多源天基信息融合体系研究

信息通信INFORMATION & COMMUNICATIONS2019(Sum. No 200)多源天基信息融合体系研究姚天鸯,李新洪(航天工程大学，北京101416)摘要:天基信息应用前景广阔，但天基信息多源异构、“烟囱林立”的问题限制了对于其进一步的应用。从体系结构的角

度，介绍了天基信息多源异构解决方案研究成果，并对$匕分类，得到天地一体化网络体系结构、区域型体系结构、资源服

务中心型体系结构。最后分析了不同天基信息融合体系结构间应用方向的区别。关键词：天基信息;体系结构；多源异构；天地一体化网络;信息融合中图分类号:V443

文献标识码:A 文章编号：1673-1131(2019)08-0268-03Research on Multi-source Space-based Information Fusion SystemMo Tianzhi, Li Xinhong(University of Space Engineering, Beijing 101416, China)Abstract:Space-based information has broad application prospects, but the problems of multi-source and heterogeneity of spa­

ce-based information limit the further application. From the perspective of architecture, this paper introduces the research results

of space-based information multi-source heterogeneous solutions, and classifies them into Space-earth integrated network archi­tecture, regional architecture and resource service-centric architecture. Finally, the differences of application directions between

different space-based information fusion architectures are analyzed.Key words:space-based information; architecture; multi-source and heterogeneity information; Space-earth integrated network; information fusion于地面系统不同，坐标基准不同,获取的多源天基信息难以融

合应用。解决天基信息多源异构问题，充分利用天基资源的 需求十分迫切。o引言天基早已成为世界各国获取信息的重要手段。美国早在

海湾战争时期，多次利用侦察卫星、通信卫星等获取地面信息, 保障作战。在2000年来，美国通过不断推进GIG网络栅格的

解决天基信息多源异构、难以互通互联问题是天基信息

融合的关键。现有体系结构融合天基信息能力差，不同卫星 系统不同，信息种类性质也不同,但未来社会信息化往往需求

建设，以解决天基信息融合问题。中国在天基信息支援方面 起步较晚，航天力量相对分散，各类卫星与地面系统，业务划 分不同，归属部门不同，自成体系，天基信息多源异构，“烟囱

林立”、融合困难。用户在使用天基信息时，遥感信息需要从

各类专业信息中某些相关信息共享。天基信息多源异构问题 的出现，一部分原因是过去的体系分工复杂，难以融合多类别 多基准的天基信息。解决天基信息多源异构问题，可以釆取 新型天基信息融合体系结构。遥感卫星地面系统获取；地理测绘信息需要从地理测绘卫星 地面系统获取；气象信息、导航时频信息同样如此。此外，由

如今已被提出的能够解决天基信息多源异构问题的体系传输功能更加强大,并逐步向智能化方向发展。在往后，要在

现有的技术水平上对其的发展进行更深层次的研究，在信号

远大的发展前景，在今后的发展中，决不能停下对光纤通信技 术研究的脚步，要让其在广播电视传输方面发挥出更多的优

传输的方式上要能够扬长避短，从而满足更多人的对广播电 视节目的需求。我们必须设定一个长期目标，并进一步的得

势，为我国广播电视事业的蓬勃发展做出贡献。参考文献：到实现。4结语总的来说，光纤通讯技术有着明显的优势，其具有高效性、 稳定性、保密性、中级距离教程等的特点和优势，对信号传输

来说可以有效地避免信号干扰和中继噪音的影响，能够为信

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的应用研究[J].科技传播,2017,9(19):74-75.[3] 谭方芳.试析光纤传输技术的特点以及在广播电视信号传

输的应用[J].西部广播电视,2016(02):237+239.号传输的质量保驾护航。同时因为时代的进步，人们对娱乐

和文化生活的需求的提高，观看广播电视是满足人们日常娱 乐和文化生活的方式之一。广播电视的质量越高，越能满足 人们的需求,因此在广播和电视的传输中，光纤通信技术可以 满足广播和电视传输所需的速度和可靠性。使得传输信号质

[4] 葛莉.浅析数字微波通信与卫星数字通信技术在广播传输

中的运用[J].通讯世界,2015⑵):69-70,[5] 李锦，张联.浅谈广播电视信号传输中光纤传输技术的应

用[J].数字技术与应用,2014(06):49.量更高并且效果好，是现代音频传输的有效的传播媒介,能够

为广播电视节目的质量提供保障。光纤通讯技术作为信息技

[6] 也尔肯•阿克什.利用数字微波和光纤技术建设可自愈的

广播电视传输网[J].通讯世界,2015(10):51.术的主要平台，在广播电视工程中发挥着十分重要的作用，在

[7] 张学文，赵家文,叶德飞.光纤通信技术在广播电视传输中

的应用研究[J].电脑开发与应用,2012,25(09):55-56+59.

未来社会的发展上也产生了巨大的影响。光纤通信技术有着

268信息通信众多，本文对此按照架构范围与复杂性进行分类。可以分为 天地一体化网络体系结构、区域型体系结构、资源服务中心型 体系结构。其中，天地一体化网络体系结构包含天地一体化 信息网络、天地一体化数据链网络、天基信息互联网+等体系 架构方式。区域型体系结构包含天基信息港等体系架构方式。 资源服务中心型体系结构包含天基信息资源服务中心等体系 架构方式。天基信息融合体系天地区资一域源体型服化体务网系中络结心体构

体系系结结构

构

图1天基信息融合体系1天地一体化网络体系结构根据架构范围和复杂性分类，天地一体化网络是一种覆 盖全球，多层次的全新一体化网络概念。不同的天地一体化 网络架构方式或许不同,但多包涵深空网、天基网、地基网、感 知网等多层次体系，是一种从地面，到天基，到深空的综合大 范围复杂网络体系。为建设天地一体化网络新型体系，现有 网络体系结构仅能作为信息网络体系构成的一小部分，需要 不断发射业务卫星，拓展网络，并统一接口与数据，实现体系 建设。天地一体化网络实现了天基网、感知网、地基网的时空 基准统一、接口统一与数据融合-用户可以通过地基接口或 天基接口访问网络。在网络覆盖的范围内，用户可以获得网 络内的任意数据，实现天基、地基多源信息融合，是一种多源 信息融合最理想的方式。天地一体化网络体系结构以地面网络为基础，以空间网 络为延伸，覆盖太空、空中、陆地和海洋等自然空间，为天基、 空基、陆基和海基等各类用户的活动提供信息保障的基础设 施。从能力上可以分为天地一体化通信信息网络、天地一体 化导航信息网络、天地一体化遥感信息网络等。在层次上,由 天基、地基、空基等数据网络构成。天地一体化信息网络可以 融合现有和未来发射的各类通信、遥感、导航、气象等卫星，并 与地面网络连接,使用户可以在任何时间、任何地点与任何人 进行任何业务，从而融合多源异构的天基信息屈。目前国内已有多名学者提出天地一体化信息网络体系 结构。沈荣骏院士在2006年提出了天地一体化航天互联网 体系。其由主干网、子网和接入网三部分组成，其中接入网 分为地面接入网和空间接入网，以实现星间、星地、地面互联 互通叫张乃通院士于2015年提出的天地一体化信息网络体系 结构，在体系架构上更加具体。在天基、地基分别架设骨干传 输层与接入层，并通过网络控制中心、虚拟任务中心、数据信 息中心统筹应用层和感知层的多源异构信息叫吴曼青院士于2016年提出的天地一体化网络体系结构 进一步指出,增加移动通信网与互联网节点,将增强对于用户 的支撑，地基用户接入网络更加方便叭姚天鹫等:多源天基信息融合体系研究-i-

天基骨干网

-I-图2天地一体化信息网络美国提出类似的天地一体化网络体系结构较早。在 2004年便开始实施“转型卫星通信计划(TSAT)”，目的是将 太空、空中、陆地、海洋网络，通过极高频(AEHF)卫星系统、 宽带卫星系统(WGS)等交织在一起，形成太空中的高速骨 干通信网络叫2010年以来NASA开始发展“综合空间通信网络 (SCaN)”。旨在将NASA现有的三个网络，即空间网络、近 地网络、深空网络统一到一个整体性的网络中，以完成集成 服务执行(ISE)、集成服务管理(ISM)和集成网络控制(INC) 的功能。未来综合空间通信网络或将广泛支持美国太空飞 行(例如国际空间站)，深空机器人探测(例如火星探测器〉等 任务迪52区域型体系结构区域型体系结构与天地一体化网络体系结构不同，它仅 建立了部分区域的空间、地面间互通互联的网络链接，可以认 为是天地一体化网络体系结构的一部分。区域型体系结构通 常同样包含天基网与地基网,不同的是,它以现有通信网络体 系为基础，并在一定程度上进行拓展，扩充了部分网络体系, 对现有体系进行补充。虽然增加了体系的范围、能力与复杂 性，却没有建立如同天地一体化网络一样的全方面多层次多 能力体系。区域型天基信息融合体系，虽实现了信息融合的 要求，但网络建设无论在层次上，还是在范围上均不够全面, 体系能力相比于天地一体化网络较差。天基信息港是一种典型的区域型天基信息融合体系。它 由在高轨编队飞行的模块化卫星组成，统一了各卫星内部计 算、处理和存储资源，是一种具备高性能在轨信息处理能力的

269信息通信姚天鹫等:多源天基信息融合体系研究用范围广，信息融合能力强，是一种理想的未来网络。但其体 系结构同样十分复杂，对现有体系变动过大。不仅需要新增 多种传感器节点与骨干传输网络节点，还需统一网络体系结 构的协议与标准，所以其建设周期十分漫长。区域型体系结 构同样包含天-空-地多层次信息网络，但其架构范围仅存在于 局部区域之中。在体系结构覆盖的范围内，多源异构信息被 网络所融合,所以区域型体系结构拥有较强的信息融合能力。 资源服务中心型架构模式，其体系主体为已经建设完成的业 务体系，资源服务中心仅类似于插件，以完成信息融合-分发过 程。因此，资源服务中心型体系结构受固有体制和接口标准 约束较严重，信息融合能力较弱，但其建设周期短，是一种很 好的“临时措施”。表1体系能力比较天基信息节点。天基信息港可以与地面信息港进行联通，通 过数据收集、星上数据处理、数据分发的工作流程，以最短时 间为任务调度目标，将空间网、海基网、陆基网等异构网络集 成,建立天基信息通用服务平台，提供天基信息服务，从而实 现多源异构天基信息的融合应用m问。3资源服务中心型体系结构天与前两种天基信息融合体系结构不同，资源服务中心 体系主要使用服务中心作为信息融合的载体，是对现有体系 改动最小的模式，同样是一种传统的信息融合体系。该体系 在感知层与传输层不需要联通，仅通过天基或地基资源服务 中心汇集各类天基多源异构信息，进行归一化处理后，将融合 的天基信息推送到用户。资源服务中心对于现有体系，更像 是嵌入式的插件，依赖现有信息体系而实现功能。通过嵌入 到用户申请天基信息的流程之中，服务中心代替用户进行天 基信息的收集与推送，将融合的天基信息发送给用户。卫星平台弄

弄 缶 弄T测绘卫星气象卫星 海洋卫星高分卫巳龙壬据传输

w壷信息资源服务中心

清洗 转换计算—数据 管理nJ信息融合体系 恶一体化 类型网络信息融合能力强天-空-地

应用范围互通互联建设周期长极高建设咸本区域型

体系结构较强天空地 区域互联较长较高资源服务中心型 体系结构弱视资源中心能力

确定较低参考文献：[1] 张乃通，赵康健,刘功亮.对建设我国“天地一体化信息网

数据储存丿析一数据

分发________处理_____________

驟\"-访问门户 —穴—厂

络”的思考[J].中国电子科学研究院学报，2015, 10(3):

223-230.[2] 刘立祥.天地一体化信息网络的体系结构与协议分析[J]. [3]

用户入政府机构企业机构 个人用户|[4] [5]

图4天基信息资源服务中心如上图所示，天基信息资源服务中心是一种典型资源服 务中心型体系结构，其嵌入与空间资源平台、原有地面信息数 据中心和用户之间，通过接入空间资源平台数据与地面信息 数据，利用云计算对多源异构的天基信息储存、计算、分析处 理、数据分发。用户可通过统一访问门户接收天基信息，获得 体系化天基资源信息服务问。4体系结构比较分析[6] [7]

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22⑸将解决天基信息多源异构问题的体系结构分为三类，即 天地一体化网络体系结构、区域型体系结构、资源服务中心型 体系结构。其中，天地一体化信息网络体系结构是对全球乃 至深空宏观网络体系的架构，是未来网络体系的建设方向。区 域型体系结构拥有前者的部分能力，并在一定区域中进行多 源信息融合。资源服务中心型体系结构是对现有体系结构的 进一步应用，通过资源服务中心进行任务管控、信息融合、信 息分发，同样解决了多源异构天基信息的融合应用问题。三类架构模式相比，天地一体化信息网络无疑是覆盖最 广泛的，包含陆■海•空-天■深空多层次网络。并且天地一体化 信息网络融合多源异构信息的能力极强，多层次传感器的信 息被统合到一体化的网络之中，用户可以在任何时间、任何地 点，登录网络，获得天基、地基网络中所需的任何数据。其应

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