天基信息網絡系統標準體系構建研究

金曉晨 錢玉巖 郭晉媛

（1北京空間科技信息研究所，北京100086；2戰略支援部隊航天系統部，北京，100120）

天基信息網絡系統標準體系構建研究

金曉晨1錢玉巖2郭晉媛1

（1北京空間科技信息研究所，北京100086；2戰略支援部隊航天系統部，北京，100120）

天基信息網絡系統；技術體系；標準體系。

天基信息網絡系統包括天基信息獲取系統、天基信息傳輸系統和天基時空基準系統在內的天基信息系統及相關的地面系統，該系統因其能提供天基信息獲取、天基信息傳輸、時空基準等天基信息服務而在作戰應用中起著重要的作用。提升天基信息系統內部及其與各地面系統間的互連、互通和互操作性 （“三互”）是天基信息網絡系統提供高效優質的天基信息服務的關鍵。

隨著各軍兵種對天基信息網絡系統生成、傳輸、處理、分發的天基信息的需求日益迫切，對天基信息服務的要求日益提高，當前急需制定一套天基信息網絡系統標準體系，以解決天基系統內部及其與各地面系統的 “三互”問題，促進天基信息在各信息系統間的無縫流動，提升作戰效能。

1 天基信息網絡系統技術分析

天基信息網絡系統是由攜帶各類有效載荷的航天器及相應的運行控制系統和應用系統構成的可接入陸基、海基和空基多源信息及其他信息化對抗系統的綜合網絡系統。它按照信息資源最大綜合利用原則，以航天器平臺為樞紐，采用集中和分布式相結合方式，通過互連、互通和信息交換，不間斷、實時、安全可靠地進行信息獲取、處理與提升，實現信息傳輸與分發、導航定位及信息對抗等功能。

技術體系設計是標準體系建設的輸入，開展天基信息網絡系統技術體系設計時運用信息系統體系結構視圖的理念，從4個維度 （系統視圖、服務視圖、運行視圖和技術視圖）描述并分析天基信息網絡系統，明確天基信息網絡系統的基本構成、提供的服務類型、支持作戰應用涉及的信息流和接口、技術參考模型和技術體系結構。在此基礎上開展天基信息網絡系統標準需求分析，最后進行標準體系框架的設計。

1.1 系統視圖——天基信息網絡系統構建

天基信息網絡系統為作戰提供各類天基信息服務，具體需要天基信息獲取系統、天基信息傳輸系統和天基時空基準系統構成的天基信息系統以及相關地面系統相互配合、共同完成。其中，天基信息系統由以下系統構成。

“天基信息獲取系統”是由以衛星為主的航天器、地面站及相關設備組成，用于從外層空間發現、識別和監視地表、空中及外層空間的目標，獲取目標和環境信息的系統。[1]

“天基信息傳輸系統”是以衛星為主的航天器作為中繼、交換站，將信源信息傳遞到信宿的系統。[1]

“天基時空基準系統”是以航天器為平臺，能為陸地、海洋、空中、外層空間用戶提供時間和空間基準的系統。[1]

將天基信息系統與相關地面系統看成是一體化的網絡系統，構建涵蓋天上3個系統和地面系統的天基信息網絡系統，其系統視圖如圖1所示。天基信息網絡系統包括了預警、測繪、氣象等遙感衛星以及地面的信息接收、處理和分發系統，通信、中繼等各類衛星以及地面應用終端系統，導航衛星與地面應用終端系統以及地面測控和運控系統、指揮控制與作戰系統。

1.2 服務視圖——天基信息網絡系統服務分析

服務視圖是以天基信息網絡系統的組成、基本功能、提供的天基信息類型為輸入，分析天基信息網絡系統為作戰應用提供的服務類型。

信息獲取服務：包括情報信息獲取以及保障信息獲取，例如海洋監視、戰場環境監測、測繪、氣象、預警等。可為作戰支援保障、指揮控制以及打擊效果評估等提供信息支持。

信息傳輸服務：指對作戰應用網絡的各組成部分 （包括單兵、指揮機構、武器平臺）提供信息傳輸與分發服務。

時空基準服務：指對作戰應用網絡的各組成部分 （包括單兵、指揮機構、武器平臺）提供時間基準和定位服務。

運行控制服務：指對天基信息系統的健康運行進行測控，以及對系統的運行進行調度和控制。

信息安全服務：指對天基信息的安全管理和控制，以保障服務的安全性。

1.3 運行視圖——天基信息支持作戰應用的信息流與接口分析

以天基信息網絡系統提供的服務為核心，開展天基信息網絡系統支持作戰應用的信息流和信息接口分析，構建天基信息支持作戰應用的運行視圖 （如圖2所示），為標準體系的設計提出需求所在。運行視圖共涉及18類信息流，具體信息流和接口節點見表1。

表1 信息流與接口節點

1.4 技術視圖——技術體系結構設計

1.4.1 技術參考模型設計

參照計算機系統的開放式計算參考模型及美國聯合技術體系結構 （JTA）[2]中的技術參考模型（TRM），提出一種用于天基信息網絡系統的技術參考模型，如圖3所示。

該模型將提供信息服務的天基信息系統、地面系統和終端看成是一個信息系統，從信息的角度實現 “三互”。該模型主要是從用戶的角度考慮與支持作戰應用相關的信息的 “三互”，而不是天基信息系統內部研制的信息 “三互”。需要進行標準化設計的方面主要是：服務層中各服務的接口、各服務涉及的信息互操作、與服務相關的天基信息系統與地面系統和終端的信息互連、互通，這也是開展技術體系及標準體系設計的主要方面。

1.4.2 技術體系結構設計

技術體系結構是進行標準規劃的框架和標準體系設計的依據。天基信息網絡系統標準規劃和設計需要根據技術體系結構，通過分析作戰應用中涉及到的天基信息技術，圍繞天基信息網絡系統為作戰應用提供的各項服務，分析各項服務中涉及的信息 “三互”方面技術要素，重點關注可用標準化方式實現的信息 “三互”技術，在技術分析的基礎上，提出天基信息網絡系統技術體系結構，如圖4所示。

該技術體系結構參考了JTA的分層模式，分為3個層次：核心層、域和子域。 “核心層”是天基信息網絡系統的頂層通用要求 （即總體要求），主要是電子信息技術體系結構中的基礎通用要求；“域”是天基信息網絡系統內外部的信息接口、天基信息系統運行控制、天基信息網絡系統管理、天基信息安全等方面的共性要求； “子域”是天基信息網絡系統提供的信息獲取服務、信息傳輸服務、時空基準服務各自需循序的信息 “三互”專用要求。

2 天基信息網絡系統標準需求分析

圍繞天基信息網絡系統運行視圖中的各類信息流，開展標準需求分析 （見表2），在需求分析的基礎上設計標準體系框架。

表2 標準需求分析表

3 天基信息網絡系統標準體系框架設計

3.1 標準體系構建原則

天基信息網絡系統標準體系不同于常規的標準體系。該標準體系不是針對某個工程系統或系統產品構建的完整的標準體系，而是圍繞支持作戰應用的天基信息網絡系統在信息 “三互”方面的技術點和問題開展的標準梳理；該標準體系不是天基信息網絡系統標準的全集，而是涉及天基信息 “三互”的標準集合；該標準體系不是面向規劃的標準體系，而是面向應用的標準體系；該體系中的標準是為基于天基信息網絡系統的作戰應用提供各類天基信息服務所必須執行的標準集。該標準體系的構建原則如下。

a）系統開放。標準體系覆蓋應執行的國家層面的通用要求、天基信息網絡系統的共性要求、相關子系統的專用要求，形成 “通用標準+共性標準+專用標準”的系統集合，并且標準體系具有開放性，需納入國家關于軍事信息系統建設的總體要求。

b）相互協調。標準體系中的標準項目之間相互協調、不重復、不矛盾。

c）突出信息技術。該標準體系僅是信息技術的標準體系，不涵蓋管理要求、系統研制要求。

d）動態變化。標準體系中的項目需隨著國家軍事信息技術總體要求、天基系統的技術發展規劃而不斷調整和優化。

e）適度先進。標準體系建設考慮現有、在研、預研以及國家已明確的天基系統和軍事信息系統的規劃，具有一定的先進性。

3.2 標準體系范圍

天基信息網絡系統標準不是軍事信息技術標準的集合，而是在天基信息網絡系統支持下，能夠滿足作戰應用要求的信息技術和接口標準的最小集合。標準體系覆蓋天基信息獲取系統、天基信息傳輸系統、天基時空基準系統等參與作戰應用所必需的 “三互”技術標準，以及支持天基系統穩定運行和服務的信息技術標準。

3.3 標準體系框架構建

天基信息網絡系統標準體系設計實現的過程，是將天基信息網絡系統技術體系結構的要求映射到標準，形成標準體系的結構框架。天基信息網絡系統標準體系框架如圖5所示。

框架采用JTA的分層構建模式。 “頂層”（核心層）為通用標準 （即總體要求標準），是電子信息系統通用要求標準，天基信息網絡系統作為全軍電子信息系統一部分，也需要執行其中的通用基礎標準。 “系統層” （域）為共用標準，是天基信息網絡系統的系統層面需要執行的相關標準，主要是系統的內外接口標準、系統運行控制標準、網絡系統管理標準、信息安全標準。“子系統層” （子域）為專用標準，是構成天基信息網絡系統的各子系統，包括天基信息獲取系統、天基信息傳輸系統、天基時空基準系統以及相關的地面系統須遵循的信息技術和信息接口標準，根據各子系統信息 “三互”要求進行規劃。

3.4 天基信息網絡系統標準規劃

3.4.1 核心層標準

核心層標準是國家層面對電子信息技術體系的總體要求標準。3.4.2 域標準

3.4.2.1 接口標準

接口標準劃分為天基任務指令標準、星間鏈路標準、衛星測控與數傳鏈路標準。

“天基系統任務指令標準”是為作戰應用中的指控系統提供服務時需考慮服務需求信息的描述與規定，包括數據結構標準、需求信息交換標準和服務規程標準。數據結構用于規定服務需求的信息要素及其表達方法。信息交換用于規定在指控系統與天基系統之間交換信息所需遵循的協議和接口規定。服務規程用于規定指控系統與天基系統之間交換服務需求信息所進行的申請、響應，反饋，異常情況處理等流程。

“星間鏈路標準”是實現衛星間直接通信的標準，涉及遙感衛星與中繼衛星間的星間鏈路、通信衛星組網、導航衛星組網等星間鏈路，劃分為射頻與調制標準、信道編碼與同步標準、數據鏈路協議標準、網絡層協議標準及傳輸層協議標準。

“衛星測控與數傳鏈路標準”是實現衛星與地面測控系統之間測控信息傳輸方面的標準，涉及衛星直接對地傳輸和通過中繼衛星對地傳輸，劃分為射頻與調制標準、信道編碼與同步標準、數據鏈路協議標準。

3.4.2.2 運行控制服務標準

運行控制服務標準分為兩部分：衛星操作管理及任務調度標準、軌道測量與控制標準。

“衛星操作管理及任務調度標準”是對衛星平臺、衛星有效載荷進行操作控制等方面的標準，劃分為衛星遙測遙控信息交換標準、衛星平臺通用操作業務標準、衛星有效載荷操作業務標準。

對作戰提供信息支持，需要進行有效載荷任務規劃，進行必要的軌道機動，并獲取在軌準確信息。對衛星進行精密定軌是完成上述任務的前提，為此需要對衛星軌道進行測量。“軌道測量與控制標準”分為：軌道測量、軌道確定和軌道控制。

3.4.2.3 信息安全服務標準

安全服務標準主要是天基信息安全方面的標準，包括安全協議、加密算法、認證算法以及密鑰管理等方面的標準。

3.4.2.4 網絡管理標準

天基信息網絡管理標準涉及包括網絡管理協議、管理信息庫以及管理策略。其管理范圍既涉及天基節點，也涉及地面支持系統。

3.4.3 子域標準

3.4.3.1 信息獲取服務標準

信息獲取服務標準按照信息獲取、傳輸、處理、分發、應用的信息流，分為4個方面：信息星上處理標準、信息地面處理標準、信息分發及應用標準、信息融合處理與分析標準。

“信息星上處理標準”主要是遙感衛星獲取信息后的星上預處理技術與信息格式要求方面的標準，包括星上數據壓縮標準和星上通用處理標準。

“信息地面處理標準”是指為了對作戰提供信息支持，對有效載荷獲取的遙感信息進行各類處理的技術標準，包括數據壓縮標準、通用產品處理標準 （對天基獲取數據進行預處理得到基礎數據產品）、專業處理標準 （在通用處理的基礎上，根據具體任務需求生產高級信息產品）、數據產品質量評價標準。

“信息分發及應用標準”主要是天基信息生成的數據產品的要求，主要包括數據產品的分級分類、各類信息的格式、數據的歸檔和數據的分發。

“信息融合處理與分析標準”是天基信息與其他方式獲取的信息融合處理及信息情報的自動化分析與識別標準，包括信息融合處理標準、情報判讀與解譯標準。

3.4.3.2 信息傳輸服務標準

信息傳輸服務標準按照為作戰提供信息傳輸服務的各環節，分為4部分：衛星通信協議標準、天基數據鏈標準、與終端接口標準、與地面網絡接口標準。

“衛星通信協議標準”是衛星提供通信服務的協議接口標準，包括寬帶通信協議標準和窄帶通信協議標準。

“天基數據鏈標準”是為實現天基數據鏈的“三互”，需要統一天基數據鏈的消息格式、終端要求、應用要求、接入要求、傳輸與組網、人機接口、操作規程等方面的標準。

“與終端接口標準”主要是通信衛星與各類地球站的接口協議標準，包括射頻接口和中頻接口標準。按地球站的類別進行子體系的劃分，分為3個方面的標準：與固定地球站接口、與移動地球站接口、與便攜式地球站接口。

“與地面網絡接口標準”是通信地球站與其他信息傳輸網相關節點設備之間的接口標準，包括物理層、數據鏈路層、網絡層及傳輸層的通信協議內容。

3.4.3.3 時空基準服務標準

時空基準服務標準主要是導航衛星為作戰指揮系統提供時間、空間位置信息服務以及為武器系統提供衛星信息服務方面的標準，按照信息流分為：衛星導航接口規范、衛星導航性能規范、衛星導航終端數據格式與接口協議標準。

“衛星導航接口規范”主要涉及空間段的導航衛星，包括ICD（接口控制文件）文件以及導航、授時、通信等協議。

“衛星導航性能規范”主要涉及導航系統整體性能，包括4類服務要求：廣域差分、電離層模型、精密星歷、標準時間。

“衛星導航終端數據格式與接口協議標準”主要涉及地面段的搭載在各平臺上的導航終端設備，包括各類終端產生的差分數據、通用數據、導航定位數據、授權信息、關鍵模塊信息等數據信息的格式、傳輸協議、交換協議以及包括組合導航（北斗/INS組合導航）接口在內的接口規范。

4 標準演示驗證方案研究

建立標準體系后，為驗證標準的有效性、標準項目設置的合理性和覆蓋性，開展了基于天基信息網絡系統的作戰系統設計。在此基礎上，制定了天基信息技術標準演示驗證系統方案，提出一個典型作戰下的天基信息網絡系統標準的演示驗證實例。

方案以反導作戰為案例，主要作戰流程：反導指揮中心根據上級命令下達反導預警任務→空間預警衛星的星載探測器根據任務指令進行掃描探測以捕獲導彈尾焰輻射信息→當發現可疑目標時，調用凝視相機進行精確跟蹤，并實時將數據直接或通過通信衛星網絡傳輸到預警衛星運控系統→預警衛星運控系統根據測量參數對目標進行識別判斷，生成多級情報數據和實時戰場態勢→反導指揮中心根據戰場態勢下達作戰計劃→預警衛星運控系統根據作戰計劃制定相應的情報分發策略→對遠程預警雷達以及反導攔截系統等進行引導，從而完成早期預警和反導攔截的目的。

反導作戰行動的演示驗證方案主要驗證接口標準、運行控制服務標準、信息獲取服務標準、信息傳輸服務標準、時空基準服務標準等域和子域的標準，暫未對信息安全服務標準和網絡管理標準這兩個域標準進行驗證。通過此方案，從反導作戰行動中的各信息鏈路的流暢性及參與反導作戰行動的涉及天基信息的各系統間的 “三互”方面，能夠驗證天基信息網絡系統標準的有效性、標準項目設置的合理性和覆蓋性，進而證明天基信息網絡系統標準體系設計的正確性。

天基信息網絡系統標準體系以天基信息網絡系統提供的服務為劃分原則，以提升天基信息在各信息系統中 “三互”為目標。該標準體系的構建為天基信息網絡系統提供高質量的符合用戶需求的天基信息服務奠定堅實基礎。同時，隨著航天技術的快速發展及用戶需求的不斷變化，天基信息網絡系統標準體系也應及時開展動態維護和同步更新以適應新技術和新需求。

［1］管清波，馮書興.天基信息服務體系與作戰應用 ［M］.北京：國防工業出版社，2014.

［2］ DoD USA.Joint Technical Architecture，Version 6.0.O.2003-10.

文 摘：天基信息網絡系統是由攜帶各類有效載荷的航天器以及相應的運行控制系統與應用系統構成的綜合網絡系統，提供各類天基信息服務。為提升系統內部及其與各地面系統間的互連、互通和互操作性，從系統視圖、服務視圖、運行視圖和技術視圖等4個維度進行技術分析，在此基礎上構建天基信息網絡系統標準體系，并提出標準演示驗證方案，以驗證天基信息網絡系統標準體系設計的正確性。

金曉晨 （1987年—），男，碩士研究生，工程師，現從事航天標準化管理與研究工作。