我国天地一体化综合信息网络构想

●　文|中国卫通集团有限公司　航天恒星科技有限公司　闵士权

●　文|中国空间技术研究院国际业务部　陈建军　张轶男北京空间科技信息研究所　郑永杰



我国天地一体化综合信息网络构想

●文|中国卫通集团有限公司航天恒星科技有限公司闵士权

一、引言

天基信息网络也叫天基信息系统，它是彼此独立或相关的卫星通信系统、卫星遥感系统、卫星导航系统、载人航天系统、空间物理探测系统、空间天文观测系统、月球和行星深空探测系统以及多种功能的临近空间飞行器系统等各种空间信息系统的总称。

天基信息网络中卫星通信系统、卫星遥感系统和卫星导航系统统称为卫星应用系统。天地一体化信息网络通常就是指这三大应用系统形成的网络。

天地一体化信息网络的天地一体化含义通常有两种：一种是单个天基网（如卫星通信网）与地基网（如地面通信网）通过信息或业务融合、设备综合或网络互联互通方式构成的天地一体化信息网络；另一种是单个天基网（如卫星通信网）自身的空间段（如通信卫星）与地面段（如各种通信地球站组成的应用系统）通过星地链路构成的天地一体化信息网络。我们可称前者为大天地一体化信息网络，后者为小天地一体化信息网络。

天地一体化信息网络的信息网络含义通常也有两种：一种是广义天地一体化信息网络，它至少包含通信、遥感、导航三大天地一体化信息网络中任意二种，且其间有一定程度综合或融合；另一种是窄义天地一体化信息网络，它只是通信、遥感、导航三大天地一体化信息网络中任一种信息网络。

本文提出构造的我国天地一体化综合信息网络其一体化包含了大天地一体化和小天地一体化，其信息网络包含了广义信息网络和窄义信息网络。具体地讲其纵向网络包含了通信、遥感、导航三大网络各自的大天地一体化和小天地一体化，其横向网络包含了通信、遥感、导航三大网络空间段的综合和用户段的综合，因此，称为天地一体化综合信息网络或天地一体化综合信息网。

二、我国天地一体化综合信息网络设计思想

1．设计目标

本文提出的我国天地一体化综合信息网络是构造一个由我国自主管控的全球覆盖的天地一体化综合信息网络。此网络要实现如下目标：

1）天地一体化通信信息网络实现目标：任何人（Anyone）在任何时间（Anytime）任何地点（Anywhere）可与任何人（Anyone）进行任何业务（Anything）通信。

2）天地一体化遥感信息网络实现目标：任何人（Anyone）在任何时间（Anytime）任何地点（Anywhere）可及时获取何时（When）何地（Where）何种目标（What object)发生何种变化（What change）的信息。

3）天地一体化导航信息网络实现目标：任何人（Anyone）在任何时间（Anytime）任何地点（Anywhere）可获取自己和相关人所在地点（Where）和时间（When）信息。

4）天地一体化通信、遥感、导航综合信息网络实现总目标：任何人在任何时间任何地点：①可与任何人进行任何业务通信；②可及时获取何时何地何种目标发生何种变化的信息；③可获取自己和相关人所在地点和时间信息。

2.设计思路

依据上述设计目标其设计思路如下：

1）采用GEO和NGEO组成的通信卫星星座、遥感卫星星座和导航卫星星座，实施全球全时覆盖空间层各种航天器、临近空间层各种飞行器、地面层各种用户终端和相关地面设施，通过星间链路、星地链路和地面线路组成天基信息网络，并与以互联网为代表的各种地面信息网组成的地基信息网络通过信息或业务融合、设备综合和网络互联互通等多种方式组成一个全球覆盖天地一体化综合信息网络。

2）在国外不设地球站的情况下可实现：国内测控站实时测控网内全球运行的各种飞行器；国内遥感站实时接收网内全球运行的各种遥感卫星发送的信息；国内关口站直接管理网内在全球活动的各种用户终端之间的通信。

3）充分利用国内外现有和正在研发的与本项目相关的各种科技研究成果，特别是近年来，国内相关院校和企事业单位进行广泛研究所取得成果。此外，应尽可能与我国各种规划中建设的相关项目进行互动、衔接和融合。

4）先简后繁，循序渐进，分步实施。先地面仿真试验，后天上运行试验，逐步过渡到应用。系统要有可扩展性，后续系统要与前系统兼容。

3．设计准则

依据上述设计目标和设计思路，我国天地一体化综合信息网络的设计准则如下：

1）全球化：即服务区实现全球全时全气候覆盖地面层（含海、陆、空）各种用户地球站（用户终端）、临近空间层各种用户飞行器、空间层各种用户航天器三层用户。

2）网络化：各种飞行器和各种地球站主要依靠星间链路、星地链路和国内地面线路组成天基综合信息网络。

3）智能化：为应对庞大和复杂的天基网络，全网运行和管理必须具备高度的自主运行和管理能力。

4）标准化：统一的标准和规范是天地一体化综合信息网络各系统实现互联互通和资源共享的前提和条件。

三、我国天地一体化卫星通信网络[1~5]

1．天地一体化全球覆盖卫星通信网络类型

（1）天地一体化“天星地网”式网络

当前，国外全球覆盖的天地一体化卫星通信网络主要是采用“天星地网”的方式来构造，各种卫星之间的互联互通主要在地面网络完成。如静止轨道的国际通信卫星（Intelsat）和国际海事卫星（Inmarsat）通信网络，低轨道的美国的全球星（Globalstar）卫星通信网络和轨道通信（Orbcomm）卫星通信网络。

（2）天地一体化“天网地站”式网络

国外全球覆盖的天地一体化卫星通信网络中，也有采用“天网地站”式网络。在这种网络中，每颗卫星都是一个具有星上处理能力的网络交换器或者路由器，且存在星间链路。此星间链路具备网络路由能力，空间段在星间链路的协助下具备网络层功能。这种网络特点是不需要在本地关口站或者地面网络支持下，通过星间链路可实现不同卫星覆盖区各个用户终端之间通信。这种系统如美国的静止轨道的军事星（Milstar）通信系统和低轨道的铱（Iridium）卫星通信系统。

2．空间段

实现任何人在任何时间任何地点可与任何人进行任何业务通信设计目标的空间段方案有多种。本方案采用“天网地站”一体化方案，且天网由双层网络组成。它分别由静止轨道（GEO）通信卫星星座(包括3~4颗等间隔分布的卫星)和低轨道（LEO）通信卫星星座(包括数十颗卫星)组成。两层不同高度的星座共同组成一个立体交叉、优势互补、互联互通的双层星座网络，见图1（图中未画星间链路）。图中为了便于讨论，假设低轨道星座采用极地圆轨道星座。在此网络中，GEO卫星既作为骨干网网络交换节点，也作为用户接入点；LEO卫星主要作为具有交换功能的用户接入点。骨干网卫星对接入网卫星承担系统的路由并实施动态管理。这种星座优点可利用国内测控和管理站通过GEO卫星全球全时监控和管理LEO卫星星座所有卫星，无需国外设站。

图1　GEO／LEO双层星座网络示意图

（1）静止轨道星座

静止轨道卫星星座由沿地球赤道上空等间距分布的3~4颗静止轨道卫星组成，卫星间设有星间链路。该星座作全球覆盖低轨通信卫星星座的骨干网，兼作空间段用户航天器、临近空间飞行器和地面层海陆空用户终端接入网。在地面段相应设施配合下该星座承担如下任务：

1）作全球覆盖的跟踪与数据中继卫星星座，对全球中低轨道航天器和临近空间飞行器进行跟踪、测控，并提供数据传输、处理和分发服务。

2）作全球覆盖的宽带多媒体卫星星座，对全球特定地区（常态覆盖）和突发事件地区（机动覆盖）提供宽带多媒体通信业务。

3）作全球覆盖的应急通信等相关信息广播系统。

4）作全球导航卫星增强系统的天基传输系统星座，承担我国北斗卫星导航增强系统生成的完好信息和误差修正信息向全球传输和分发任务。

5）通过星间链路对低轨通信卫星星座实施通信业务管理。

6）视需要还可考虑通过星间链路对低轨通信卫星星座进行测控服务。

由上述众多业务可以看出，此星座卫星将发挥天基信息港（空间信息港）作用。为实施上述众多业务，如单颗静止轨道大平台难以承载多用途有效载荷，可分装于2颗或多颗卫星（组成卫星簇）上，并在同一轨道位置运行。

（2）低轨道星座

为了便于讨论，假设本天地一体化信息网的低轨道星座类似于极地圆轨道铱星星座，各卫星之间设有星间链路，覆盖全球（含南北两极）。在国内地球站管理下，地球上任意两地用户终端可不通过国外地面关口站和地面网络中转直接通过星间链路进行通信。此低轨星座承担移动宽带多媒体业务的双向传输，并与地面移动通信3G、4G或5G业务融合。低轨星座按一定的方法将星座分组，每个组按一定的选取法从其中选取一颗卫星为组长，它既管理组内卫星，又与静止轨道卫星联系接受其管理。

3．用户段

用户段包括空间用户和地面用户。

（1）空间用户

空间层用户航天器至少有下述四类空间层航天器可作为本天地一体化通信网络的用户航天器。

1）凡是轨道位置在我国内地球站视距以外需测控监视的静止轨道航天器。

2）凡是飞行在我国内地球站视距以外有数据实时传输要求的非静止轨道航天器。

3）凡是飞行在我国内地球站视距以外需全时监视的各种轨道航天器。

4）凡是飞行在我国内地球站视距以外有事件应急处理要求的各种轨道航天器。

这些用户航天器包括不同轨道和用途的单星、星座和编队飞行的小卫星子网，以及载人飞船、空间站等有人航天器。

临近空间层用户飞行器：凡是空间位置在我国内地球站视距以外需测控、数据传输、全时监视和事件应急处理任一种要求的各种临近空间飞行器都是本天地一体化通信网络的用户飞行器。

（2）地面用户

各种用户站（亦称用户终端）有机载终端、船载终端、车载终端、手持终端、便携终端和固定终端等多种。还有供物联网用的数据采集终端，有微小终端、固定终端、移动终端、手持终端、抛撒终端等。

四、我国天地一体化卫星遥感网络

1. 对天地一体化智能卫星遥感要求[6-11]

天地一体化卫星遥感网络设计目标是任何人在任何时间任何地点可及时获取何时何地何种目标发生何种变化的信息。实现这一目标的卫星遥感网络空间段是智能化遥感卫星（Intelligent Earth Observing Satellites，IEOS）星座，由此星座与相应地面应用系统组成天地一体化智能卫星遥感网络。近年来它是天地一体化遥感网络研究的热点。

（1）功能要求

为实现天地一体化遥感网络设计目标，对智能化卫星遥感网络要求如下：信源多样化，应包含可见光、红外、高光谱和微波等多种信源；遥感信息的获取实现全球化、全时化、实时化；遥感信息加工与处理实现自动化、定量化、实时化；遥感信息管理和分发网格化；遥感信息服务灵性化和大众化；信息服务（在导航、通信支持下）终端多样化，应包括地面、空中和太空中多种终端，其中地面包括车载、船载等移动终端，还包括手机、掌上宝、便携机、台式机、电视机等个人和家用终端。

（2）产品要求

不同应用领域的用户对遥感信息有不同需求，但目前提供给用户的数据产品都为单纯的影像数据，不能满足不同用户需求。

按时效性分，可以将遥感的用户分为实时用户、准实时用户和离线用户。实时用户最关注数据的实效性，如在军事应用中，需要每半小时对战场现状和打击效果作出估价；在台风监测中，需要每小时对其预测路径做出修正。准实时用户，如各类灾害应急系统，需要在尽可能短的时间内了解灾害的范围、影响大小；如精细农业应用，每间隔1～3 天农民需要获知作物的长势，病虫害情况。离线用户，如土地利用、土地覆盖变化、地图测绘等用户只需获取各个季度、年份的影像即可满足需求。

按用户的专业性分，可以分为专业用户和非专业用户。专业用户一般有专业知识，可以利用专业知识对影像产品自己进行后续的处理，获得所需的信息，如地质找矿、地图制图等。非专业用户一般缺少遥感专业知识，他们所感兴趣并非影像本身，而是通过影像获得有关信息，如环境保护部门可以直接获取河流的污染、空气质量等情况。

从以上对遥感用户的分类可以看出，越来越多的遥感用户需要的不再是单纯的遥感影像，而是基于影像的增值数据产品；并要求将产品直接分发给不同类型的用户，以使各类用户在终端像选择电视节目一样通过简单的操作获取所需的数据。

2．天地一体化智能卫星遥感网络[6-11]

天地一体化智能卫星遥感网络体系架构如图2所示，图中高轨卫星即是本文的静止卫星。

智能化遥感卫星网络空间段采用双层卫星网络结构,网中所有卫星通过星间链路进行联系，协同工作。第一层由全球覆盖的低轨遥感卫星群组成，这些卫星轨道高度一般在300km 以上。它们被分成多个小组，同一个小组的卫星搭载不同的传感器协同工作。每一个小组有一颗卫星称为组长，负责同其他小组组长和第二层静止卫星（即图中高轨卫星）通过星间链路进行联系，管理协同小组中的其他卫星。小组长作用相当于局域网的服务器，负责同外部网络通信并管理本局域网。

第二层由静止卫星组成。由于第一层所有卫星不可能同时为全球范围的用户提供服务，需要第二层卫星与第一层卫星小组长、用户以及地面系统操作中心和数据处理中心通过星间链路和星地链路进行联系，实施数据传输和测控管理。

通常状况下，系统的每颗低轨卫星利用各自搭载的传感器和在轨数据处理设备独立工作，在没有检测到数据变化的情况下不将数据传送给静止卫星、用户或地面测控与通信设施。一旦某颗卫星检测到变化（例如火灾），卫星自动调整角度和姿态，获取地物变化情况，同时，该卫星通知同小组的其他卫星，其他卫星同样自动调整获取数据。这样就可以获取变化前后的多角度、多传感器、多分辨率和多光谱数据。这些数据整合后由小组长根据不同的变化类型传给静止卫星，静止卫星进行压缩等后处理，然后通过星地链路，再传送到用户终端。同时，静止卫星还具备对数据的分析和解译能力，为用户提供增值数据产品，例如可以将预测灾害后的5天火灾蔓延的情况一并提供给用户。

此外，系统根据不同用户、不同变化为用户提供最需要的数据。例如监测森林火险时多光谱数据显然比全色影像更重要，战场打击效果的评估则相反。此外，系统也可以根据地面测控与通信设施或授权用户的指令改变数据提供的策略。

此智能化卫星遥感网络的主要特点有：数据在轨处理，可实现实时分发各类用户需求的增值数据产品；事件驱动的机制使用户可实时获取全球任何地区多角度、多分辨率、多波段数据；低轨星座采用的卫星是小卫星，系统扩展性强，新型传感器、数据处理设备能够即插即用。

五、我国天地一体化卫星导航网络

卫星导航系统作为高精度的空间位置和时间基准，能够直接为地球表面和近地空间的广大用户提供全天时、全天候、高精度的定位、导航和授时服务。本文的天地一体化导航信息网络的设计目标除了任何人在任何时间任何地点可获取自己所在地点和时间信息外还要求可获取相关人的地点和时间信息。

当今信息化时代，人们不再满足于知道“现在我在哪儿？”，还需要知道“现在别人在哪儿”，很多时候还要告诉别人“现在我在哪儿”，“我这儿发生了什么”。这就是位置报告业务（Position Reporting Service，PRS），所谓的位置报告就是将自己的位置信息和周围环境状况报告给与之相关的第三方。它被广泛地应用于抢险救灾、应急救援、交通运输、农业渔业、国防军事等诸多领域。这个要求一般地说不是全球现有四大卫星导航系统（美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的GALILEO和中国的北斗）依靠自身原有设计方案能解决，而是要修改设计，甚至要依靠卫星通信系统协同工作才能解决。

根据北斗卫星导航系统建设总体规划，2012年左右，北斗卫星导航系统首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。

按照计划建成现提供使用的北斗卫星导航系统是覆盖亚太地区的区域性覆盖系统。它采用无线电导航卫星业务（RNSS）与无线电测定卫星业务（RDSS）集成体制，既能像GPS、GLONASS、GALILEO系统一样，为用户提供卫星无线电导航和授时服务，又具有位置报告及短报文通信功能。也就是说它已具备了本文要求的导航、定位、授时和位置报告多种功能，只是尚未实现全球覆盖。

据有关资料，2020年计划建成的全球覆盖的北斗卫星导航系统将提供全球范围内的RNSS服务，在我国及周边地区提供RDSS、位置报告/短报文通信、星基增强、功率增强等服务[12]。为了实现在全球地区也能提供RDSS服务，该系统专家利用北斗卫星导航系统全球覆盖、星座组网互联互通的特点，正在进行实现全球地区提供位置报告和报文通信的可行性方案研究[13]。

系统由空间段、地面段和用户段三部分组成。空间段由5颗地球静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星（包括27颗MEO卫星和3颗IGSO卫星）组成，相关卫星间设有星间链路。地面段由主控站、注入站、监测站和建设中的地基增强系统等组成。用户段由各类北斗用户终端组成，北斗用户机具有兼容GPS、GLONASS、GALILEO的功能。

目前，北斗全球卫星导航系统研制工作正在按计划开展，通过采用优化卫星星座、星间链路、自主运行管理、高精度测量、高精度原子钟等技术，将使系统提供的服务精度、可用性、完好性和服务覆盖范围等功能和性能指标在区域覆盖卫星导航系统基础上进一步提高，正在向全球卫星导航系统迈进。

六、我国天地一体化卫星通信、遥感、导航三网综合

1．天地一体化卫星通信、遥感、导航三网空间段综合

由前面分析结果得知，卫星通信与卫星遥感空间段信息网络有相似性：都由GEO和LEO双重星座组成；各星之间通过星间链路互联；对GEO和LEO轨道覆盖特性要求基本相同，如图3所示。基于此特性可以研究进行卫星平台综合。

图3　通信与遥感空间段信息网络示意图

（1）通信静止卫星与遥感静止卫星平台综合

通信与遥感空间段信息网络对GEO卫星要求的数量和轨道位置基本相同，因此，通过精心设计通信与遥感GEO卫星就有可能做到同轨道位置或同平台。在GEO卫星平台可能情况下尽量做到这两种功能卫星共用卫星平台，即一星双用，一个平台装通信和遥感两种有效载荷。

（2）通信低轨卫星与遥感低轨卫星平台综合

通信与遥感LEO卫星星座对地覆盖要求都是全球无缝覆盖（含南北两极），因此，通过精心设计有可能做到这两种功能全部卫星或部分卫星采用相同星座，甚至全部卫星或部分卫星共用卫星平台，做到一个平台装通信和遥感两种有效载荷。

国外LEO卫星星座已有类似的例子，美国下一代Iridium卫星移动通系统除了提高其移动通信性能外，还计划搭载属卫星遥感业务的雷达测高仪、宽带辐射计、成像仪等传感器。

（3）通信卫星星座协同导航卫星星座构造星基增强系统

国外GPS等一些卫星导航系统通过GEO或LEO卫星通信系统已建立了或正在建立星基增强系统，以提高导航定位精度和增强卫星完好性预报能力。本天基网络的卫星通信网络中的LEO星座和GEO星座都可以作为北斗导航卫星系统的星基增强系统空间资源。我国已有学者提出了采用LEO星座和GEO星座对北斗导航卫星系统进行性能增强的方案设想[14]。

（4）通信卫星星座协同导航卫星星座构造星基位置报告系统

国外GPS等一些卫星导航系统通过GEO卫星通信系统（如Inmarsat卫星通信系统）或LEO卫星通信系统(如Iridium卫星通信系统)已建立了或正在建立星基位置报告系统，视需要也可考虑利用本天基网络的卫星通信网络中的LEO星座和GEO星座及其用户终端协同构造北斗导航卫星系统的位置报告系统[15]。

2．天地一体化卫星通信、遥感、导航三网用户段综合

用户终端的发展方向应是小型化、宽带化、智能化和综合化。除了发展通信用户、遥感用户和导航用户各种专业用户终端外，还可发展三网融合天地一体化的综合应用用户终端。后者应是多模式（卫星通信／地面通信、卫星导航定位／地面基站定位）、多业务（数据／话音／视频／宽带多媒体／因特网）、多功能（通信／导航定位授时和位置报告／遥感产品收视）一体化终端。还需说明，此综合应用用户终端所提供的信息不仅包含了天基网的卫星通信、卫星遥感和卫星导航诸网络的信息，还要尽可能包含本文后面所讲的地基网的通信、遥感和导航各系统或网络的信息。

使用三网融合天地一体化综合应用用户终端的任何人在任何时间任何地点可实现：①可与任何人进行任何业务通信；②可及时获取何时何地何种目标发生何种变化的信息；③可获取自己和相关人所在地点和时间信息。

七、我国天地一体化天基与地基信息网络

1．天地一体化天基与地基通信网络

天地一体化天基与地基通信网络即天地一体化卫星通信网与地面通信网。卫星通信网与地面通信网一体化即为彼此综合或融合，它是通信网的重要发展方向，其典型综合示例如图4所示。国际电联（ITU）对移动卫星通信业务与地面移动通信业务IMT—2000（International Mobile Telecommunication-2000）的综合，根据卫星系统与地面系统之间实现综合的程度不同，把综合划分为五个层次：第一层为地理综合；第二层为业务综合；第三层为网络综合；第四层为设备综合；第五层为系统综合。

图4　卫星通信网与地面通信网综合示意图

卫星通信网与地面通信网综合，促使天地一体化通信网发展。随着卫星固定业务、卫星移动业务、卫星广播业务三种业务融合，地面电信网、互联网和有线电视网三网融合，各种卫星通信网与各种地面通信网互联互通，各个国家之间通信网互联互通，未来的通信网，将是一个包括地下的光缆，地面的微波中继和蜂窝移动通信，低轨道、中轨道以及静止轨道的通信卫星系统组成的服务于全球的综合通信网。它们之间既可以单独组成通信系统，又可以在不同系统间互联互通，最后构成全球无缝覆盖的天地一体化的海、陆、空、天共用的能够提供各种带宽和多种业务的全球综合通信网。

2．天地一体化天基与地基遥感网络[16]

包含天、空、地的各种平台和各种遥感传感器资源的融合构想示例见图5，图5是天、空、地一体化的地球空间信息智能传感器网络（Geoinfo-Sensor-Web，GSW）。智能传感器是具有信息处理、环境适应和自我修复功能的传感器，可采集、处理、交换信息，并自动恢复受环境影响而降低了的感知性能。智能传感器一般与微处理器和无线发送装置集于一体，称作无线网络传感器节点。节点一般置于观测对象的附近，或与观测对象直接接触，甚至埋于感兴趣观测对象当中。

GSW的天、空、地协同式骨干网络包括5层感知网络平台：①太空平台，由遥感卫星和卫星地面接收站组成，卫星含各种光学、微波、红外的对地影像获取传感器或重力、磁力、大气、电离层的传感器；②高空平台，由平流层气球组成，含所需的光学、微波、红外等传感器载荷和定位及通信装置；③中空平台，由载人航空摄影测量和航空大地测量设备组成，含通信装置和时空、姿态传感器；④低空平台，由无人机装载的摄影测量、工程测量和大地测量设备组成，也含通信设备和时空、姿态传感器；⑤地基平台，由CORS（ContinuouslyOperating Reference Stations)网与各种专业的智能传感网以及地面地理域情智能传感网组成，近地或就地感知地理域情信息，它是地球空间信息智能传感网的地基基础设施。上述每一种传感网络平台都有自己的智能化数据处理中心，这些处理中心实现互联、互通、共享互操作，向用户提供“所要即所得”的服务。

图5　地球空间信息智能传感器网络架构[16]

3．天地一体化天基与地基导航网络

（1）导航系统

按导航信息获取原理有天文导航、卫星导航、无线电导航、惯性导航等多种方式。其中无线电导航系统按有效作用距离的远近又可分为进场着陆(着舰)、近程、中程、远程、超远程等系统，主要用于飞机和舰船的导航。

为了作战需要，有集导航、通信与识别功能于一体（C3I）的综合导航系统；为了优势互补，有集惯性导航和卫星导航组合一体的组合导航系统；还有采用卫星导航、惯性导航、地基导航的航空综合导航系统。后者通过综合利用多种导航传感器的信息，进行相互补充、校准和信息综合处理，提高导航精度，扩展覆盖范围，提高系统可用性、可靠性，为从航路到精密进近的全部飞行阶段提供连续的高精度导航服务，支持基于性能的灵活飞行，是机载导航系统的发展方向。

（2）定位系统

无线电定位系统按照覆盖范围大小主要有三种方式：卫星定位系统；地面移动通信基站定位系统；无线局域网定位系统。后者主要有四种：ZigBee定位、WiFi定位、UWB定位、CSS定位。移动定位系统可以用来对人员、事件和物品进行定位，以满足移动执法、移动办公、运输业、物流业、旅游业、国土资源调查等行业的定位需求。

移动定位是指通过特定的定位技术来获取移动手机或终端用户的位置信息（经纬度坐标），在电子地图上标出被定位对象位置的技术或服务。定位技术有两种，一种是基于导航卫星的定位，一种是基于地面移动通信网基站的定位。前者的定位是利用手机上的导航卫星定位模块将自己的位置信号发送到定位后台来实现移动手机定位的。后者的定位则是利用地面移动通信基站对手机的距离测算来确定手机位置的。后者精度很大程度依赖于基站的分布及覆盖范围的大小，定位精度比前者低。

（3）国家综合定位导航授时体系

我国正在规划建设定位导航授时（Positioning Navigation and Timing，PNT）体系，此体系由北斗卫星导航、各类地基无线电导航、惯性导航、含X射线脉冲星导航的天文导航、重力/磁力导航等系统或设备组成。该体系是以北斗卫星导航系统为核心，各种定位导航授时系统或设备相互融合备份、增强补充，面向海、陆、空、天各类用户提供统一的时间、空间、位置基准服务的国家信息基础设施。应该说，它是本文定义的一种典型的大天地一体化导航信息网络。

4．地面互联网＋天基网

地面信息网三网融合，是指广播电视网、电信网与互联网的融合，其中互联网是核心。三网融合技术的发展是三网融合的基本推动力量。首先是数字技术的迅速发展和全面采用，使话音、图像和数据信号都可以通过统一编码进行传输和交换；其次是光通信技术的发展，为综合传送各种业务信息提供了必要的带宽和传输质量；最后最重要的是TCP/ IP协议的普遍采用，使得以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通。于是，形成了以宽带IP网络即互联网为基础三大网络融合[17]。

地面互联网的发展给天基网的研究注入了新思想，目前，国际上的航天专家们正在规划将天基网和地面互联网统一组织成一个全方位立体结构的宇宙大网络，今后有可能要在Internet域名后加注用户所在星球以示区别，如 .earth或 .mar等，以区分网站所在的星球。可见，整个天地一体化信息网络的建立将是未来空间信息网的发展方向。

新的信息传输体系中，航天器公用平台测控信息与有效载荷业务信息可以合成统一信息流，航天信息系统由封闭的点对点模式转变为开放的网络模式，每一个航天器只是空间网络中的一个结点，每一个地球站只是地面网络中的一个结点。空间信息网与地面公用互联网可以连结为全球一体化的可以供全球公用的立体网络。这也正是我国学者正在热议的“地面互联网＋天基网”。简称为“互联网＋天基网”。

还需指出，本文提出的天地一体化综合信息网络包含了天基信息网络与地基信息网络的一体化，此天地一体化综合信息网络实质也是我国“互联网＋天基网”，或称“互联网＋天基信息系统” 一种构想。此构想的架构示例如图6所示。

图6　“地面互联网＋天基网”系统架构示例

八、结论

建立我国自主管控全球覆盖的天地一体化综合信息网络是适应经济全球化发展的需要；是实现国防信息现代化的需要；是维护国家安全和发展利益需要；是实现航天应用技术持续发展和创新需要；是实现航天大国迈向航天强国的需要；是实现民族复兴中国梦的需要。

将相关的卫星通信系统、卫星遥感系统、卫星导航定位系统、其他航天器系统，相关的临近空间飞行器系统以及相关地面设施，通过星间链路、星地链路和地面线路组成天基网，并与地基网综合或融合成为一个天地一体化综合信息网络，这是航天应用技术发展的必然和创新，将是我国航天技术发展的又一个里程碑。

天地一体化综合信息网络的核心是天基网，其技术关键也主要集中在天基网。早在20世纪末，我国就有科研院校提出了研究和建设我国天基网（亦称天基综合信息网）的设想，并在此后进行了一系列专项研究，取得了显著成果，为建立我国天基网提供了一定的理论基础。目前，我国已初步建立和形成了卫星通信、卫星遥感、卫星导航三大卫星应用系列，为建立我国天基网提供了一定的技术基础。我国构建天基网核心网络的跟踪与数据中继卫星系统，已实现了中、低轨道用户航天器准全球覆盖。我国载人航天工程已完成了多艘载人飞船和一座空间实验室的发射和相关试验，多次成功地通过数据中继卫星传递信息，为天基网的建设提供了宝贵经验。我国临近空间飞行器的研究和应用已取得了初步成绩。因此，我国的理论研究和技术基础已经初步具备了研究和建立天地一体化综合信息网络的试验网络条件。

为适应我国国家战略发展需要、国防建设和军事保障能力的实际需求，结合航天技术快速发展趋势，促进信息共享和资源综合利用，充分发挥航天信息化建设的应用效益，应尽快开展我国天地一体化综合信息网络的研究和建设工作。

参考文献

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●文|中国空间技术研究院国际业务部陈建军张轶男
北京空间科技信息研究所郑永杰