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【卫星应用】面向“一带一路”的空间信息应用标准研究(节选)

时间:2018年03月27日 信息来源:卫星应用 点击: 【字体:

摘要:本文立足于国家空间基础设施支撑“一带一路”建设的发展需求,调研卫星系统接入、运行以及数据共享等空间信息应用主要技术环节的国内外标准现状,规划、设计空间信息应用标准框架,并提出集采标、制标、标准互认、融合发展机制为一体的全方位标准建设模式。


关键词:标准;一带一路;空间信息应用;标准框架

一、引言

国家空间基础设施是“一带一路”实现设施联通的重要手段,通过空间基础设施提供的空间信息应用服务是与沿线国家“政策沟通、贸易畅通、民心相通” 的纽带。标准作为世界通用语言,在推动“一带一路”建设中,是扩大产能合作、促进基础设施互联互通和增进经贸往来的技术基础和技术规则,是为沿线国家提供空间信息应用服务的重要载体。本文通过对空间信息应用中卫星系统接入、运行以及数据共享与服务等主要环节的标准进行全面梳理和国内外对照研究,规划并设计了空间信息应用标准框架,提出了下一步完善标准建设发展的模式。


二、空间信息应用标准的需求


空间基础设施为“一带一路”沿线国家提供通畅便利的信息应用与服务首先要解决空间基础设施的系统接入问题,也就是卫星系统与地面系统的信息传输与接口规范化问题,因此需要卫星系统接入标准来确立统一的星地数据传输接口和协议;其次,需要通过卫星运行管理标准提取对卫星平台长期在轨监视和控制的共性要求,规定卫星测控、运行控制要求,实现地面系统对有效载荷的有效操作;最后,面向“一带一路”国家的不同服务领域,需要卫星遥感、导航、通信领域的数据共享与服务标准,来规范数据的处理过程,实现提供的数据产品格式统一化。


根据航天能力的强弱,可以将“一带一路”沿线国家分为引领者、竞争者、跟随者、第四梯队等主要的几类。而我国空间基础设施目前服务的主要对象是其中的跟随者,即具备一定航天应用基础能力的国家和(或)希望提升航天研发能力的国家,如巴基斯坦、泰国等。这些国家在航天方面大多采用国际标准和国外先进标准(如美国和欧洲一些先进组织的标准),随着我国航天国际合作项目的增多,对中国标准的认可度也在逐步提升。


三、空间信息应用国内外标准研究


从整体来看,国际国外空间信息应用标准建设开展地较系统、全面,国内空间信息应用标准建设尽管起步较晚,但是随着对标准建设重要性的认识逐渐加深,在国家层面也逐步启动了多个系列标准的研究与编制。下面就卫星系统接入标准、卫星运行管理标准、数据共享标准的国内外情况分别进行阐述。


1.卫星系统接入标准

卫星系统接入标准主要涉及星地接口、星地信息传输等方面。在国际上,较为通用的卫星系统接入标准主要是空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准。CCSDS 标准主要涉及6 个专业技术领域(见图1),卫星系统接入标准主要集中在其中的空间链路业务领域,主要是参照开放式系统互联(OSI)参考模型,通过20 多项标准重点对遥测遥控链路的协议、数据链路层、物理层、编码与同步协议、包协议、数据链路安全协议等进行了统一规定。国内卫星系统接入标准集中在国家军用标准中,主要是基于脉冲编码调制(PCM)体制和分包遥测遥控体制对卫星测控链路和数据传输链路中用到的相关协议进行了规定,部分卫星在实际研制过程中也对CCSDS 标准进行了应用。

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图1 CCSDS 专业技术领域分布示意图

2. 卫星运行管理标准

在国际上较为通用的是CCSDS 和欧洲空间标准化合作组织(ECSS)标准,在CCSDS 任务操作和信息管理业务领域中,包含了20 多项航天器监测与控制、任务规划与调度、数据存档与录入等方面的标准,主要规定了航天器策略消息、跟踪数据消息、姿态数据消息的标准格式,以及任务操作消息格式、XML遥测遥控信息交换(XTCE)格式等要求。在ECSS 工程系列标准中,对地面系统操作及遥测遥控数据包进行了规定。


国内卫星运行管理标准主要集中在军用标准和航天行业标准中,对不同类型卫星的平台和载荷在轨测试方法、对卫星进行飞行结果评定的规定。


3. 数据共享与服务标准

数据共享与服务标准是空间信息在“一带一路”国家落地后有效应用的基础。


卫星遥感数据共享与服务标准主要是对卫星遥感数据格式、数据处理、数据产品分级分类、数据产品质量等进行统一规定。目前国际国外大多数遥感数据服务的标准均由相关应用行业或技术委员会制定。国际标准化组织/ 地理信息标准化技术委员会(ISO/TC211)、开放地理空间信息联盟(OGC)、美国联邦地理数据委员会(FGDC)等组织在遥感数据产品要求、数据质量要求、数据格式、元数据等方面制定了近20 项标准,但直接面向空间遥感数据的标准很少。数字地球等知名遥感数据服务商均有内部文件规范遥感数据产品相关要求。国内遥感数据共享与服务标准主要分布在国家标准、国家军用标准和航天、测绘、林业、地质等行业标准中,对数据处理要求、主要设备的性能要求、数据产品的格式、分级分类规则和质量要求等方面进行了规定。


卫星导航数据共享与服务标准主要是面向时空基准服务需求,对卫星导航信号接口、导航接收设备数据格式、差分信号格式等方面进行规定的标准。目前国外卫星导航应用领域中GPS、Galileo、GLONASS应用最广泛,也相应制定了自己的卫星导航信号接口标准;接收设备的数据格式由美国国家海洋电子协会(NMEA)、国际大地测量协会(IAG)等各应用协会自行制定,ISO 等组织标准对差分技术进行了相应规定。我国的卫星导航数据共享与服务标准建设正在加快脚步,目前在系统接口标准、船舶、车辆等行业应用以及导航增强信息互联网传输等方面成系列编制国家标准的发展趋势较为明显。


卫星通信服务的标准主要作用是规范卫星通信服务协议。目前国际上通用的卫星广播通信协议标准、卫星宽带通信协议标准、卫星移动通信协议标准大多由欧洲电信标准化组织 (ETSI)制定。国内卫星通信与传输协议相关的标准主要是针对卫星广播电视系统和数字卫星新闻采集系统的调制方式、信道编码等内容进行规定的国标和行业标准,此外还在国际电信联盟(ITU)标准的基础上结合我国的国情对频率的规划和共用、星地传输链路中大气损耗和降雨衰减的计算方法等内容制定了相关标准。

四、空间信息应用标准框架研究

五、空间信息应用标准建设模式


(全文见《卫星应用》201802)

(作者:佚名)
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