灾害监测应急虚拟卫星星座及应用服务研究

建设灾害遥感卫星及应用服务系统,对于应对我国严峻自然灾害形势、提高综合防灾减灾与灾害应急管理能力具有重要意义。文章依据自然灾害管理的备灾、救灾、恢复重建、减灾等4个阶段特点,分析了灾害遥感存在的问题和需求;根据《国家民用空间基础设施中长期发展规划(2015年—2025年)》的卫星资源统筹原则,综合考虑高低轨与敏捷组网、高中低分辨率互补、光学与雷达星协同,提出构建"4+4+6+X"灾害监测应急虚拟卫星星座设想。星座以"4+4+6"卫星为主体,通过共享使用气象卫星、海洋卫星和其它陆地观测卫星,实现自然灾害应急观测、高分辨率观测和地球系统综合观测;阐述了综合防灾减灾卫星应用系统组成、信息服务模式,并对卫星系统建设、运行机制和产业化推广进行了展望。文章的研究结果可为交通运输、自然资源、环境保护等行业卫星系统的论证建设提供借鉴。     

面向应急管理的天基系统需求与构建设想

针对应急管理对天基系统提出的增强现场灾情信息传递保障能力和尽快完善天空地一体化应急观测体系的需求,在分析天基系统应具备的先进感知使能、通信使能、导航定位使能及智能使能基础上,提出了我国天基应急管理支援体系构建设想。通过发射中轨观测系统、高分光学强机动星座,以及增加地面机动测控数传站,加强和完善灾害应急遥感观测能力;通过天地一体化应急管理云平台实现灾情观测数据的处理和分发。为了尽快实现天基应急管理支援体系建设,提出应发展高、中、低轨协同的天基通信、导航、遥感卫星的建议。     

区域观察小卫星星座重构方法研究

在对地观测任务中，经过优化设计的卫星星座通常具有较强的适应能力。但是，当星座中某颗卫星失效或地面需求发生变化时，就需要进行星座重构，以恢复或增强对部分地区的观察能力。提出了小卫星区域观察组网的方法，重点探讨了在应急情况下区域观察小卫星星座的重构问题，研究了节省能量的卫星轨道机动方法，特别提出了保持轨道属性和星座基本构形的预置量机动方法，分析了应急机动星座重构的几种情况，给出了每种情况的星座重构策略。     

面向自然灾害应急的卫星协同观测策略研究

对地观测卫星因其宏观、快速、动态、准确的优点在防灾、减灾、救灾领域发挥着重要作用,是自然灾害应急不可替代的全球观测手段。现有的卫星协同观测存在灾后有效数据不能完全覆盖灾区、亚米级空间分辨率数据匮乏等问题,不能满足日益丰富的自然灾害应急管理需求。为充分发挥在轨卫星效益,提高灾区灾后有效数据覆盖率,文章深入分析自然灾害观测环境复杂、时效性强、观测要素多、观测范围大、观测密集度高等特点,围绕空间分辨率和观测频次等关键指标,梳理典型自然灾害应急观测需求。之后,结合灾害目标特点及其时空变化规律,综合考虑星地资源状况和约束条件,提出一种自然灾害事件驱动的基于目标优先级排序和时空约束的多星协同观测策略,对解决自然灾害应急观测期间"灾后数据多,有用数据少"问题具有借鉴意义。     

分布式协同微纳遥感星群的智能控制系统关键技术

近年来，国内外微纳遥感星座发展不断加速，通过高频重访大幅提升了对地观测的时间分辨率，但是由于单颗微纳卫星观测能力受限，难以满足多源同步与融合、高品质、大幅宽等数据应用需求。为此，将星座与星簇相结合，以星座化分布满足高时间分辨率需求，以星座节点上的星簇协同观测获取多源、高品质、宽幅数据，构建基于微纳卫星的分布式协同遥感系统，是兼顾上述遥感应用需求的有效途径。智能分布式协同控制是该系统的核心关键，为此，必须研究解决星座+星簇大规模动态微纳遥感星群控制系统的分布协同自主导航、智能运动规划与控制、智能健康预测与管理、智能组网等关键技术难题。在梳理分析国内外分布式微纳遥感系统的基础上，给出分布式协同微纳遥感星群的概念内涵，分析其特有的四方面难题，梳理总结相关技术发展现状与趋势，以期为后续该方向的研究起到一定的借鉴作用。     

国内低轨遥感星座密集组网现状及发展态势

<正>近年来,由小卫星或纳卫星组网的遥感星座呈现井喷趋势,"高景"一号星座组网成功、"高分"一号星座组网成功、"长光"一号星座顺利组网,以及"深圳"一号卫星等一批新型星座启动建设。据统计,我国在2030年前规划中的低轨遥感星座卫星总数超过800颗。国外已经有一些关于低轨星座的成功运营案例,如行星(Planet)公司构建了目前具有全球高分辨率、高频次、全覆盖能力的遥感卫星系统。低轨遥感星座目前正在以低成本、近实时、广覆盖、高分辨率、快速获取的方式,提供全球空间大数据,引领数字地球由观测时代进入实时地球新时代。     

“高分四号”卫星数据产品减灾服务时效性测试

"高分四号"卫星数据产品应用服务的时效性是工程建设、管理和应用部门普遍关心的热点问题,也是评价灾害应急阶段"高分四号"卫星数据产品快速服务能力的重要指标。文章针对"高分四号"卫星及其有效载荷成像特点,在分析不同卫星成像模式下减灾应用需求的基础上,提出了"高分四号"卫星凝视、区域和机动巡查模式下,数据服务时效性测试方案以及减灾应用产品生产的时效性测试方案。结果表明,"高分四号"卫星具有很强的机动灵活性和高时效观测能力,最快能在1个半小时以内实现从需求申请到产品生产的全链路数据产品服务。通过测试发现,观测计划编排和卫星应急观测时长较短,反应速度较快,但地面数据处理、分发和传输的时长受多因素影响,时长伸缩性大。随着"高分四号"卫星长期在轨稳定运行,数据服务工作日趋稳定成熟,全链路数据服务的时效性会得到进一步提高,在国家防灾减灾救灾中的数据应用服务支撑作用将日益凸显。     

低轨Walker观测星座构型设计方法研究

微小卫星星座在遥感、通讯、导航和深空探测领域具有巨大潜力,对于地区的经济发展、环保监督和应急预警都有重要意义。本文依托低轨Walker星座展开研究,通过分析轨道摄动影响下的传统星座构型,得到单颗卫星的地面覆盖面积。利用覆盖带理论建立星座构型设计模型,分析卫星星座的区域覆盖能力,实现星座构型参数的优化。以京津冀地区观测星座构型全时段设计为例,通过理论分析与STK软件仿真分析结果对比,验证了提出的星座构型设计方法的可行性和有效性,得到了京津冀地区观测卫星星座构型的最优参数。     

机动卫星星座对多区域目标成像任务规划

针对太阳同步圆轨道卫星星座对地观测任务,研究了在卫星机动情况下对多区域目标的成像任务规划算法.首先提出了单颗卫星对单个点目标的观测方法,解析分析了点目标可见性,并给出了卫星变轨策略;进而通过把区域目标划分为多个条带,将问题转化为卫星对点目标观测问题,结合单星单目标观测方法分析区域目标各条带的可见性;最后建立优化问题模型...     

对地观测卫星未来发展趋势

现行的对地观测卫星已经成为国防、国民经济建设的重要数据源。为满足日益增长的需求，未来10年或更长时间内，对地观测卫星将以星座或网络方式运行，实现自主导航和控制，实现数据在轨处理。先进遥感器技术的发展将满足环境监测更多领域的需求。     

天基红外低轨星座的传感器管理方法

针对天基红外低轨卫星与目标高速相对运动以及导弹防御系统的特点,分析了天基红外低轨星座传感器管理的模型。根据只测角观测模型,使用GDOP作为控制跟踪精度的因子,综合考虑多目标观测成功率、卫星交接次数、传感器调度延迟以及实时运算等条件,使用单步前向预测的动态闭环控制结构进行传感器管理。仿真结果表明,提出的算法能够对天基红外低轨星座的传感器进行有效管理。     

面向大规模星座的多波束测控天线及应用

大规模卫星星座的出现给传统测控模式带来了巨大挑战.利用机械扫描式的测控天线对卫星进行的一对一测控已不能很好满足大规模卫星星座的测控需求,具备快速指向能力的多波束测控天线是解决大规模星座测控的有效手段.通过对国内外多波束测控天线的调研,介绍了多波束测控天线的发展概况,对其技术特点进行了分析和研究,指出了多波束测控天线在星座测控中的优势,并提出基于多波束测控天线的星座测控建议.     

低轨巨型星座国际协调机制需求分析

低轨巨型星座有望对全球航天产业发展带来革命性变化,将对现有外空全球治理机制和规则带来重要改变,开展低轨巨型星座国际协调机制研究对有关新规则发展研究具有重要意义。文章创新性地采用应用层、建设层和影响层3层架构,对低轨巨型星座国际协调需求以及现有国际协调机制的作用与不足进行了较为系统全面的分析。应用层国际协调需求主要包括电信服务市场准入、与地面通信系统融合、提升用户体验等3个方面;建设层国际协调需求主要包括频率轨位协调、设施共享、系统互联互操作、卫星系统研制和发射技术标准化、自由的全球化航天上游市场等5个方面;影响层国际协调需求主要包括应急通信服务、减少数字鸿沟和扶贫、空间碎片、频率干扰响应与处置以及天文观测等5个方面。低轨巨型星座运营商和政府监管机构在国际协调需求方面存在较大差异。未来有可能在国际上形成两种低轨巨型星座协调机制,一种服务于运营商利益,另一种则主要用于解决监管部门的诉求。     

星座通信网建设过程中的端到端延时及存储需求分析

为了降低星座通信网建设过程中的端到端延时及星上存储需求,提出了异轨一箭多星(MSMP)方法。在星座通信网每个阶段,该方法把发射的多颗卫星注入到多个相邻轨道平面上合适的相位,使得用户接入卫星的时间窗口分布更加均衡。实验结果表明,MSMP方法在建设过程中的平均端到端延时及存储需求比传统的同轨一箭多星(MSIP)方法分别小70.1%和42.8%。     

巨型星座高效管理及智能应用关键技术研究

针对未来万颗规模巨型星座资源管理、互联互通、即时协同、自主运控和安全可信等共性基础功能需求,提出一种基于操作系统实现上述功能需求和构建巨型星座信息基座的技术方法,满足天基系统前向兼容和持续扩展需求。通过研究体系架构、高效内核、融合组网、安全可信、生态体系等巨型星座高效管理及智能应用关键技术,为构建面向巨型星座复杂应用场景的统一基础软件平台巨型星座操作系统提供解决思路以及发展建议,将支撑我国卫星互联网等大规模星座高效建设及能力快速形成。     

一种基于球面剖分的星座性能分析方法

在卫星星座优化设计与性能分析过程中,根据球面Delaunay三角网和Voronoi图的特性,首先研究了任意状态下星座空间几何构形划分方法,定义了卫星所属覆盖区域。然后,通过分析卫星星座和地面目标区域之间的几何关系,提出了星座对任意类型地面目标的最小观测仰角和平均观测仰角的确定性计算方法。在此基础上,分析了基于星座空间几何构形划分的卫星系统网络的时变特性,提出了星间通信链路快速建立方法。最后,以铱星系统为例,分析了该系统的对地覆盖能力和星间链路通信能力。实验结果表明该方法不仅可以准确、快速的评估卫星系统应用效能,同时能够为星座优化设计人员提供必要的决策支持。     

导航星座的任务重构技术研究

以COMPASS卫星导航星座为对象,研究了导航任务的重构技术。首先,对COMPASS卫星导航星座的主要性能进行了分析和仿真;其次,分析了星座中部分卫星失效后对导航性能的影响;最后,提出了分别利用在轨运行的高、中、低轨卫星及临近空间飞行器进行任务重构的方法,并对重构后的导航性能进行了仿真。仿真结果表明：提出的任务重构方法对于保证导航星座的正常运行是有效的。同时,对于研究飞行器应急测控技术具有借鉴意义。     

发展海洋盐度卫星 完善我国海洋动力卫星观测体系

海洋盐度是海洋动力中最基本的要素之一,发展盐度观测卫星是获取海洋动力环境数据的重要手段,在海洋观测和数据预报中发挥着巨大的作用。文章分析了海洋盐度卫星的发展现状,阐述了海洋盐度卫星在海洋领域的应用,论述了我国海洋动力环境卫星体系的成就和不足,结合我国的发展需求,提出了发展海洋盐度卫星完善我国海洋动力环境观测体系的发展目标。通过探测海洋盐度要素,实现海洋动力环境全要素的综合探测,可为海洋环境信息预报和提取等应用提供不可或缺的数据源。     

服务“一带一路”沿线国家的卫星综合智能管控系统设想

本文为了统筹管理和协调使用"一带一路"沿线国家的通信、导航、遥感卫星和地面站资源,提高星地资源的综合使用效能,针对沿线国家不同类型用户复杂多样的卫星使用需求,开展了卫星综合智能管控系统的需求分析、设计与仿真评估,重点研究多类型用户需求智能化辅助分析、多星多任务协同规划与调度、星地一体化的效能评估等关键内容。提出了"一带一路"智能化卫星综合调度和管控总体架构设想,设计了与通信卫星、气象/海洋/资源卫星、导航卫星、沿线国家卫星的运行流程及接口关系。通过综合调度沿线国家通导遥卫星,提供覆盖"一带一路"沿线的通信、遥感、导航服务,可以在应急减灾、气象预报、海洋监测等方面提升服务能力,在"一带一路"发展框架下,更好地利用空间资源为沿线国家和地区提供服务。     

卫星星座整网轨道确定分析与仿真

编队飞行的卫星或卫星星座对轨道确定自主性和精度提出了较高要求。针对这个问题,通过建立星座的轨道动力学模型和星间观测的测量模型,将星座中的星间观测数据和地面观测数据融合起来,将待估的卫星轨道参数和部分动力学参数进行适当的分类,研究卫星星座整网轨道确定的新方法,并在理论上分析了整网定轨方法能提高定轨精度的原因;最后采用自主开发的卫星星座整网轨道确定软件进行了仿真计算。计算表明,该方法能有效地减少对地面站的依赖,并较大幅度提高定轨时卫星绝对位置和相对位置精度。