星，開通了Ka 頻段1路視頻話音和2 路視頻信道，將“風暴-2020”核安保演練現場的情況及時送至位于北京的國家核安保中心，該中心也是中美兩國合建的核安保技術交流和教育培訓的國際地區中心，通過此次北斗導航、高分遙感衛星數據采集和應用及視頻話音數據的遠距離傳輸實踐，不僅為核安保監管的信息化建設探索了新模式，同時也為我國北斗導航和高分遙感衛星走出去提供了有益的經驗，具有核監管+衛星模式的典型示范意義。

圖2 “風暴- 2020”核安保演練北斗系統應用

有關思考及展望

綜合通信、北斗導航、高分遙感衛星和航空、地面信息系統等建成空天地一體化高效整體的信息應用體系，十分必要且是可行的，當前擬重點做好以下工作。

以需求為導向，全方位推動衛星在的應用

從目前的情況看，對衛星應用的需求主要體現在以下幾個方面：一是核監管安全監測。按照我國《民用核設施安全監督管理條例》的規定，核設施安全監督管理的范圍包括：核動力廠及相關的研究堆、實驗堆、臨界裝置等；核燃料生產、加工、儲存以及后處理設施；放射性廢物的處理和處置設施；其他需要嚴格監督管理的核設施。我國是核大國，核電總規模居世界第四。提高這些重要部位的監管水平成為當務之急。二是安全監管和環境監測。各級管理部門需要及時、全面地掌握單位內部建設項目及周邊環境的安全狀況并實施相應的管理，而軍工單位多且散，類別及級別不同，安全管控范圍及關注的潛在外部威脅有所差異，亟需主動、長期、全面、自動化的監測手段，由被動審核轉化為主動監控機制。利用高時空分辨率的遙感衛星數據、航空影像數據和北斗定位數據等，進行融合處理，實現軍工重要目標提取，進行地面形變監測、基礎設施外觀變化監測、獲得工程建設進展信息，識別重大安全隱患，提高社會綜合效益。四是重點區域災害監測。綜合運用高分遙感衛星可見光、紅外、熱紅外、微波和北斗衛星定位監測等多種探測手段，對大型船廠、試飛試驗基地、火炸藥廠等大中型軍工單位進行災害監測、災害特征識別和提取，實現風險分析評估、應急救援決策、災后重建決策分析，積極尋求防災減災的有效途徑。

加強頂層設計和技術創新

通、導、遙衛星在的應用將遵循“需求牽引、急用先行、問題主導、政策推進、建立標準、形成體系”的思路，強化頂層設計和技術創新，通過整合衛星資源和堅持技術、產品、數據、服務融合的基本原則，建設軍工衛星綜合應用平臺和監管終端，形成衛星在軍工監管及科研生產應用的技術、標準和系列產品，攻克關鍵難點技術，打通數據鏈路，建立深化應用的統籌建設機制和統一管理模式，為全面提升我國軍工科研生產和管理水平助力。

創新應用模式，實現軍工系統智能管理

在軍工系統采用“邏輯一體、物理分布”四層架構的衛星應用新模式。這一應用新模式具體體現在：一是基礎設施層，主要包括計算/ 存儲/ 網絡資源池和會商設備，負責為業務系統提供網絡傳輸、安全防護、高性能計算、信息轉碼處理與傳輸、海量存儲、應用支撐軟件等基礎平臺服務功能。二是數據服務層，提供多衛星、多傳感器、多格式的導航、遙感數據，測繪數據，星地資源數據以及系統生產的專題產品數據等多源異構數據的接入、分類存儲和管理功能。三是業務支撐層，包括數據管理與綜合服務系統、軍工行業基礎信息監控系統和應用分析評估系統，實現利用海量衛星數據批量處理的能力。四是應用示范層，實現對軍工行業重點單位的安全及周邊環境監控、重要目標識別和監視、災害監測等。

系統建設中，應進一步強化衛星技術與5G、虛擬/增強現實技術（AR/VR）、區塊鏈、大數據、人工智能等新技術的融合，推動衛星在軍工物聯網構建、工業互聯網建設、智能化協同制造等方面發揮更大的作用，實現數字軍工場所、軍工“人、物、事”的智能管理，為智慧軍工夯實衛星融合應用的技術支撐。（國防科工局信息中心）