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美国军用卫星测控网的先进技术计划

单月晖

国防科技大学四院, 长沙410073

李海涛

北京跟踪与通信技术研究所100094

摘要主要介绍美国军用卫星测控网的先进技术计划及其关键技术领域, 并就其对我国卫星测控网的建设所具有的现实意义提出了若干建议。

3 卫星测控网技术计划

主题词美军

Advanced T echnol ogy Progra m of A ir Force

S atellite Control Shan Y uehui

NUDT , C hangsha 410073 N et work

植物保护学报Li Haitao

B ITTT Beijing 100094

Abstract In this paper , A d vanced Technology Program (ATP) of Air F orc e S a tellite C on2 trol Network (AFSC N) and its K ey Technology Areas ( K T As) are intr oduced in detail . Sev2 eral proposals are also given to promote the development of Chinese S a tellite C ontrol Network .

3 S a tellite contr ol networ k 3 Techn o logy Pr ogram

Sub ject ter m s M ilitar y f o rc e

美国军用卫星测控网简介

美国军用卫星测控网(AFSC N) 是一个系统网络, 1993 年2 月23 日的“A FSC N 定文件”对其任务做了如下规定:“为空间防御系统; 空间研究、发展、测试与评( R DT&E) 系统以及其它相关计划提供遥测、跟踪与指挥( T T&C) ; 通信; 任务数据发以及数据处理支持”。

缺8数AFSC N 可分为测量、通信和指挥控制这几部分, 在全球有10 个固定远程跟踪站，时在加利福尼亚的Onizuka 空军基地和科罗拉多的Schriever 空军基地设有控制中心( 如1 所示) , 可对100 多颗卫星( 包括国防部、机密任务、盟国及民用的系统) 进行跟踪遥测、中继、轨道确定和控制, 提供其健康状况。AFSC N 还具备以下多项功能: 任务据发送; 任务数据恢复(MDR) ; 数据处理; 射频干扰( R FI) / 冲突避免( C O LA) ; 资调度(避免所有的AFSC N 卫星用户对10 个固定远程跟踪站的使用冲突并尽可能满足其求) 。

AFSC N 计划现由空军空间委员会管理, 其主要的负责机构是位于加利福尼亚州洛收稿日期2001 年5 月21 日

图1 AFS CN 总体布局示意图

矶空军基地空军航天与导弹系统中心的卫星控制与数据处理系统计划办公室( S MC/ C W) 。为了便于实施AFSC N 计划, 美国空军航天司令部( A ir F orce S pace C ommand , AFSPACE2 C OM) 还组织进行了训练模拟研究, 推出了其训练模拟设备( T raining Augm entati on Device , T AD) , 内容包括数据库、操作界面、模拟器、通信、系统服务、环境仿真、数据路由、自定义算法、卫星仿真、跟踪站仿真和特殊任务软件, 具有成本低、使用方便和便于移植的特点。

先进技术计划的提出

自从90 年代以来S MC/ C W 发现, AFSC N 系统中的许多技术已经落后于商业领域中所采用的相应技术, 越来越难以满足用户的要求, 难以跟上技术发展的步伐。为了进一步改善这种状况, 该计划的领导者, 卫星控制与数据处理系统计划办公室, 为AFSC N 发起了

佳能960名为先进技术计划体结构和技术部分(Advanced T echnol ogy Program , ATP) 的革新, 并负责掌管该计划的总( C WI A) 。

C WI A 的任务是在未来2～25 年时间内开发出经济实用的AFSC N 体系结构备选方案，以提高对军用卫星的指挥和控制能力。那些能够有效满足科研和工程用户需求的项目将被推荐给AFSC N 的开发者。先进技术计划是HQ AF MC (参见1992 年10 月30 日, “重点发展技术指南”) 确定的重点发展技术( T he T echnol ogy Master Process , T MP) 的主干。特别地, AFSC N ATP 的成员均参加了一体化产品技术规划小组( T echnical Planning Integrated Product T eam s , TPIPTs) 。它包括协助开发TPIPT 技术系统的规划, 支持技术的开发规划和过渡规

划, 为技术投资推荐报告提供相关内容, 协助开发相关的战略技术投资计划。

为了更好地支持T MP , C WI A 已经针对AFSC N ATP 确立了相应的目标和步骤。ATP 主要目标是开发和提供一种新的运作过程, 以确保新兴的先进技术能够得到应用, 具体明如下:

·评估和预测未来技术;

·完成将选定技术引入AFSC N 所需的定位、评估、论证和日程安排工作;

·提供一种有效的结构和技术信息服务;

·建立并保持开发和应用先进技术所需的人员、组织和能力基础;

·发展、协调获得研究与发展基金支持所需的技术策略。

C WI A 的政府工业ATP 小组的建议发展步骤如下:

211 确认具有应用前景的技术

要做到这一点, C WI A 已经明确了AFSC N 的关键技术领域( K ey T echnol ogy Areas K T As) 以集中其研究和投入力量。目前包括六个领域:

·通信

·计算机系统

·人机接口( H CI)

·建模与分析技术唐汉中医药网

·跟踪与轨道确定

·支持环境

在每个领域中, 研究人员要去确认新兴的并且在未来25 年内有可能改善AFSC N 的能或降低其成本的技术。之后将这些技术归入“主题范围”, 进行综合分析并提出规划AFSC N K T As 的发展目标体现在每个领域的战略规划中。各个领域的共同目标将为可靠更高、生存能力更强、成本更低的AFSC N 短期( 目前) 和长期( 25 年) 体系结构提供术备选方案。每个K T A 主题范围的典型技术例子将在本文第四部分给出。

212 明确尺度

对每个主题范围, 研究人员要明确适宜于AFSC N 的性能、成本和风险尺度, 这对评估将这些技术引入AFSC N 的潜力大有益处。这些尺度要与AFSC N 其它部门如AFSC N 络性能小组正在确认的内容相协调。

213 进行发展预测研究者

进行如下预测:

·所在领域的技术成熟程度;

·将这些技术引入AFSC N 的潜在效用。这些预测包括被确

认的尺度的价值及该价值的预期增值。

214 在数据库中获取并利用上述信息

C WI A 正在开发一种先进技术数据库(AT DB) 以便于保存和利用上述信息。K T A的究者已经记录了相关技术发展所需的一些重要信息并将其归入了AT DB 的最初版本。215 分析和开发投入规划

这一过程将先进技术和计划紧密结合在一起。它包括很多步骤, 需要多个K T As 协, 研究者们所要做的工作包括:

·分析未来AFSC N 的要求, 采用一种综合技术投入方法, 以确定相关领域的技术进

步所能支持的系统和子系统的解决方案;

·评估这些方案的实质性技术风险;湖南大学数字图书馆

·采用模型和其它分析技术评估和比较上述各个推荐方案的成本和性能, 若这些方案还没有实现, 则与现有网络的成本和性能进行比较;

·一旦发现合适的方案, 即从单项技术和总体结构两方面组织进行可行性论证;

·推荐优秀方案并开发能将现有技术与未来要求联系起来的途径。

事实上, 早在1992 年9 月17～18 日, C W I A 在加利福尼亚的New port Beach 组织了一次关于可信系统的专题讨论会( Trusted System s Workshop , TSW) , 作为C WI A 的先进技术计划(ATP) 的一部分。讨论会邀请了国防部、企业、科研机构和政府实验室的专家、学者, 对AFSC N 的任务、结构、运作思想、用户区、安全性和未来要求进行评估和预测, 重点讨论系统的安全结构与措施问题。

先进技术计划的实施

为了便于开展上述工作, C WI A 正在开发一种技术分析指南( T echnol ogy Analysis G uide , T A G) 。T A G 将为ATP 组的成员提供便于进行技术分析和注入时机鉴别的有效工具和方法。而技术资源网

络( T echnol ogy R esource Netw ork , TRN) 的筹建是对T A G 的补充, 它能够为参与这一计划的人士和组织提供服务。TR N 由AFSC N 的用户和开发商, 政府实验室的工作人员, 大学, 承建方和其他相关政府机构组成。C WI A 将ATP 的信息源源不断地传送到TR N , 实现途径包括:

·会见TR N 的成员并向其简要介绍自己的活动;

·将AT DB 引入TR N ;

·向TR N 发布C WI A 的技术报告, 其中包括ATP 成员所撰写的文章;

·收集准备并发布C WI A 发起的专题讨论会的进展情况;

·向学术会议和杂志提交论文;

·定期出版摘录简报。

由于TR N 包含了AFSC N 的操作者和开发者, ATP 的信息发布也有助于增强AFSC N 技术工作的团体意识。

C WI A 还大力推动对AFSC N 有益的信息和技术的发展。其中一项是为进行技术开发的研究与发展活动提供支持。具体形式包括:

·参加空军TPIPTs 的活动;

·发布关于C WI A 目标、计划和活动的信息, 包括K T A 的战略规划;

·回顾和为政府实验室的技术领域计划( T echnol ogy Area Plans , T A Ps) 提供支持;

·参加学术年会, 如Air F orce Lab S p ring R eviews ;

·支持双重用途技术的开发。

附加的外协活动包括:

·为AFIT 及其它大学推荐课题并支持其进行开发;

·发起AFSC N 的专题讨论会;

·支持小企业进行投资开发。

美国军用卫星测控网的六大关键技术领域

本文第二部分已经提到, AFSC N 的六大关键技术领域( K T As) 正成为进一步研究的点。AFSC N K T As 的发展目标体现在每个领域的战略规划中。各个领域的共同目标将为靠性更高、生存能力更强、成本更低的AFSC N 短期( 目前) 和长期( 25 年) 体系结构供技术备选方案。根据需要, K T A 的战略发展过程将与空军预算计划紧密结合在一起。面逐一介绍这六个关键技术领域所包括的典型科研项目:

411 通信技术领域

S 、SHF 和EHF 波段的卫星地面终端转发站和接收前端; 处理转发器; 光纤传输术; 微波传输技术; 卫星通信中的BW 波形编码技术; 空—空链接技术; 网孔技术; 数网络设计与拓扑结构; 多路复用与转换技术; 稳健传输; 网络管理。

412 计算机系统技术领域

并行处理( S I MD , 计算网络, 指令覆盖); 器件( 耐用元件, 用于RF 的MMIC s MC Ms) ; 微电子学与光子学(砷化镓装置, 高温超导体, 垂直与三维结构, 低压器件, 米电子学, 分子电子学, 光学器件与转换技术, 全息技术应用, 光电混合结构) ; 软(软件重用, 软件故障树分析, Petri 网分析) 。

413 人机接口技术领域

决策支持; 虚拟现实; 语音识别; 多媒体; 便携式系统; 自适应用户接口; G UIs ；工智能; 组件; 自然

语言接口; 语音合成。

414 建模与分析技术领域

硬件/ 软件环境; 面向对象编程技术; 知识表达; 操作研究; 排队论; 数学编程；家系统; 模糊逻辑; 神经网络/ 自学引擎; 动态系统(自动操作神经元) ; 计算均衡系统415 跟踪与轨道确定技术领域

跟踪技术(无线电, 光学及自主跟踪技术) ; 轨道确定与估计技术; 建模技术。416 支持环境技术领域

不间断动力支持; 安全性(物理的和电气的) 研究; 状态传感器; 策略/ 流程/ 方法的改进; 备用能源; 建造材料。

结论

本文对美国军用卫星测控网(AFSC N) 的功能和组成情况进行了简要概述, 详细介了AFSC N 的先进技术计划(ATP) 的内容、步骤和实现途径以及AFSC N 的六大关键技领域( K T As) 。在增加需求、减少预算的呼声日益强烈的今天, 采用低成本、高效益措对AFSC N 系统进行改进是势在必行的。先进技术计划正在对此做着独特和有意义的贡献

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