专刊:天地一体化信息网络

内容导读

近年来，在地面移动通信、互联网和航天技术的推动下，全球高中低轨卫星通信，尤其是巨型低轨星座系统进入井喷式发展新阶段。SpaceX、OneWeb、Telesat等公司在LEO星座领域启动全球部署，不断扩充卫星容量；O3b公司进一步扩大MEO星座规模和服务能力；ViaSat公司开始研制部署Tbit/s量级的甚高通量通信卫星，以欧洲量子卫星为代表的基于数字载荷和软件定义技术的灵活性卫星正在成为各大卫星运营商未来发展的重要方向。Q/V频段卫星通信和激光传输已经进入实用阶段，太赫兹在空间信息网络中也展现了巨大的发展潜力。LEO星座的蓬勃发展引发了卫星制造和发射业的行业变革和产业升级。卫星通信与地面5G、地面互联网的融合越来越深入，卫星通信与导航以及ADS-B和AIS的综合应用越来越普遍。

天地一体化信息网络重大项目已列入国家“十三五”规划纲要及国家“十三五”创新规划。天地一体化信息网络是以地面网络为依托、天基网络为拓展，采用统一的技术架构、统一的技术体制、统一的网络协议、统一的标准规范，由高中低轨协同组网的天基信息网络与地面互联网和移动通信网互联互通而成。天地一体化信息网络是一个涉及多专业多学科的复杂巨系统，涵盖网络、通信、卫星、地面、发射、测运控、频率、应用和安全等多个方面，本专题拟就天地一体化信息网络涉及到的部分技术问题开展研究和探讨，具体包括：

针对天地一体化信息网络的演进，《天地一体化信息网络发展与展望》综述了卫星通信网络、地面互联网、地面移动通信网络的发展历程，总结了当前发展趋势和面临的挑战，提出了未来天地一体化信息网络的组成结构及关键技术，并对未来发展进行了展望。《高低轨宽带卫星通信系统特点对比分析》从覆盖、链路能力、关口站、终端、系统容量效率、业务传输时延等多个角度对高轨和低轨宽带卫星通信系统的特点进行了比较。

《针对GEO卫星宽带网络管控的波束跳变策略》分析了跳波束资源池化与信令接入需求，提出了基于时间分片的跳波束工作机理和跳变策略，实现了系统资源的全局调度和按需、灵活、高效的利用。《低轨星座系统测运控技术与管理研究》对典型低轨星座轨道进行了仿真，并对星群运行及管理技术特点进行了分析，提出了一种适用于低轨星座测运控管理流程的地面测控系统设计方案。《基于GNSS的全电推进SmallGEO卫星自主入轨方法》针对全电推GEO卫星长时间变轨期间卫星轨道确定和轨道控制问题，设计了时间最优的小推力轨道控制策略，提出了基于全球导航卫星系统(GNSS)的自主定轨方案。

《卫星物联网系统随机接入前导序列设计》一文分析了影响GEO卫星系统随机接入前导序列设计的因素，并对所设计参数的TOA估计误差进行了仿真评估与研究。《天象一号卫星自主实时定轨方法与评估》详细设计了低轨卫星自主实时定轨硬件和软件，完成了在轨测试和指标评估，所提方案可解决基于低轨通信星座的高精度时空基准建立和维持问题。

《天地一体化信息网络卫星频率资源可行性研究》对无线电业务频率划分、卫星网络资料申报以及国际协调态势三方面进行了梳理与分析。《高空平台通信系统频谱划分综述》回顾了国际电信联盟WRC-19大会在高空平台通信系统频谱划分，介绍了我国在高空平台通信系统的业务发展和频谱规划。

《天地一体化信息网络安全动态赋能研究》提出了融合安全服务能力编排、安全威胁处置、安全态势分析于一体的安全动态赋能架构，分析了内嵌式精准采集与按需汇聚等关键技术。《太赫兹技术在低轨星间通信中的应用与分析》给出了一种用于低轨卫星的太赫兹星间通信总体设计方案，并对集成化太赫兹射频前端、高增益太赫兹天线等关键技术进行了分析。《星载空间激光通信系统设计与实现》介绍了基于西安光机所自主研发的DPSK卫星激光通信系统技术方案，并通过力学、热学空间环境适应性试验验证，可满足在轨运行要求。

《基于虚拟化技术的信关站基带资源池设计与实现》提出了构建基于虚拟化技术的信关站资源池的平台设计方法，对资源进行了实时监控和灵活分配，通过测试验证了所提方案的有效性与稳定性。针对低轨卫星转发器带宽资源紧缺问题，《基于功率域复用的低轨卫星多址技术及性能分析》提出了基于功率域复用的多址传输方法，仿真表明与传统频分多址相比可提供更高的遍历和速率。《新一代天基信息系统多业务传输保障机制设计》一文提出了IntServ与DiffServ相结合、多域协同的按需服务质量保障技术方案，并对跨层QoS机制、跨域QoS协同进行了设计。

综上所述，本专题涵盖天地一体化信息网络技术综述、系统分析和关键技术解决方案等多个方面，希望能够给广大读者了解和研究天地一体化信息网络提供有益的启示和参考。最后，对各位作者的辛勤工作和精心撰稿表示衷心的感谢！