天基信息获取系统一体化指挥控制研究

秦大国，　陈凌云，　邴启军

(装备学院 航天指挥系， 北京 101416)



天基信息获取系统一体化指挥控制研究

秦大国，陈凌云，邴启军

(装备学院 航天指挥系， 北京 101416)

摘要针对天基信息获取系统建设与应用中自成体系、难以共享、效率低下的问题，对其一体化指挥控制问题进行了研究。分析了天基信息获取系统指挥控制存在的问题，借鉴美国情报系统一体化的方法和思想，提出天基信息获取系统一体化指挥控制的功能要求；在不改变现有业务隶属关系基础上，通过在技术层面上建立业务平台，实现天基信息需求管理、任务规划、融合处理、信息共享、分发应用等链路各环节的一体化。

关键词天基信息获取系统；指挥控制；指控业务

Integrated Command and Control of Space-Based Information Collecting System

QIN Daguo，CHEN Lingyun，BING Qijun

(Department of Space Command, Equipment Academy, Beijing 101416, China)

AbstractThe construction and application of space-based information collecting system are isolated, non-sharable and inefficient, so the paper studies the integrated control and command of the system. The paper analyzes the issues existing in command and control of the system and brings out functional requirements of integrated command and control based on integrated method and thought of intelligence system of the U.S.A. Without changing business subordination, by building a business platform at technical layer, the paper proposes a method to realize the integration of all system links including space-based information demand management, task planning, integration treatment, information sharing, distribution and application, etc.

Keywordsspace-based information collecting system; command and control; command and control operation

随着信息技术特别是电子技术的发展，不同探测特征的传感器类型愈益增多，探测/侦察平台的活动范围愈益扩大，精度不断提高。尤其是利用先进的通信技术、网络技术、计算机技术和全球信息栅格技术(Global Information Grids，GIG)把分散的、不同的战场环境连接成一个陆、海、空、天、电五维一体的数字化战场空间，其核心是天基信息系统[1]，包括天基信息获取系统、天基信息传输系统、天基导航定位系统等。天基信息获取系统是利用空间平台对地面进行侦察、探测、获取情报信息的系统，从探测任务区分，主要包括天基侦察监视系统、天基预警探测系统和天基环境探测系统等[2]。对于天基信息获取系统，信息平台包括了卫星和星座、分布式小卫星星座，信息手段包括了光学成像、微波成像、信号侦察等[3]。而且这种复杂也体现在参与航天器的数量和协同控制上，为满足多种需求，往往需要通过同时利用多种航天器、多个星座共同协同工作[4]，特别是当计划任务发生变更或空间态势发生变化后，需要及时调整空间系统的部署方式，以适应新的任务。如何组织、管理、协调好整个庞大的系统，使之高效、井然有序地工作，并能够在突发事件的情况下及时、合理地组织空间相关系统采取应对措施，实现决策前预评估、实施中可操控、行动后可分析，这些都使得围绕天基信息获取任务的组织指挥极其复杂，技术性相当强[5]。所以有必要研究天基信息获取系统指挥控制系统的功能要求、业务平台组成、信息流程等，从而促进天基信息获取系统指挥控制技术发展和系统建设。

1天基信息获取系统指挥控制问题分析

目前，在天基信息获取系统建设与应用方面存在自成体系、互相割裂，系统通用性、互操作性不强，难以共享、效率低下等问题，在指挥控制环节主要存在以下问题：

1) 缺乏统一、规范的天基信息需求管理。虽然拥有多种天基信息和服务，但是天基信息需求来源于不同的部门，需求类型、要求各异，优先级不同，缺乏统一的需求管理标准和需求综合机制，导致很多用户的天基信息需求因冲突得不到满足，同时部分天基信息获取资源因找不到用户需求而应用不足。

2) 缺乏统一的传感器任务管理与控制。外层空间的光学成像、微波成像、信号侦察等传感器是天基信息系统的信息获取实体，也是天基信息获取系统指挥控制的主要对象。目前这些传感器按照手段种类不同分属于不同的部门管理，没有实现对所有不同层次传感器的统一管控，导致天基信息获取任务缺乏统一的规划，不能发挥各类传感器信息收集的综合优势。

3) 缺乏统一的天基信息融合处理。各种天基信息传感器分属于不同的部门管理，储存管理体制分割，由此导致了各种传感器收集的信息处理相互独立，阻碍了统一的天基信息融合处理，使得天基信息处理集成难，不能形成综合的、完整的天基信息。

4) 缺乏便捷安全的天基信息共享机制。天基信息获取系统管理各部门采用的是烟囱式向上提供服务的体系结构，资源拥有部门之间以及与资源应用用户之间缺乏沟通共享机制，造成了天基信息获取资源孤岛现象突出，天基信息不能共享。

天基信息获取系统一体化指挥控制的目标就是要解决上述天基信息获取系统指挥控制环节所存在的问题，实现对天基传感器的统一任务管理，融合处理来自不同天基传感器的信息，统一、规范地管理整个天基信息，打破信息孤岛，建立安全、便捷的空间信息共享机制，最大效率地提供天基信息一体化支持。

2天基信息获取系统一体化指挥控制功能要求

随着现代信息技术的发展和出于军事战略需要，天基信息逐步向战区、战术应用方向延伸[6]。近年来，美军已着手下大力气自上而下构建星地配套的天基信息应用系统一体化体系结构[7-8]。借鉴美国在情报信息全维化、情报申请平台统一、情报服务统一、情报信息系统一体化方面的建设经验，天基信息获取系统一体化指挥控制需要实现以下功能要求：

1) 天基信息需求的综合分析。接收来自不同用户、不同类型天基信息的需求申请，并对其进行统一的需求要素分解、综合处理和需求满足情况的统筹管理，确保天基信息需求申请的规范性、需求分析的综合性和需求管理的一致性。通过为各类各级用户提供统一的天基信息需求综合分析平台，实现天基信息需求填报格式的统一、天基信息需求分析要素的统一、天基信息需求管理与维护的统一等。

2) 天基信息获取任务的一体化规划。它是天基信息获取系统一体化指挥控制的核心，针对天基信息获取任务要实现统一的规划和管理，确保多类、多型、多维天基信息资源的统一调度和无缝连接。通过对不同类型的卫星和地面资源进行综合分析和统一调度，生成满足支援任务要求的资源调度计划以及卫星数据接收、传输和处理计划等。

3) 天基信息的一体化融合处理。接收多源、多手段、多平台获取的天基信息，通过内容分类、归口处理、比照筛选、综合印证，及时进行综合处理，形成不同类型、不同级别的天基信息产品。

4) 天基信息产品的一体化共享服务。它是连接用户和天基信息的中间层，为用户提供快捷、便利、智能的天基信息产品访问、分析与应用服务，实现对天基信息产品的分级、分类管理，采用合适的共享机制和分发策略实现天基信息产品的按需分发。

3天基信息获取系统一体化指挥控制业务平台设计

上述一体化指挥控制功能要求天基信息获取系统提供信息实时共享机制，在不改变现有业务隶属关系基础上，采用先进的信息栅格技术和体系结构，将各级各类天基信息获取系统、指控系统和各种传感器接入栅格网络，通过在技术层面上建立需求综合分析、信息整编集成、任务方案综合规划、天基信息系统能力分析、空间态势显示、指控信息管理、任务方案仿真评估等业务平台和网络连接，实现对天基传感器的统一任务管理，融合处理来自不同天基传感器的天基信息，统一、规范地管理整个天基信息，建立安全、便捷的天基信息共享机制。

3.1需求综合分析平台

需求综合分析平台主要功能是将用户的天基信息支援需求，根据信息需求类型、区域、时间等得出规范格式的区域范围、时间要求、质量要求等需求要素。具体功能为：

1) 需求请求处理。需求请求处理包括2种方式：自动需求请求处理和手工录入需求请求。自动需求请求处理主要包括通过网络收发方式、文件拷贝方式等获得的所有需求请求文件，自动按照规定的格式存储在数据库中或生成对外交流确认的相关文件信息；手工录入需求请求文件处理主要是由操作员通过人机界面将需求请求信息录入。

2) 需求分解处理。把各个需求按照规范模版分解为包括目标、任务类型、时间、区域、质量、优先级等需求要素。

3) 需求综合处理。运用综合分析方法与理论，分析不同层次、同层次间需求的相互关系，按照具体情况运用合并、扩充、删减等方法，形成理解一致、完备、最小幂集的需求集合。

3.2信息产品整编集成平台

信息产品整编集成平台主要功能是根据用户需求，搜索现有的天基信息产品库中符合要求的相关信息产品单元，然后将各信息产品单元集成为一条比较完整的信息产品，提供给用户使用。它是在现有的天基信息产品资源基础上，对用户需求进行自动化准实时的解译。具体功能为：

1) 信息产品集成需求管理。监视和维持当前正在进行的和已完成的基本数据需求，为所有信息集成和报告需求提供注册服务。

2) 信息数据挖掘管理。管理信息数据挖掘过程，管理数据挖掘参数，决定信息数据的覆盖和优先权。

3) 信息产品结果管理。管理最终信息产品报告的生成与分发过程。

4) 数据库管理。确保信息集成需求、目标和支持数据的准确性和完整性。包括从外部输入源装载和更新数据，从文件中删除过时的和无效的记录，并显示、纠正和清楚系统问题记录等。

5) 通用功能。负责提供所有必需的系统级支撑功能，包括系统操作、在线帮助、数据转换、存档统计和通知及询问功能。

3.3任务方案综合规划平台

任务方案综合规划平台主要功能是在多平台多任务条件下将天基信息的获取、传输等活动与天基信息获取系统资源进行优化配置、消解冲突，制定满足任务、环境、资源等约束的任务方案。具体功能为：

1) 信息调用。获得任务综合规划所需要的完整准确的基础信息，并通过表格等形式进行显示输出。

2) 天基信息获取任务请求分解。对于分辨率、时效、传感器等方面的要求，针对用户指定要求的获取手段与获取要求等进行分类。对于区域目标，如无法由某个具体代号卫星一次覆盖，应进行区域划分，将单个区域目标分解为多个标准目标。

3) 轨道计算。计算不同卫星的轨道预报信息，确定规划时间段内各个卫星的空间位置和地面站跟踪接收能力，该框架可包容不同卫星的轨道计算模型，当增加新卫星时，可方便扩展，能将其轨道计算模型嵌入。

4) 目标访问计算。确定每个目标相应的可访问卫星代号、访问时间、侧摆角等，筛除不能被任何卫星访问的目标、气象条件不满足的目标、太阳高度角不满足可见光照相的目标等。如果获取任务请求中包含对于分辨率、时效、传感器等方面的确定获取要求，则据此对计算获得的参与规划的每个目标可被具体代号卫星访问的情况进行初选，删除不满足具体获取要求的相关卫星代号。

5) 任务分配预处理。根据载荷工况和接收机的状况排除不可用的卫星资源和接收机资源，或修改卫星或接收机的约束条件；生成每颗卫星的待侦察目标列表和接收机列表；根据摄影约束条件对目标进行过滤；根据用户信息和任务需求确定任务的具体需求，例如所用传感器类型、摄影频度和优先级等。如果执行快反模式，则进一步对次要目标进行过滤。

6) 冲突消解决策。冲突消解决策采用辅助决策专家系统，消解目标分配和接收机分配中存在的冲突。其中，基于专家系统进行规则推理，消解目标分配中存在的冲突；基于专家系统进行规则推理，消解接收机分配中存在的冲突。

7) 可视化决策。可视化决策将规划结果可视化，并提供人工交互界面以调整任务规划结果，形成最终的任务规划结果。其中，人机交互调整，将任务规划结果展现出来，并提供人机交互界面，供操作员人工调整任务规划结果；规划解释，提供一定的解释机制，记录和显示规划中间过程信息，方便用户理解方案，增加方案的可信度；统计分析，对规划结果进行统计分析，包括各星分配的目标数、传输时间段等信息；约束检测与消解，检测调整后的任务规划结果是否满足约束，是否存在冲突，并提示用户，辅助用户消解冲突。

8) 订单生成。订单生成根据任务规划结果，生成指定格式的摄影任务订单和跟踪接收订单。其中，摄影任务订单生成，生成卫星摄影任务订单；跟踪接收订单生成，生成卫星可以进行数据传输的接收机跟踪接收任务订单。

9) 任务规划情况统计。统计任务规划安排情况，及时掌握当前的任务规划状况。

3.4天基信息系统能力分析平台

天基信息系统能力分析平台主要功能是天基信息系统资源的能力统计估算、空间环境对资源实体和执行任务的影响估计，以及天基信息系统资源实施任务的可能性估算、任务实施过程中的资源使用情况统计等。具体功能为：

1) 天基信息系统资源和系统能力计算。其中，天基信息系统资源状态能力计算，计算天基信息系统资源的任意时刻位置、机动范围、侦察监视范围(以面积或立体角度量)、通信覆盖范围和容量、电子干扰范围、连续工作时间等；分系统能力聚合与统计，依据单个天基信息系统资源的能力数据，按照侦察监视、导航定位、数据传输、气象、测绘和信息对抗分类统计计算各分系统的能力数据。

2) 任务要素与资源需求分析计算。其中，任务要素辅助分析，计算任务时间、空间、目标数量等要求，确定可能包含的子任务类型和数量；资源需求计算，根据子任务的类型和数量，确定需要的资源类型，计算资源需求数量。

3) 空间环境要素分析。其中，空间环境要素模拟计算,计算空间碎片在任意时刻位置、影响范围，依据国际上标准的环境模式[9]，模拟计算空间任意位置的光照(太阳高度角)、大气、电离层、地磁场等环境数据；系统任务影响计算，用于计算检测卫星与碎片碰撞，环境因素影响任务实施的时间、可能大小。

3.5空间态势显示平台

空间态势显示平台主要功能是天基信息系统的地面态势显示和空间态势显示。具体功能为：

1) 二维态势显示。提供整个战场(空间及地面)的平面；支持多种分辨率的地球表面纹理和矢量地图数据；为保障二维态势图显示质量，要支持基础地理数据分层显示；航天器星下点轨迹二维显示、覆盖分析、接近分析等仿真结果二维显示。

2) 三维态势显示。以基础数据构建三维地球模型，能以时间驱动地球的转动和光照显示；以任意视点观察地球及卫星，进行战场(空间及地面)三维场景显示；航天器星下点轨迹三维显示、覆盖分析、接近分析等仿真结果三维显示；支持不同类型、不同作战方式航天器分层显示。

3) 文字报告显示。用文字的方法向使用者不断报告出现的战损、情报、事件、消耗、状态等信息，为指挥员提供各类信息；给出卫星组网的数值分析报告(如：侦察卫星的过境时间、通信卫星的覆盖能力等)。

4) 时间与事件驱动。以时间驱动更新正常态势显示；以事件驱动信息传输、卫星机动变轨、侦查、干扰等作战事件的动画演示。

5) 数据管理。其中，数字地图管理，为二维、三维态势显示提供数字地图，对其进行管理；军标与实体模型库管理，为二维、三维态势显示提供军标和实体模型，对已有和新生成模型进行管理；纹理库管理，对模型纹理进行管理。

3.6指控信息管理平台

指控信息管理平台主要功能是收集并管理天基信息获取系统中空间实体的状态信息、用户的需求信息等。具体功能为：

1) 侦察需求信息管理。侦察需求信息管理负责维护侦察需求信息，包括增加、删除、更新等，同时支持侦察需求信息的查询输出显示，能够根据目标的相关属性信息如所属国家或地域、目标所处的地理位置、目标级别、国别等进行综合查询统计输出，综合列表显示。

2) 侦察目标信息管理。主要管理通过文本输入批量处理、手工输入等方式形成的用于进行任务规划的基础目标数据，包括目标编号、目标名称、目标属性、目标等级、目标中心经度、目标中心纬度、目标范围、任务性质、目标国别、云量要求、用户单位、照相要求。同时通过记录对目标的侦察效果的信息，不断积累对相关目标的常规稳恒状态信息，借以提供对目标状态的长期分析、常用侦察手段的效果评价等能力。

3) 天基信息用户信息管理。主要包括如单位名称、任务目的、联系人、联系电话、常用天基平台代号、关心的目标地域、关心的目标类型、需求的频度、需求的迫切性等。

4) 天基信息平台信息管理。主要管理内容包括天基信息平台代号、载荷情况、轨道特征、天基信息平台任务目的、传感器、成像分辨率等。

5) 天基信息平台轨道数据管理。天基信息平台轨道信息，以及其数据获取时间、历元时刻、相应大气阻尼系数、光压系数等辅助保障信息，是用于进行天基信息平台轨道计算并借以确定天基信息平台对目标访问能力的基础。

6) 天基信息平台载荷信息管理。主要管理所属天基信息平台的有效载荷特征及其运行状况信息。

7) 地面应用系统资源信息管理。包括地面站名称、跟踪接收能力等。

3.7任务方案仿真评估平台

任务方案仿真评估平台主要功能是负责验证天基信息获取任务方案与实际的侦察信息需求是否相符，是否能够完成指定的任务，对天基信息获取任务方案的正确性和准确性做出事先验证，以便发现方案中的异常错误，反馈错误信息，对天基信息获取任务方案进行及时纠正，指导天基信息获取任务方案的完成。同时提供天基系统运行轨迹及运行状态显示功能，使指控人员能及时了解天基系统目前所飞临的地理位置，为地面系统的其他工作提供支持。具体功能为：

1) 地图支持。提供打开多种格式的矢量地图和像素地图的功能，提供对地图进行放大、缩小、漫游、显示全图、显示地名等基本操作；提供了对打开的多个图层进行管理的功能，包括图层的上下调整、控制图层的显示与否、关闭图层、设置图层颜色等功能。

2) 卫星运行状态显示。在二维背景地图和三维地球模型的基础上显示天基平台沿轨道飞行的状态，从而了解每个天基平台在指定时刻的运行地理位置和空间状态。在运行显示的同时可调整卫星的运行速度。为了解卫星在某时刻所处的位置，提供改变卫星运行位置的功能。

3) 卫星载荷资源显示。从数据库表中查询卫星的载荷资源情况，包括载荷的种类、名称、数量、状态、各种技术参数等，并对查询结果进行列表显示。

4) 地面站资源显示。在背景地图上标绘地面站的位置、不同地面站对不同卫星的接收范围,列表显示地面站对不同卫星的接收资源情况。

5) 任务方案仿真推演。图形化显示对任务方案的执行过程和任务结果，在背景地图上叠加显示任务区域范围，了解任务的地理分布和覆盖范围；叠加被分配任务的天基平台的轨道图形，了解天基平台轨道对任务区域的覆盖情况；在轨道图形上叠加天基平台下传数据的时段。除了静态显示任务方案的功能外，还可以动态显示天基平台执行任务规划的情况，在背景地图上绘出天基平台执行规划时实时的任务区域，了解天基平台执行计划时覆盖任务指定区域的情况，同时动态显示地面站对天基平台的跟踪接收过程和时段。在对任务方案进行仿真推演时也可以调整天基平台的运行速度与位置，可以对任务规划中的每个天基平台的任务时段和跟踪接收时段进行快速准确定位，观察该时段的任务规划执行情况。在进行任务方案仿真评估时，将任务规划指定的任务自动查询出来标绘在背景地图上，并可以查询显示任务的属性信息；也可以单独对任务进行查询显示，用户可根据任务的属性字段构造查询条件，将符合用户构造的查询条件的任务查询出来，并将查询出的任务区域标绘在背景地图上。

6) 任务方案评估。根据仿真推演获得的任务方案执行结果，证实本次任务方案结果合理可行后，将任务方案保存到数据库中，提交给具体型号系列天基平台的计划管理子系统的计划编制软件进行天基平台计划的编制。对于入库的任务方案，可以查询显示。

4天基信息获取系统一体化指挥控制信息流程

天基信息获取系统一体化指挥控制过程贯穿天基信息生产全过程，组织、协调和控制天基信息获取资源实体完成需求申请、需求管理、信息采集、信息融合与分析处理以及信息产品分发服务等过程，实现天基信息的获取、处理、传输、存储管理与分发、信息安全保证等功能。用户需求信息、天基信息以及指控信息流动与变换过程如图1所示。

图1　天基信息获取系统一体化指挥控制信息流程

5结 束 语

在天基信息获取系统一体化指挥控制体系架构方面，美军情报系统在情报生产过程、机构设置和情报设施等方面体现一体化思想，我军大部分卫星系统都建立有各自的任务管控系统，信息处理功能相对单一，缺少或难以共享。借鉴美国情报系统一体化的方法和思想，在不改变现有业务隶属关系基础上，通过在技术层面上建立业务平台和网络连接，实现天基信息需求管理、任务规划、融合处理、信息共享、分发应用等链路各环节的一体化指控设计，着重解决天基信息获取任务管理与控制、天基信息融合处理、天基信息管理、天基信息共享服务等不统一的指控问题，为用户提供高效的天基信息一体化支持。

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(编辑：李江涛)

中图分类号TN915

文章编号2095-3828(2016)01-0063-06

文献标志码A DOI10.3783/j.issn.2095-3828.2016.01.014

作者简介秦大国(1972—)，男，教授，博士生导师，主要研究方向为空间信息应用。qdg2000@139.com

基金项目国家级资助课题

收稿日期2015-05-25