美國(guó)“擴(kuò)展空間傳感器體系結(jié)構(gòu)”研發(fā)及應(yīng)用分析

郭麗紅 鄒衛(wèi)平 沈達(dá)正 （北京跟蹤與通信技術(shù)研究所）

美國(guó)“擴(kuò)展空間傳感器體系結(jié)構(gòu)”研發(fā)及應(yīng)用分析

Development and Applications of U.S. Extended Space Sensors Architecture

郭麗紅 鄒衛(wèi)平 沈達(dá)正 （北京跟蹤與通信技術(shù)研究所）

用于空間監(jiān)視的傳感器水平十分重要，因其決定著所獲取空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)的多少?？臻g態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)的傳輸與共享技術(shù)在空間作戰(zhàn)中也同樣扮演著重要角色，受限時(shí)也會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法充分利用。由于空間資產(chǎn)在國(guó)家安全中的重要性日益提升，美國(guó)對(duì)空間態(tài)勢(shì)感知越來(lái)越重視。為了保護(hù)美國(guó)的空間資產(chǎn)免于自然災(zāi)害和人為干擾的影響，美國(guó)已經(jīng)建立了全球最為完善的空間監(jiān)視網(wǎng)（SSN），對(duì)太空中所有人造物體（包括空間碎片）及其行為進(jìn)行監(jiān)視，并在運(yùn)載火箭發(fā)射、載人航天和在軌運(yùn)行航天器碰撞預(yù)警與規(guī)避中發(fā)揮重要作用。美軍空間控制理念的提出，使得空間態(tài)勢(shì)感知有了更加重要的戰(zhàn)略意義。隨著美國(guó)空間監(jiān)視網(wǎng)傳感器不斷向更高水平發(fā)展，所獲取的空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)也在不斷增加。但是，發(fā)展至2005年前后，美軍意識(shí)到，由于各種原因，空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)在相關(guān)團(tuán)體間的傳輸與共享存在一定的問(wèn)題，導(dǎo)致數(shù)據(jù)得不到充分利用，無(wú)法更好地服務(wù)于空間作戰(zhàn)。為此，美國(guó)開(kāi)展了“擴(kuò)展空間傳感器體系結(jié)構(gòu)”（ESSA）計(jì)劃，演示驗(yàn)證一種信息技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，對(duì)空間監(jiān)視網(wǎng)中數(shù)據(jù)的傳輸與共享體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而充分發(fā)揮傳感器數(shù)據(jù)的效用，實(shí)現(xiàn)空間監(jiān)視網(wǎng)不同系統(tǒng)的信息和服務(wù)在空間團(tuán)體間共享，并最終促進(jìn)作戰(zhàn)指揮官快速掌握空間態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)快速?zèng)Q策。

1 基本情況

研發(fā)背景

美軍確定開(kāi)展ESSA計(jì)劃有其歷史原因。由于美國(guó)空間監(jiān)視網(wǎng)建設(shè)較早，至2005年，美國(guó)傳感器陣列的信息技術(shù)體系結(jié)構(gòu)仍大部分基于20世紀(jì)80年代的技術(shù)，空間監(jiān)視網(wǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)大部分是通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)、hub、spoke路由傳輸，傳輸帶寬非常有限，還不及家庭撥號(hào)上網(wǎng)業(yè)務(wù)的帶寬。在太空中人造物體數(shù)量很少、僅用于跟蹤和編目少量衛(wèi)星的時(shí)代，該體系結(jié)構(gòu)運(yùn)行良好，足以適應(yīng)空間監(jiān)視數(shù)據(jù)的傳輸和共享。

發(fā)展至21世紀(jì)，空間環(huán)境持續(xù)惡化，空間碎片數(shù)量增加到數(shù)萬(wàn)個(gè)。為了應(yīng)對(duì)這種狀況，加強(qiáng)對(duì)空間的監(jiān)視，美國(guó)開(kāi)發(fā)和部署了由雷達(dá)和光學(xué)傳感器組成的先進(jìn)傳感器陣列，用于探測(cè)、跟蹤、編目和評(píng)估衛(wèi)星及空間碎片的狀態(tài)。但是，用于分發(fā)和集成這些傳感器數(shù)據(jù)的技術(shù)相對(duì)滯后，原有的空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)在相關(guān)團(tuán)體間傳輸與共享的體系結(jié)構(gòu)限制了傳統(tǒng)空間團(tuán)體之外的用戶接入，以及空間團(tuán)體之內(nèi)各種任務(wù)區(qū)域的接入，導(dǎo)致數(shù)據(jù)得不到充分利用。此外，這種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)阻止了空間信息在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，也妨礙了新能力的開(kāi)發(fā)和部署，不僅使信息的接入和分發(fā)困難，還增加了在現(xiàn)有的、有時(shí)專用系統(tǒng)中集成數(shù)據(jù)和處理的難度。

因此，在研發(fā)和部署新的空間監(jiān)視傳感器的同時(shí)，美軍需要對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸與共享體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而充分發(fā)揮傳感器數(shù)據(jù)的效用。由此，美國(guó)開(kāi)展了ESSA計(jì)劃，該計(jì)劃是美國(guó)國(guó)防部2006財(cái)年先進(jìn)概念技術(shù)演示（ACTD）項(xiàng)目之一，于2010年完成。

ESSA計(jì)劃概貌

ESSA計(jì)劃由林肯實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)，是林肯實(shí)驗(yàn)室2007－2010年間在空間控制領(lǐng)域的主要研究項(xiàng)目。與該實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的設(shè)備級(jí)研發(fā)項(xiàng)目不同，這是一項(xiàng)系統(tǒng)級(jí)研發(fā)項(xiàng)目。在該計(jì)劃框架下，林肯實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)了ESSA，并對(duì)其進(jìn)行了演示驗(yàn)證。

ESSA是一個(gè)面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，作為一個(gè)信息技術(shù)體系結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)的接入和分發(fā)，從而可使空間團(tuán)體共享來(lái)自空間監(jiān)視網(wǎng)不同系統(tǒng)的信息和服務(wù)。

2007－2008年，林肯實(shí)驗(yàn)室向聯(lián)合空間作戰(zhàn)中心（JSpOC）移交了第一套ESSA，該系統(tǒng)能夠?yàn)椴僮髡咛峁﹣?lái)自林肯實(shí)驗(yàn)室“海斯塔克”附屬雷達(dá)的實(shí)時(shí)圖像。

2009年，林肯實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)向聯(lián)合空間作戰(zhàn)中心提供了多次ESSA演示驗(yàn)證。

2010年，ESSA先進(jìn)概念技術(shù)演示驗(yàn)證收尾，此次演示成功驗(yàn)證了航天和導(dǎo)彈防御傳感器的實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)。在正式的軍事效用評(píng)估的基礎(chǔ)上，ESSA轉(zhuǎn)化成為隨后進(jìn)行的項(xiàng)目，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中心的體系結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步擴(kuò)展。

截至2011年，基于ESSA，美軍已經(jīng)可以在保密IP路由協(xié)議網(wǎng)（SIPRNet）上為軍隊(duì)用戶提供衛(wèi)星的實(shí)時(shí)雷達(dá)圖像。

基于ESSA，空間監(jiān)視傳感器可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中心化。在此基礎(chǔ)上，林肯實(shí)驗(yàn)室還將研發(fā)信息開(kāi)發(fā)引擎，從數(shù)據(jù)庫(kù)和傳感器提取信息。借助信息開(kāi)發(fā)引擎，操作者將可以訪問(wèn)多種實(shí)時(shí)信息，從而達(dá)成快速響應(yīng)性的決策。2011年及以后，林肯實(shí)驗(yàn)室在空間控制任務(wù)領(lǐng)域的工作重點(diǎn)之一是：從大型傳感器研發(fā)轉(zhuǎn)向信息提取、整合和決策支持，整合盡可能廣泛的數(shù)據(jù)，并為用戶提供產(chǎn)品訂閱流程自動(dòng)化服務(wù)。

體系結(jié)構(gòu)

ESSA是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心化試驗(yàn)平臺(tái)，是多項(xiàng)已驗(yàn)證技術(shù)[包括傳感器“跨斗”（s e n s o r sidecar）、基于網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)如可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML）或網(wǎng)絡(luò)服務(wù)描述語(yǔ)言（WSDL）、網(wǎng)絡(luò)中心化服務(wù)]的綜合集成。

基于ESSA，林肯實(shí)驗(yàn)室在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境中集成多種傳感器/平臺(tái)（如，空間監(jiān)視網(wǎng)、導(dǎo)彈防御、情報(bào)等），以支持多個(gè)任務(wù)領(lǐng)域去發(fā)現(xiàn)和使用數(shù)據(jù)。每個(gè)傳感器將輸出的數(shù)據(jù)（即觀測(cè)數(shù)據(jù)、空間目標(biāo)識(shí)別數(shù)據(jù)、圖像）傳輸?shù)礁綄俚摹翱缍贰保l(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，供所有的傳感器、指揮控制節(jié)點(diǎn)和聯(lián)合空間作戰(zhàn)中心共享。

空間態(tài)勢(shì)感知網(wǎng)絡(luò)依托全球信息柵格中的保密IP路由協(xié)議網(wǎng)作為通信骨干網(wǎng)構(gòu)建，系統(tǒng)內(nèi)集成了“跨斗”和網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)（NCES）軟件。該軟件由國(guó)防信息系統(tǒng)局（DISA）開(kāi)發(fā)，在ESSA中的作用是提供公共的核心服務(wù)。借助其提供的核心服務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和服務(wù)共享。通過(guò)傳感器“跨斗”，實(shí)現(xiàn)專用、兼用和可用傳感器聯(lián)網(wǎng)；通過(guò)數(shù)據(jù)“跨斗”，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)接入；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)軟件提供的數(shù)據(jù)和服務(wù)共享，充分發(fā)揮空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)的效用。

在硬件上，該網(wǎng)絡(luò)由傳感器節(jié)點(diǎn)（各型傳感器及其附屬的“跨斗”）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)（各種數(shù)據(jù)庫(kù)及其附屬的“跨斗”）、融合節(jié)點(diǎn)（提供融合和控制應(yīng)用、可視化和分發(fā)）和指揮控制節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，這些節(jié)點(diǎn)通過(guò)通信骨干網(wǎng)連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。網(wǎng)絡(luò)可以提供的服務(wù)分為兩類：空間態(tài)勢(shì)感知服務(wù)（觀測(cè)數(shù)據(jù)，目標(biāo)識(shí)別，目標(biāo)成像，軌道變化預(yù)警，狀態(tài)變化預(yù)警，運(yùn)動(dòng)變化預(yù)警，碰撞預(yù)警，目標(biāo)分類與身份確認(rèn)，任務(wù)規(guī)劃）；核心服務(wù)（登記、發(fā)現(xiàn)、安全、協(xié)同）。其中，核心服務(wù)是基礎(chǔ)，為空間態(tài)勢(shì)感知服務(wù)和數(shù)據(jù)共享提供環(huán)境，承載數(shù)據(jù)和服務(wù)共享。

美軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)定義了3個(gè)域：物理域、信息域和認(rèn)知域。物理域由連接起來(lái)的系統(tǒng)和分享數(shù)據(jù)的通信網(wǎng)組成；信息域是“信息產(chǎn)生、使用和分享的區(qū)域”；認(rèn)知域是“在參與者的腦中……其結(jié)果是做出的決策”。

在空間態(tài)勢(shì)感知領(lǐng)域，與此所對(duì)應(yīng)的3個(gè)域分別體現(xiàn)為：物理域由空間態(tài)勢(shì)感知傳感器、鏈路和網(wǎng)絡(luò)組成；信息域包括“跨斗”、融合算法、分析工具；認(rèn)知域?yàn)槁?lián)合空間作戰(zhàn)中心操作員的專業(yè)知識(shí)。

基于ESSA構(gòu)建的空間態(tài)勢(shì)感知網(wǎng)絡(luò)框圖中體現(xiàn)了物理域和信息域。

基于ESSA，可將不同類型的傳感器與平臺(tái)集成到網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境中，促進(jìn)空間態(tài)勢(shì)感知任務(wù)對(duì)數(shù)據(jù)的共享與利用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)融合的自動(dòng)化，將空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)整合進(jìn)單一合成太空?qǐng)D（SISP），支持對(duì)空間事件的快速反應(yīng)。

ESSA的實(shí)質(zhì)是信息系統(tǒng)整合方案，基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA），依托國(guó)防部信息基礎(chǔ)設(shè)施，利用“跨斗”將各種傳感器、系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)庫(kù)連接到一起，利用信息基礎(chǔ)設(shè)施上部署的網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)軟件，為各類傳感器及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和服務(wù)提供登記、發(fā)布/訂閱、信息安全保障等服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)和服務(wù)的共享。傳感器及系統(tǒng)需借助“跨斗”向網(wǎng)絡(luò)提交標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)和服務(wù)以保障其共享，而其雷達(dá)和光學(xué)傳感器則分別遵從開(kāi)放式雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)和林肯光學(xué)體系結(jié)構(gòu)，以達(dá)成設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和通用性。

2 關(guān)鍵技術(shù)及組件

面向服務(wù)的體系架構(gòu)

ESSA利用面向服務(wù)的體系架構(gòu)提供數(shù)據(jù)的接入和分發(fā)，并演示在支持空間任務(wù)中使用面向服務(wù)的體系架構(gòu)。在該體系架構(gòu)中，通過(guò)核心服務(wù)，數(shù)據(jù)和服務(wù)提供者在一個(gè)公共的在線登記處“登記”其產(chǎn)品，需要數(shù)據(jù)或處理服務(wù)的用戶可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索，以發(fā)現(xiàn)合適的數(shù)據(jù)和服務(wù)。通過(guò)訪問(wèn)參考站點(diǎn)，用戶可以獲取如何自動(dòng)請(qǐng)求信息或處理服務(wù)的全部程序，以及對(duì)返回對(duì)象的準(zhǔn)確描述。因此，用戶可以配置他們的系統(tǒng)來(lái)接入和使用這些信息或處理服務(wù)。在提供者和使用者之間的這種松散耦合，以及登記以引起注意和發(fā)現(xiàn)的性能，極大地便利了新增值的數(shù)據(jù)和服務(wù)集成到面向服務(wù)的體系架構(gòu)。

借助ESSA，所有專用領(lǐng)域的服務(wù)都可以得到利用，但前提是部署公共的核心服務(wù)，從而構(gòu)成一個(gè)可以互操作的面向服務(wù)的體系架構(gòu)。在核心服務(wù)中，“發(fā)布和訂閱”（pub-sub）信息服務(wù)非常有價(jià)值，通過(guò)這種機(jī)制，既可以向諸多“頻道”之一發(fā)布所有的新信息，也可以由用戶根據(jù)情況自行預(yù)訂。出于國(guó)防部的信息安全考慮，所有這些交互必須是保密的，因此，還必須提供安全保密服務(wù)，對(duì)用戶名、密碼、安全策略等進(jìn)行管理，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)互操作的安全性。國(guó)防信息系統(tǒng)局已經(jīng)發(fā)起了網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)計(jì)劃，在國(guó)防部信息基礎(chǔ)設(shè)施上部署網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)，為國(guó)防部提供發(fā)布和訂閱、保密，以及數(shù)據(jù)、服務(wù)和用戶登記等公共核心服務(wù)。

在ESSA面向服務(wù)的體系架構(gòu)中，林肯實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)為位于美國(guó)本土和馬歇爾島的3部運(yùn)作中的空間監(jiān)視網(wǎng)雷達(dá)配備了“跨斗”，還額外部署了3套“跨斗”，分別位于新墨西哥的光學(xué)站、科羅拉多的空間資產(chǎn)地面站以及國(guó)防部位于夏威夷的雷達(dá)。夏威夷的系統(tǒng)被包括在演示交叉任務(wù)資產(chǎn)互操作能力的項(xiàng)目中。來(lái)自上述任一傳感器的新數(shù)據(jù)經(jīng)“跨斗”發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)信息頻道。事后，數(shù)據(jù)由這些“跨斗”歸檔，并可以供用戶檢索。

林肯實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)開(kāi)發(fā)了2套處理設(shè)施，1套位于空間防御作戰(zhàn)中心，用于發(fā)布高級(jí)別的空間態(tài)勢(shì)感知信息，如：衛(wèi)星發(fā)射、毀壞、機(jī)動(dòng)和軌道要素組信息；另1套位于馬薩諸塞州的列克星敦空間態(tài)勢(shì)感知中心（LSSAC），該中心開(kāi)辦了許多服務(wù)，供面向服務(wù)的體系架構(gòu)中的客戶使用：衛(wèi)星狀態(tài)，衛(wèi)星檢視，威脅評(píng)估，交會(huì)預(yù)測(cè)（衛(wèi)星密切接近），以及改變偵查信息。所有的頻道和服務(wù)都通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)軟件保密加以保護(hù)。

關(guān)鍵組件傳感器“跨斗”

傳感器“跨斗”在ESSA中的作用是實(shí)時(shí)處理傳感器獲取的數(shù)據(jù)，并發(fā)布到空間態(tài)勢(shì)感知網(wǎng)絡(luò)，供所有的節(jié)點(diǎn)共享。傳感器“跨斗”好像是傳感器的助手，支持高級(jí)軟件功能開(kāi)發(fā)和演示驗(yàn)證，在不妨礙已驗(yàn)證的傳感器處理器和軟件操作的前提下，實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)。

ESSA“跨斗”和網(wǎng)絡(luò)中心方法源自導(dǎo)彈防御局（MDA）的“赫拉克勒斯”（Hercules）計(jì)劃。2007年，林肯實(shí)驗(yàn)室為“宙斯盾”彈道導(dǎo)彈防御（BMD）巡洋艦上的AN/SPY-1雷達(dá)開(kāi)發(fā)了傳感器“跨斗”，測(cè)試“宙斯盾”block 08彈道導(dǎo)彈防御能力的識(shí)別算法和體系結(jié)構(gòu)。傳感器“跨斗”集成到承包商的AN/SPY－1雷達(dá)上，并在“宙斯盾”彈道導(dǎo)彈防御巡洋艦上安裝，在2007年6月的一次“宙斯盾”彈道導(dǎo)彈防御攔截試驗(yàn)中使用。

在此基礎(chǔ)上，多方合作開(kāi)發(fā)了用于空間監(jiān)視網(wǎng)的傳感器“跨斗”，其典型代表是網(wǎng)絡(luò)中心傳感器和數(shù)據(jù)源（N-CSDS）地基光電深空監(jiān)視（GEODSS）“跨斗”。按照計(jì)劃，應(yīng)該已在2012年部署到地基光電深空監(jiān)視站點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)中心傳感器和數(shù)據(jù)源地基光電深空監(jiān)視“跨斗”在每個(gè)站點(diǎn)具有標(biāo)準(zhǔn)的硬件和商用現(xiàn)貨（COTS）配置，系統(tǒng)管理采用自由開(kāi)源軟件Red Hat Queue（RHQ）處理，因此部署成本較低?！翱缍贰碧峁┑南到y(tǒng)管理功能包括配置管理、監(jiān)視、系統(tǒng)操作和預(yù)警，實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)，并通過(guò)發(fā)布/訂閱機(jī)制共享數(shù)據(jù)。

相關(guān)體系結(jié)構(gòu)

此前，林肯實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)為傳感器建立了統(tǒng)一的傳感器體系結(jié)構(gòu)，并為雷達(dá)和光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)開(kāi)發(fā)了各自的體系結(jié)構(gòu)，分別是開(kāi)放式雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)（ROSA）和林肯實(shí)驗(yàn)室光學(xué)體系結(jié)構(gòu)（OPAL）。

（1）開(kāi)放式雷達(dá)體系結(jié)構(gòu)

該體系結(jié)構(gòu)源自夸賈林靶場(chǎng)雷達(dá)現(xiàn)代化改造，利用開(kāi)放系統(tǒng)（OS）模型，采用分布式系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，基于商用現(xiàn)貨產(chǎn)品，把雷達(dá)的處理和控制功能分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立、松散耦合的模塊和分系統(tǒng)，這些模塊和分系統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口連接，構(gòu)成完整的處理和控制體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性、通用性和資源的高效利用。

（2）林肯實(shí)驗(yàn)室光學(xué)體系結(jié)構(gòu)

該體系結(jié)構(gòu)是一個(gè)通用的、適用于多種光學(xué)傳感器的體系結(jié)構(gòu)，為空間監(jiān)視傳感器提供任務(wù)規(guī)劃和數(shù)據(jù)處理能力，已經(jīng)部署于多種光學(xué)監(jiān)視系統(tǒng)，包括新研發(fā)部署的“空間監(jiān)視望遠(yuǎn)鏡”（SST）和空軍“天基空間監(jiān)視系統(tǒng)”（SBSS）的地面站。

3 未來(lái)可能的應(yīng)用分析

促進(jìn)美軍空間能力轉(zhuǎn)型的重要項(xiàng)目之一

美軍的空間能力包括多種空間資產(chǎn)，向用戶提供很多數(shù)據(jù)。從用戶的角度看，用戶需要迅速、隨時(shí)隨地訪問(wèn)高質(zhì)量信息，并分享知識(shí)。當(dāng)前美軍在向用戶提供這種能力方面存在缺陷。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，需要新的、相對(duì)成熟的技術(shù)，以及能夠加速采辦進(jìn)程的演示驗(yàn)證項(xiàng)目。具有空間影響的聯(lián)合能力技術(shù)演示驗(yàn)證（JCTD）項(xiàng)目包括：ESSA，戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星－2（TacSat－2），“太空互聯(lián)網(wǎng)路由”（IRIS），“作戰(zhàn)響應(yīng)空間”（ORS）。在這些技術(shù)的支持下，美軍的空間能力將得到整體提升，用戶獲取信息和共享知識(shí)的能力也將得到較大改善。

其中，ESSA展示了一種前所未有的能力，向空間團(tuán)體或其他國(guó)防部用戶傳遞空間態(tài)勢(shì)感知信息的實(shí)際能力。它將空間監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)與導(dǎo)彈防御傳感器更好地集成在一起，為作戰(zhàn)指揮官提供快速?zèng)Q策所需的基礎(chǔ)能力。它也將對(duì)美國(guó)國(guó)防部未來(lái)用于支持作戰(zhàn)面向服務(wù)的體系架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、核心業(yè)務(wù)和原則、程序等主題具有啟發(fā)作用。

林肯實(shí)驗(yàn)室認(rèn)為，ESSA是推動(dòng)美國(guó)空間態(tài)勢(shì)感知進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)中心化領(lǐng)域并加強(qiáng)相關(guān)能力建設(shè)的重要工具。美軍通過(guò)ESSA方案技術(shù)演示，集成了不同任務(wù)領(lǐng)域的技術(shù)，特別是將空間監(jiān)視網(wǎng)與導(dǎo)彈防御的傳感器更好地集成在一起，從而為克服作戰(zhàn)指揮官的“空間態(tài)勢(shì)感知缺陷”，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速?zèng)Q策提供了基礎(chǔ)。

服務(wù)于2020年快速響應(yīng)空間態(tài)勢(shì)感知

為了達(dá)成規(guī)劃中的2020年快速響應(yīng)空間態(tài)勢(shì)感知，實(shí)施部署ESSA是其中的一個(gè)重要組成部分，是空間態(tài)勢(shì)感知指揮控制向快速響應(yīng)轉(zhuǎn)型的重要步驟。

依據(jù)美國(guó)空軍戰(zhàn)爭(zhēng)學(xué)院戰(zhàn)略與技術(shù)中心2007年提出的2020年前美國(guó)空間態(tài)勢(shì)感知能力建設(shè)設(shè)想，要達(dá)成2020年的快速響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中心性，空間態(tài)勢(shì)感知網(wǎng)絡(luò)的首要工作是確保物理域的成功。

物理域包括：聯(lián)合太空作戰(zhàn)中心是主要的空間指揮和控制節(jié)點(diǎn)，其職員必須將空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)整合進(jìn)單一合成太空?qǐng)D（SISP）。美國(guó)空軍航天司令部（AFSPC）必須與所有的兼用和可用傳感器簽訂協(xié)議，使其能夠接受任務(wù)分配。其次，眾多專用、兼用和可用傳感器（空間監(jiān)視網(wǎng)、導(dǎo)彈防御局、情報(bào)界、民用、商用等）必須裝配“跨斗”并連接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)，地面站點(diǎn)和關(guān)鍵的指揮控制節(jié)點(diǎn)必須連接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)向傳感器分配任務(wù)，傳感器通過(guò)“跨斗”將數(shù)據(jù)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)通過(guò)一個(gè)多級(jí)的安全使能體系結(jié)構(gòu)向所有用戶分發(fā)數(shù)據(jù)。

第二步是創(chuàng)建信息域。網(wǎng)絡(luò)中心性確保所有的節(jié)點(diǎn)能夠平等訪問(wèn)數(shù)據(jù)。該域由眾多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備、數(shù)據(jù)挖掘和多級(jí)數(shù)據(jù)融合任務(wù)組成，以履行改變探測(cè)、交叉關(guān)聯(lián)事件、構(gòu)建空間物體文件夾、歸檔歷史數(shù)據(jù)職能。網(wǎng)絡(luò)必須使用各種決策支持算法以最適宜的方式表達(dá)數(shù)據(jù)，避免操作員數(shù)據(jù)過(guò)載。此外，必須建立離線的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，歸檔歷史數(shù)據(jù)，并用于試驗(yàn)新的融合和決策支持工具。

最后，認(rèn)知域的職能是履行兩種完全不同的操作模式：例行操作模式和自主模式。例行操作模式包括每天的日常操作以維持編目，并確保所有的事情都按部就班地進(jìn)行。兼用和可用傳感器將進(jìn)行日常編目維護(hù)，并將測(cè)量數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)比較，據(jù)此調(diào)整探測(cè)。環(huán)境監(jiān)測(cè)（EM）傳感器將為異常分解過(guò)程提供關(guān)于天氣事件的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)。同時(shí)，專用和情報(bào)體系（IC）傳感器則用來(lái)收集數(shù)據(jù)，以跟蹤并表征高度感興趣的物體。聯(lián)合空間作戰(zhàn)中心的操作員保持對(duì)網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)，把任務(wù)按優(yōu)先順序排列，為數(shù)據(jù)收集做出任務(wù)規(guī)劃，并使用決策支持算法來(lái)分析態(tài)勢(shì)，并對(duì)例行事件做出響應(yīng)。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)探測(cè)到事件異常，它將自動(dòng)接管并切換到自主模式。接受任務(wù)指派的兼用和可用傳感器將繼續(xù)維護(hù)編目。期間，網(wǎng)絡(luò)自主進(jìn)行近期傳感器數(shù)據(jù)的多級(jí)融合和歷史數(shù)據(jù)比較，提醒專用和IC傳感器去獲取更多的信息，并重復(fù)迭代此過(guò)程，直至獲得對(duì)此次事件或異常最準(zhǔn)確的描述。當(dāng)出現(xiàn)這種反復(fù)迭代程序，相關(guān)物體文件夾的滾動(dòng)更新的狀態(tài)信息和相關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到聯(lián)合空間作戰(zhàn)中心、相關(guān)的地面站以及指揮控制節(jié)點(diǎn)。目標(biāo)是自主獲取和融合所必須的數(shù)據(jù)，以及時(shí)了解狀態(tài)信息，并采取防御或響應(yīng)動(dòng)作。自主模式將獲取必須的空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)，而操作員將保留駁回或加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)操作的權(quán)利，直至事件或異常獲得解決。

從以上建設(shè)和操作流程中不難發(fā)現(xiàn)，建立網(wǎng)絡(luò)中心的物理域和信息域都離不開(kāi)ESSA，利用面向服務(wù)的體系架構(gòu)和“跨斗”，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和服務(wù)的共享、數(shù)據(jù)的歸檔，并進(jìn)而利用各種算法自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的挖掘和融合，支持例行和自動(dòng)操作，使得對(duì)空間態(tài)勢(shì)進(jìn)行快速響應(yīng)成為可能。

在國(guó)際合作中的潛在應(yīng)用

美國(guó)當(dāng)前正在加強(qiáng)空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)共享國(guó)際合作，這可能促進(jìn)該體系結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用。

2011年，美國(guó)發(fā)表《美國(guó)國(guó)家安全空間戰(zhàn)略》，呼吁增加與其他國(guó)家在空間態(tài)勢(shì)感知方面的合作，以預(yù)防災(zāi)難、防止誤判和不信任。2012年上半年，美國(guó)先后與日本和加拿大就共享空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)展開(kāi)合作。至2016年9月，美國(guó)政府已經(jīng)與10余個(gè)國(guó)家、2個(gè)國(guó)際組織和50多個(gè)商業(yè)航天公司簽訂了空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)共享協(xié)議。其中，美國(guó)與澳大利亞簽訂協(xié)議，將其雷達(dá)和光學(xué)設(shè)備部署在澳大利亞，兩國(guó)將根據(jù)各自優(yōu)先級(jí)共享必要的空間態(tài)勢(shì)感知數(shù)據(jù)。

美國(guó)與澳大利亞、日本、加拿大及其他國(guó)家之間的空間態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)共享，不知是否會(huì)采用這種松散耦合的體系結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。分析認(rèn)為，ESSA采用的松散耦合體系結(jié)構(gòu)比較適合幾個(gè)國(guó)家間的數(shù)據(jù)共享的狀況，因此有可能被采用。但是，ESSA的一個(gè)重要組成部分——傳感器“跨斗”，可能會(huì)具有較高的技術(shù)保密等級(jí)，不一定會(huì)被共享。從這個(gè)角度看，直接共享原始數(shù)據(jù)的可能性更高。當(dāng)然，也不排除其被共享的可能性。

4 結(jié)束語(yǔ)

ESSA利用面向服務(wù)的體系架構(gòu)，借助其按需服務(wù)、動(dòng)態(tài)組合和自主運(yùn)行的特性，通過(guò)“跨斗”實(shí)現(xiàn)多種傳感器的聯(lián)網(wǎng)和一體化，借助網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和服務(wù)的實(shí)時(shí)共享，這種結(jié)構(gòu)便于實(shí)現(xiàn)成熟組件的按需重用和“即插即用”，也便于利用商用/政府現(xiàn)貨進(jìn)行升級(jí)，提高軟件的開(kāi)發(fā)效率和系統(tǒng)的多任務(wù)支持能力。在這樣的系統(tǒng)中，可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要靈活調(diào)整業(yè)務(wù)應(yīng)用程序，以適應(yīng)不斷變化的環(huán)境?；诰W(wǎng)絡(luò)中心、模塊化和可擴(kuò)展理念構(gòu)建的體系結(jié)構(gòu)，更好地提高了數(shù)據(jù)共享的時(shí)效性，為實(shí)時(shí)決策提供了支持。歐洲航天局（ESA）也選擇基于面向服務(wù)的體系架構(gòu)構(gòu)建歐洲空間態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)，因此，這一趨勢(shì)值得我們關(guān)注。

林肯實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)ESSA整合資源再次提醒我們頂層設(shè)計(jì)的重要性和整合數(shù)據(jù)資源的重要性。網(wǎng)絡(luò)中心企業(yè)服務(wù)軟件和“跨斗”都是既有產(chǎn)品，各個(gè)傳感器、系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及服務(wù)也都是現(xiàn)成的，通過(guò)良好的頂層設(shè)計(jì)，利用統(tǒng)一的架構(gòu)及規(guī)范，以及強(qiáng)制實(shí)施力，可以有效地將相關(guān)數(shù)據(jù)與服務(wù)資源整合，發(fā)揮更大的效用。而由標(biāo)準(zhǔn)硬件和商用現(xiàn)貨配置的模塊化“跨斗”設(shè)計(jì)，非常便于整合已有資源，傳感器和數(shù)據(jù)庫(kù)只需加裝“跨斗”，即可接入體系。

總之，為便于跨國(guó)、跨部門的信息與服務(wù)共享，美國(guó)以已有探測(cè)設(shè)備（傳感器節(jié)點(diǎn)）為基礎(chǔ)，以規(guī)范服務(wù)（空間態(tài)勢(shì)感知服務(wù)項(xiàng)目）為目標(biāo)，以服務(wù)端接口標(biāo)準(zhǔn)化（“跨斗”）為抓手，形成了一種訪問(wèn)集中控制的分布式數(shù)據(jù)管理、處理與服務(wù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)便于快速集成已有資源，便于參與各方分頭組織實(shí)施，是一種比較簡(jiǎn)便易行的信息資源整合方案，值得我們借鑒。當(dāng)然，要實(shí)施這樣一種方案，必須得到相關(guān)參與方管理層面的大力支持。因此，如何在管理層面形成有效的協(xié)同機(jī)制也值得我們深思。

陸征/本文編輯