天基信息网络系统标准体系构建研究

金晓晨 钱玉岩 郭晋媛

（1北京空间科技信息研究所，北京100086；2战略支援部队航天系统部，北京，100120）

天基信息网络系统标准体系构建研究

金晓晨1钱玉岩2郭晋媛1

（1北京空间科技信息研究所，北京100086；2战略支援部队航天系统部，北京，100120）

天基信息网络系统；技术体系；标准体系。

天基信息网络系统包括天基信息获取系统、天基信息传输系统和天基时空基准系统在内的天基信息系统及相关的地面系统，该系统因其能提供天基信息获取、天基信息传输、时空基准等天基信息服务而在作战应用中起着重要的作用。提升天基信息系统内部及其与各地面系统间的互连、互通和互操作性 （“三互”）是天基信息网络系统提供高效优质的天基信息服务的关键。

随着各军兵种对天基信息网络系统生成、传输、处理、分发的天基信息的需求日益迫切，对天基信息服务的要求日益提高，当前急需制定一套天基信息网络系统标准体系，以解决天基系统内部及其与各地面系统的 “三互”问题，促进天基信息在各信息系统间的无缝流动，提升作战效能。

1 天基信息网络系统技术分析

天基信息网络系统是由携带各类有效载荷的航天器及相应的运行控制系统和应用系统构成的可接入陆基、海基和空基多源信息及其他信息化对抗系统的综合网络系统。它按照信息资源最大综合利用原则，以航天器平台为枢纽，采用集中和分布式相结合方式，通过互连、互通和信息交换，不间断、实时、安全可靠地进行信息获取、处理与提升，实现信息传输与分发、导航定位及信息对抗等功能。

技术体系设计是标准体系建设的输入，开展天基信息网络系统技术体系设计时运用信息系统体系结构视图的理念，从4个维度 （系统视图、服务视图、运行视图和技术视图）描述并分析天基信息网络系统，明确天基信息网络系统的基本构成、提供的服务类型、支持作战应用涉及的信息流和接口、技术参考模型和技术体系结构。在此基础上开展天基信息网络系统标准需求分析，最后进行标准体系框架的设计。

1.1 系统视图——天基信息网络系统构建

天基信息网络系统为作战提供各类天基信息服务，具体需要天基信息获取系统、天基信息传输系统和天基时空基准系统构成的天基信息系统以及相关地面系统相互配合、共同完成。其中，天基信息系统由以下系统构成。

“天基信息获取系统”是由以卫星为主的航天器、地面站及相关设备组成，用于从外层空间发现、识别和监视地表、空中及外层空间的目标，获取目标和环境信息的系统。[1]

“天基信息传输系统”是以卫星为主的航天器作为中继、交换站，将信源信息传递到信宿的系统。[1]

“天基时空基准系统”是以航天器为平台，能为陆地、海洋、空中、外层空间用户提供时间和空间基准的系统。[1]

将天基信息系统与相关地面系统看成是一体化的网络系统，构建涵盖天上3个系统和地面系统的天基信息网络系统，其系统视图如图1所示。天基信息网络系统包括了预警、测绘、气象等遥感卫星以及地面的信息接收、处理和分发系统，通信、中继等各类卫星以及地面应用终端系统，导航卫星与地面应用终端系统以及地面测控和运控系统、指挥控制与作战系统。

1.2 服务视图——天基信息网络系统服务分析

服务视图是以天基信息网络系统的组成、基本功能、提供的天基信息类型为输入，分析天基信息网络系统为作战应用提供的服务类型。

信息获取服务：包括情报信息获取以及保障信息获取，例如海洋监视、战场环境监测、测绘、气象、预警等。可为作战支援保障、指挥控制以及打击效果评估等提供信息支持。

信息传输服务：指对作战应用网络的各组成部分 （包括单兵、指挥机构、武器平台）提供信息传输与分发服务。

时空基准服务：指对作战应用网络的各组成部分 （包括单兵、指挥机构、武器平台）提供时间基准和定位服务。

运行控制服务：指对天基信息系统的健康运行进行测控，以及对系统的运行进行调度和控制。

信息安全服务：指对天基信息的安全管理和控制，以保障服务的安全性。

1.3 运行视图——天基信息支持作战应用的信息流与接口分析

以天基信息网络系统提供的服务为核心，开展天基信息网络系统支持作战应用的信息流和信息接口分析，构建天基信息支持作战应用的运行视图 （如图2所示），为标准体系的设计提出需求所在。运行视图共涉及18类信息流，具体信息流和接口节点见表1。

表1 信息流与接口节点

1.4 技术视图——技术体系结构设计

1.4.1 技术参考模型设计

参照计算机系统的开放式计算参考模型及美国联合技术体系结构 （JTA）[2]中的技术参考模型（TRM），提出一种用于天基信息网络系统的技术参考模型，如图3所示。

该模型将提供信息服务的天基信息系统、地面系统和终端看成是一个信息系统，从信息的角度实现 “三互”。该模型主要是从用户的角度考虑与支持作战应用相关的信息的 “三互”，而不是天基信息系统内部研制的信息 “三互”。需要进行标准化设计的方面主要是：服务层中各服务的接口、各服务涉及的信息互操作、与服务相关的天基信息系统与地面系统和终端的信息互连、互通，这也是开展技术体系及标准体系设计的主要方面。

1.4.2 技术体系结构设计

技术体系结构是进行标准规划的框架和标准体系设计的依据。天基信息网络系统标准规划和设计需要根据技术体系结构，通过分析作战应用中涉及到的天基信息技术，围绕天基信息网络系统为作战应用提供的各项服务，分析各项服务中涉及的信息 “三互”方面技术要素，重点关注可用标准化方式实现的信息 “三互”技术，在技术分析的基础上，提出天基信息网络系统技术体系结构，如图4所示。

该技术体系结构参考了JTA的分层模式，分为3个层次：核心层、域和子域。 “核心层”是天基信息网络系统的顶层通用要求 （即总体要求），主要是电子信息技术体系结构中的基础通用要求；“域”是天基信息网络系统内外部的信息接口、天基信息系统运行控制、天基信息网络系统管理、天基信息安全等方面的共性要求； “子域”是天基信息网络系统提供的信息获取服务、信息传输服务、时空基准服务各自需循序的信息 “三互”专用要求。

2 天基信息网络系统标准需求分析

围绕天基信息网络系统运行视图中的各类信息流，开展标准需求分析 （见表2），在需求分析的基础上设计标准体系框架。

表2 标准需求分析表

3 天基信息网络系统标准体系框架设计

3.1 标准体系构建原则

天基信息网络系统标准体系不同于常规的标准体系。该标准体系不是针对某个工程系统或系统产品构建的完整的标准体系，而是围绕支持作战应用的天基信息网络系统在信息 “三互”方面的技术点和问题开展的标准梳理；该标准体系不是天基信息网络系统标准的全集，而是涉及天基信息 “三互”的标准集合；该标准体系不是面向规划的标准体系，而是面向应用的标准体系；该体系中的标准是为基于天基信息网络系统的作战应用提供各类天基信息服务所必须执行的标准集。该标准体系的构建原则如下。

a）系统开放。标准体系覆盖应执行的国家层面的通用要求、天基信息网络系统的共性要求、相关子系统的专用要求，形成 “通用标准+共性标准+专用标准”的系统集合，并且标准体系具有开放性，需纳入国家关于军事信息系统建设的总体要求。

b）相互协调。标准体系中的标准项目之间相互协调、不重复、不矛盾。

c）突出信息技术。该标准体系仅是信息技术的标准体系，不涵盖管理要求、系统研制要求。

d）动态变化。标准体系中的项目需随着国家军事信息技术总体要求、天基系统的技术发展规划而不断调整和优化。

e）适度先进。标准体系建设考虑现有、在研、预研以及国家已明确的天基系统和军事信息系统的规划，具有一定的先进性。

3.2 标准体系范围

天基信息网络系统标准不是军事信息技术标准的集合，而是在天基信息网络系统支持下，能够满足作战应用要求的信息技术和接口标准的最小集合。标准体系覆盖天基信息获取系统、天基信息传输系统、天基时空基准系统等参与作战应用所必需的 “三互”技术标准，以及支持天基系统稳定运行和服务的信息技术标准。

3.3 标准体系框架构建

天基信息网络系统标准体系设计实现的过程，是将天基信息网络系统技术体系结构的要求映射到标准，形成标准体系的结构框架。天基信息网络系统标准体系框架如图5所示。

框架采用JTA的分层构建模式。 “顶层”（核心层）为通用标准 （即总体要求标准），是电子信息系统通用要求标准，天基信息网络系统作为全军电子信息系统一部分，也需要执行其中的通用基础标准。 “系统层” （域）为共用标准，是天基信息网络系统的系统层面需要执行的相关标准，主要是系统的内外接口标准、系统运行控制标准、网络系统管理标准、信息安全标准。“子系统层” （子域）为专用标准，是构成天基信息网络系统的各子系统，包括天基信息获取系统、天基信息传输系统、天基时空基准系统以及相关的地面系统须遵循的信息技术和信息接口标准，根据各子系统信息 “三互”要求进行规划。

3.4 天基信息网络系统标准规划

3.4.1 核心层标准

核心层标准是国家层面对电子信息技术体系的总体要求标准。3.4.2 域标准

3.4.2.1 接口标准

接口标准划分为天基任务指令标准、星间链路标准、卫星测控与数传链路标准。

“天基系统任务指令标准”是为作战应用中的指控系统提供服务时需考虑服务需求信息的描述与规定，包括数据结构标准、需求信息交换标准和服务规程标准。数据结构用于规定服务需求的信息要素及其表达方法。信息交换用于规定在指控系统与天基系统之间交换信息所需遵循的协议和接口规定。服务规程用于规定指控系统与天基系统之间交换服务需求信息所进行的申请、响应，反馈，异常情况处理等流程。

“星间链路标准”是实现卫星间直接通信的标准，涉及遥感卫星与中继卫星间的星间链路、通信卫星组网、导航卫星组网等星间链路，划分为射频与调制标准、信道编码与同步标准、数据链路协议标准、网络层协议标准及传输层协议标准。

“卫星测控与数传链路标准”是实现卫星与地面测控系统之间测控信息传输方面的标准，涉及卫星直接对地传输和通过中继卫星对地传输，划分为射频与调制标准、信道编码与同步标准、数据链路协议标准。

3.4.2.2 运行控制服务标准

运行控制服务标准分为两部分：卫星操作管理及任务调度标准、轨道测量与控制标准。

“卫星操作管理及任务调度标准”是对卫星平台、卫星有效载荷进行操作控制等方面的标准，划分为卫星遥测遥控信息交换标准、卫星平台通用操作业务标准、卫星有效载荷操作业务标准。

对作战提供信息支持，需要进行有效载荷任务规划，进行必要的轨道机动，并获取在轨准确信息。对卫星进行精密定轨是完成上述任务的前提，为此需要对卫星轨道进行测量。“轨道测量与控制标准”分为：轨道测量、轨道确定和轨道控制。

3.4.2.3 信息安全服务标准

安全服务标准主要是天基信息安全方面的标准，包括安全协议、加密算法、认证算法以及密钥管理等方面的标准。

3.4.2.4 网络管理标准

天基信息网络管理标准涉及包括网络管理协议、管理信息库以及管理策略。其管理范围既涉及天基节点，也涉及地面支持系统。

3.4.3 子域标准

3.4.3.1 信息获取服务标准

信息获取服务标准按照信息获取、传输、处理、分发、应用的信息流，分为4个方面：信息星上处理标准、信息地面处理标准、信息分发及应用标准、信息融合处理与分析标准。

“信息星上处理标准”主要是遥感卫星获取信息后的星上预处理技术与信息格式要求方面的标准，包括星上数据压缩标准和星上通用处理标准。

“信息地面处理标准”是指为了对作战提供信息支持，对有效载荷获取的遥感信息进行各类处理的技术标准，包括数据压缩标准、通用产品处理标准 （对天基获取数据进行预处理得到基础数据产品）、专业处理标准 （在通用处理的基础上，根据具体任务需求生产高级信息产品）、数据产品质量评价标准。

“信息分发及应用标准”主要是天基信息生成的数据产品的要求，主要包括数据产品的分级分类、各类信息的格式、数据的归档和数据的分发。

“信息融合处理与分析标准”是天基信息与其他方式获取的信息融合处理及信息情报的自动化分析与识别标准，包括信息融合处理标准、情报判读与解译标准。

3.4.3.2 信息传输服务标准

信息传输服务标准按照为作战提供信息传输服务的各环节，分为4部分：卫星通信协议标准、天基数据链标准、与终端接口标准、与地面网络接口标准。

“卫星通信协议标准”是卫星提供通信服务的协议接口标准，包括宽带通信协议标准和窄带通信协议标准。

“天基数据链标准”是为实现天基数据链的“三互”，需要统一天基数据链的消息格式、终端要求、应用要求、接入要求、传输与组网、人机接口、操作规程等方面的标准。

“与终端接口标准”主要是通信卫星与各类地球站的接口协议标准，包括射频接口和中频接口标准。按地球站的类别进行子体系的划分，分为3个方面的标准：与固定地球站接口、与移动地球站接口、与便携式地球站接口。

“与地面网络接口标准”是通信地球站与其他信息传输网相关节点设备之间的接口标准，包括物理层、数据链路层、网络层及传输层的通信协议内容。

3.4.3.3 时空基准服务标准

时空基准服务标准主要是导航卫星为作战指挥系统提供时间、空间位置信息服务以及为武器系统提供卫星信息服务方面的标准，按照信息流分为：卫星导航接口规范、卫星导航性能规范、卫星导航终端数据格式与接口协议标准。

“卫星导航接口规范”主要涉及空间段的导航卫星，包括ICD（接口控制文件）文件以及导航、授时、通信等协议。

“卫星导航性能规范”主要涉及导航系统整体性能，包括4类服务要求：广域差分、电离层模型、精密星历、标准时间。

“卫星导航终端数据格式与接口协议标准”主要涉及地面段的搭载在各平台上的导航终端设备，包括各类终端产生的差分数据、通用数据、导航定位数据、授权信息、关键模块信息等数据信息的格式、传输协议、交换协议以及包括组合导航（北斗/INS组合导航）接口在内的接口规范。

4 标准演示验证方案研究

建立标准体系后，为验证标准的有效性、标准项目设置的合理性和覆盖性，开展了基于天基信息网络系统的作战系统设计。在此基础上，制定了天基信息技术标准演示验证系统方案，提出一个典型作战下的天基信息网络系统标准的演示验证实例。

方案以反导作战为案例，主要作战流程：反导指挥中心根据上级命令下达反导预警任务→空间预警卫星的星载探测器根据任务指令进行扫描探测以捕获导弹尾焰辐射信息→当发现可疑目标时，调用凝视相机进行精确跟踪，并实时将数据直接或通过通信卫星网络传输到预警卫星运控系统→预警卫星运控系统根据测量参数对目标进行识别判断，生成多级情报数据和实时战场态势→反导指挥中心根据战场态势下达作战计划→预警卫星运控系统根据作战计划制定相应的情报分发策略→对远程预警雷达以及反导拦截系统等进行引导，从而完成早期预警和反导拦截的目的。

反导作战行动的演示验证方案主要验证接口标准、运行控制服务标准、信息获取服务标准、信息传输服务标准、时空基准服务标准等域和子域的标准，暂未对信息安全服务标准和网络管理标准这两个域标准进行验证。通过此方案，从反导作战行动中的各信息链路的流畅性及参与反导作战行动的涉及天基信息的各系统间的 “三互”方面，能够验证天基信息网络系统标准的有效性、标准项目设置的合理性和覆盖性，进而证明天基信息网络系统标准体系设计的正确性。

天基信息网络系统标准体系以天基信息网络系统提供的服务为划分原则，以提升天基信息在各信息系统中 “三互”为目标。该标准体系的构建为天基信息网络系统提供高质量的符合用户需求的天基信息服务奠定坚实基础。同时，随着航天技术的快速发展及用户需求的不断变化，天基信息网络系统标准体系也应及时开展动态维护和同步更新以适应新技术和新需求。

［1］管清波，冯书兴.天基信息服务体系与作战应用 ［M］.北京：国防工业出版社，2014.

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

文 摘：天基信息网络系统是由携带各类有效载荷的航天器以及相应的运行控制系统与应用系统构成的综合网络系统，提供各类天基信息服务。为提升系统内部及其与各地面系统间的互连、互通和互操作性，从系统视图、服务视图、运行视图和技术视图等4个维度进行技术分析，在此基础上构建天基信息网络系统标准体系，并提出标准演示验证方案，以验证天基信息网络系统标准体系设计的正确性。

金晓晨 （1987年—），男，硕士研究生，工程师，现从事航天标准化管理与研究工作。