第1期
2021年1月
Journal of C A E I T
Vol. 16 No. 1
Jan. 2021
doi ： 10.3969/j. issn. 1673-5692.2021.01.015
许益乔1 ’2，张占月1，王登林2，刘思彤1 ’3
(1.
航天工程大学，北京 10M 16;
2. 北京遥感信息研究所，北京100192;
3. 西安飞行学院，陕
西西安710306)
摘要：遥感卫星在支撑国家战略决策、军队作战筹划、民用自然资源管理和商业经济发展等方面 发挥着不可替代的作用。为解决军事行动中遥感卫星资源紧缺问题，亟需开展民商遥感卫星支援 军事航天侦察行动研究。探讨了军地遥感卫星联合使用可达到的效果，分析了军地遥感卫星联合 使用的4种程度，对遥感卫星联合使用中的关键问题进行了阐述，结合智能技术发展对遥感卫星系 统的未来进行了展望。
关键词：遥感卫星；军地联合；发展方向
中图分类号:T N 971
文献标志码：A
文章编号：1673-5692(2021)014)81^06
Research on Joint Use of Military and Civil Remote Sensing Satellites
X U Yi-qiao12, Z H A N G Zhan-yue' , W A N G Deng-lin, L I U Si-tong1'3
(1. Spa c e Engineering University, Beijing 101416, C h i n a ；
2. Beijing Institute of R e m o t e Sensing Information, Beijing 100192, C h i n a ；
3. Xi'an Flight A c a d e m y of Air F'orce, Xi'an 710306, China)
Abstract ： R e m o t e sensing satellites play a n irreplaceable role in supporting national strategic decision
m a k i n g , military operational planning, civil natural resources m a n a g e m e n t a n d c o mme r c i a l e c o n o m i c d e velopment. In order to solve the shortage of remote sensing satellite resources in military operations, i t is urgent to carry out research o n civil a n d comme rcial remot
e sensing satellites supporting military space reconnaissance operations. This paper probes into the effects that c a n b e achieved by the joint use of military a n d civil remote sensing satellites, analyzes the four degrees of joint use of military a n d civil remote sensing satellites, e x p o u n d s the k e y p r o blems in the joint use of remo t e sensing satellites, a n d looks forw a r d to the future of rem ot e sensing satellite system c o m b i n e d with the d e v e l o p m e n t of intelligent technology.
韦伯
Key words ： remote sensing satellite ； military-civil integration ； d e v e lop m ent direction
〇引言
遥感卫星具有大面积同步观测、周期性重复覆 盖和不受地理条件限制等特点，可以方便及时地获
取各种信息，具备很高的军事使用价值和社会经济
效益。随着遥感技术的进步和卫星平台的发展，各 类民商遥感卫星的各项指标都在稳步提升，美欧等 发达国家的商业遥感卫星已经达到了以前军用遥感 卫星的空间分辨率标准，甚至部分小卫星星座的时间
收稿日期：2020-丨1-23 修订日期:2020-丨2-22
基金项目：军事学研究生资助项目（J Y2019C20
6)
822021年第1期
控制
右仝
军事星民用星商业星
测控运控系统
If !
地面应用系统W
；用户
软环境系统：战略规划、政策法规、标准规范等
1整体规划与行业标准—
I 平台 I
T 1 F 3I
fmc公司管理
数網
数传计划
数据传输系统
i f
数据处理系统
情报整编系统
网络共享平台
品评价
制造与服务系统
卫星制
运载制地面系统实验场总体论技术工造系统
造系统
制造系统
网系统
证系统
具系统
发展前景
硬环境系统：资金、人才、知识、技术资源等
技术支撑
分辨率已经超越了军用遥感卫星。美国的数字地球 公司（已被加拿大MDA 公司收购）的世界观测系列卫 星的可见光成像最高分辨率已经达到了 〇. 31 mm ；卡 佩拉公司的红杉系列雷达成像小卫星分辨率已经达 到0.5 m ，未来将形成由36颗卫星组成星座[2]；行 星公司的鸽系列卫星已经在轨几百颗，形成了高 时间分辨率的对地观测系统。针对民商遥感卫星系 统蓬勃发展的现状，如何高效联合使用军地遥感卫 星系统支援军事斗争准备和社会经济发展建设就成 为了亟需研究的课题。
1卫星遥感体系构成
狭义上的卫星遥感体系是遥感卫星数据生产者
和信息流的承载体与技术表现形式，具有信息系统 特征，一般由天基侦察卫星、测控运控系统、数据传 输系统和地面应用系统构成，是能进行遥感信息的 收集、传递、存储、加工、维护和使用的一体化系统。 而广义上则包括围绕该系统的科学研究、实验制造、 运行服务、政策法规、规范标准和用户需求等直接相 关的各个关联行业组成的业态总称[3]，如图1所示。
图1广义卫星遥感体系
从狭义的遥感卫星数据信息流角度分析，遥感 卫星体系在收到用户需求后，通过测控运控系统进 行侦察任务规划和任务管理控制，对目标进行过顶 观测，并将卫星观测信号转化为遥感数据；通过数据 传输系统将遥感数据传送给地面应用系统处理，形 成被观测目标的信息和情报/知识；最终根据遥感卫 星情报产品或用户反馈和新需求，进行下一步的观 测行动，形成一个循环相连的闭环。 从广义的卫星遥感体系运行发展角度分析，其不 仅包括了最终生产情报产品的系统运行功能，还包括 战略规划、政策法规、技术储备和资金人才等一系列 软硬件环境和运载发射系统、卫星与地面系统制造系 统等。广义的卫星遥感体系决定了狭义卫星遥感体 系的发展高度和效能发挥，军地遥感卫星的联合使用 问题研究应基于狭义的卫星遥感体系解决现有应用 问题，基于广义的卫星遥感体系展望未来应用场景。
2军地联合的优势和不同程度
2.1联合使用优势
我们约会吧2013
军地遥感卫星系统通常分为军事、公益和商业 三类，发展各有侧重，军事遥感卫星系统以国家安全 为宗旨，集成最先进的科学技术，具有极高的空间探 测分辨率；公益遥感卫星系统服务于人类社会可持 续发展，通过大区域观测实现全球覆盖，具有数据公
开共享的特点；商业遥感卫星系统以营利为目的，多 为小卫星系统，具有很高的性价比，数据、信息、知识 均能采用货币交换>4]。军地遥感卫星联合使用, 在支援国防安全的同时，也能提升国民经济建设，实 现战场市场双赢。
1)提升过境重访次数，增加情报威慑能力。随北城居
系
射
发载
运
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许益乔等：军地遥感卫星联合使用问题研究
83
着遥感卫星对地观测技术的不断突破，使得地面军 队隐蔽调动、部署、奇袭需要计算遥感侦察卫星过境 情况，利用卫星过境时间差或云雾、暗夜等不良天候 时机快速机动。遥感卫星应用市场的成熟逐步推动 商业遥感卫星蓬勃发展，各类小卫星星座不断在轨 组网，对地观测时间分辨率逐步提高，遥感卫星侦察 时长受能源、数据存储、地面站点布设等一系列条件 限制，但敌方不可能完全掌握遥感卫星任务实施具 体信息，通过军地遥感卫星系统的联合使用，可以大 大增强遥感卫星系统的情报威慑能力，提高对手隐 蔽突袭成本。
2) 节约星地站网资源，提升地面设施弹性。为 了兼顾军用遥感的高保密性、可靠性和商业公司的 低成本、高效率，美国与欧洲均采用军用和商用分开 的测控与数传管理体制[5-6]，但随着军地协同的不 断深人，美欧等国也出现了共用站点的情况，例如， 美地质勘探局的站网资源可以为美军服务[7]，意大 利“宇宙-地中海”卫星系统的3个用户地面站，分 别为意大利军方、民用和法国国防部管辖81。站网 资源层面，军为民服务，民商遥感卫星可申请使用军 用机动测控和数传站点；民为军服务，以民掩军建立 国外站点和获取技术支持。在符合保密要求的基础 上，通过联合使用实现单站多能、一网多用、外站共 用和并网互融，不仅可以使军地优势互补、运用互 补，更可以提高地面站网弹性，提升紧急情况备份处 置能力。
3)
推动民商遥感发展，实现卫星产业升级。遥 感卫星产业链条长、资金投入大、收益回报慢，尚未 形成面向用户的可行商业模式[9]和消费级的应用 市场[w]，多数国家商业遥感的客户是军队和政府部 门，以美国为例，其在商业遥感卫星运营收人62% 来自于军队订单。同时，军地遥感卫星联合使用 会促进有限范围内的军转民技术支持，如GeoEye 卫 星就是首个使用军用级全球定位系统（GPS )的非军 用卫星，这就是它的定位精确度比先前的其他卫星 高1.5倍，对地面的目标直接定位精度达到3 m 的 主要原因[~。因此，军地遥感卫星的联合使用不仅 利于军队航天侦察能力的进一步增强，更有利于遥 感卫星产业的蓬勃发展和产业升级，存在实现战场 市场双贏的经济基础。
2.2联合使用的四种程度
军地遥感卫星联合使用的程度，从低到高可依 次分为信息支援、多星协同、星地联合和一体使用四
个层次。其中，信息支援指军地遥感卫星系统各自 独立运行，军队和政府通过货币购买或等价交换的 方式向商业遥感卫星公司购买遥感卫星数据或者信 息服务，民商遥感卫星通过提供信息支援的方式向 军用遥感卫星提供支持；多星协同指军地遥感卫星 系统虽然依旧独自运行，但通过信息互通和协调沟 通，军地联合实现侦察载荷互补、提升侦察时间分辨 率；星地联合是指军地遥感卫星系统不仅在天基侦 察卫星资源方面联合实现共享共用，在地面测控和 数传站点方面也能协同一致、互为补充、联合
使用； 一体使用主要应用于战时，军地遥感卫星系统整合
所有星地资源、人力资源和算力资源，统一接收用户 需求、统一运行管理、统一任务调度，实现资源的最 优化整合、效能的最大化发挥。
可以看出军地遥感卫星联合使用的程度越高， 对民商遥感卫星公司的介人就越深，必然会对民商 遥感卫星公司的日常运营产生影响，因此，联合程度 由低到高对应的也是从“平时-急时-战时”不断 紧急的情况。平时用市场行为购买服务，急时视情 合理调用，战时按法征用，用后给予合理的经济补 偿。以美军为例，在近几场局部战争中，美军都征用 了民用及商业遥感卫星，用于目标侦察、毁伤效果评 估和气象保障，商业遥感卫星成为军用侦察卫星的 有效补充，大大提升了美军战时的航天侦察能 力[13]；目前，美军已经成为全球最大的商业遥感数 据客户，其地理空间情报局（NGA )通过“下一代观 测”计划，投资商业卫星公司研制生产高分辨率成
像卫星，从而获得该卫星的优先使用权[6]；美国国 防高级研究计划局（DARPA )推进的“黑杰克”项目 更是旨在利用通用的商业卫星平台搭载军用侦察载 荷，实现遥感卫星系统的军地深度融合[2]。
在指挥层面上，随着联合程度的不断加深，指挥 机构的权限也逐步增大，由军地遥感卫星的相互信 息支援到应急时的任务式指挥，再到战时的集中指 挥。在共用资源层面上，信息支援和多星协同程度 的联合主要是遥感卫星侦察数据的共享，星地联合 程度的联合主要还包括了测控资源和数传资源的共
用，一体使用程度的联合更是将人力资源和算力资 源的征用调用也包含在内。在数据共享层面上，信 息支援联合主要是共享作为遥感卫星数据产品的情 报/知识和需要观测目标的信息；多星协同程度的联 合需进一步共享遥感卫星的平台轨道信息和卫星状 态信息；星地联合程度的联合需进一步共享遥感卫 星探测目标的原始数据和测控数传资源信息；一体
842021年第1期
使用程度的联合需要共享所有信息。由于军事遥感 大多属于“黑航天”，保密级别较高，随着军地遥 感卫星的联合使用程度不断加深，需要共享的信息 也越来越多，军地遥感卫星联合使用时，以军方为主 导不但有利于信息的保密和流转，而且军队的快速 反应能力和高效组织架构也有利于应对紧急情况。
3联合使用中的关键问题
3. 1建立应急响应机制
建立应急响应机制，就是要明确军地遥感卫星 不同程度联合使用的启动时机、等级划分和基本原 则，明确应急响应的指挥体系、方案预案和运行机 制，确保民商遥感卫星公司能够快速反应、同步展 开、迅即应对，如图2所示。在平时，卫星联合使用 的程度主要在信息支援层次，民商遥感卫星可以
根 据自身情况合理安排侦照任务，军队采用商业市场 采购和资源等价交换等方式，寻求民商遥感卫星支 援保障；应急情况时，卫星联合使用的程度主要在多 星协同和星地联合层次，军队在视情合理调用的同 时，也需考虑民商遥感卫星公司的具体情况，力争将 其利益损失降低到最小；战时，卫星联合使用的程度
图2军地遥感卫星应急响应机制主要在一体使用层次，军队根据维护国家安全的使 命任务要求，综合考虑民商遥感卫星系统的体系组 成、技术指标和能力底数等情况对卫星资源进行征 用，并在任务完成后对调用征用的遥感卫星公司予 以合理的经济补偿。同时，为了充分凝聚军地合力，联合指挥机构需要依据应急响应机制和具体任务要 求，围绕用户情报保障需求明确指挥方式、组织力量 协同，联合指挥军地遥感力量，联合调度军地航天资 源，联合组织卫星侦察行动。
3.2统筹卫星发展规划
统筹卫星发展规划，就是要兼顾军地不同诉求，统筹安全和发展、战场和市场、军用和民用，统筹谋 划军地遥感领域的指导方针、建设目标和重大项 014，能够从商业市场采购的少量建设，商业市场 缺少的重点建设，大幅度调动民商遥感公司参与国 防事业的积极性，避免重复投资和烟囱效应。集中 先进科技和人力资金，军用遥感卫星系统主要追求 高空间分辨率、高光谱分辨率、快速响应时间等性能 指标；依托商业市场能力，通过“政策引导+订单支 持”的方式鼓励民商遥感卫星有序发展，如图3所 /
下；在天基系统层面实现单星多用、多星合用、载荷 并用和频率兼容，在站网资源层面实现单站多能、一
网多用、外站共用和并网互融，在应用系统层面实现 网络互连、多星规划、平台公用和多星运控，构建高 中低轨道立体配置、大中小卫星互为补充、各类别载 荷全面多样、境内外站网整体布局、军地卫星联合组 网运行的遥感卫星系统。这既是降低航天遥感资源 建设运行成本的重要举措，也是推进军用遥感卫星 系统分布式弹性部署发展的根本途径。
3.3统一各类标准规范
统一各类标准规范，就是要完善遥感卫星领域 军地技术标准管理，打破原有遥感卫星系统分头建 设的技术壁垒，实现信息系统设备接口和软硬件标 准统一、数据传输安全保密和通信协议统一、遥感数 据格式参数和分级分类标准统一，实现军地遥感卫 星系统星地资源可模块化配置组合、快速改建改造 互为备份使用、数据密级分级管理可靠，为遥感卫星 资源无障碍共享共用奠定技术基础。从而在信息支 援时，可提升数据实时传输速度，降低异源影像处理 难度；在多星协同和星地联合时，可加强侦察业务流 程管理，缩短应急任务响应时间；在一体使用时，可 迅速形成战时侦察能力，
拓展军地协同深度广度。为
2021年第1期许益乔等：军地遥感卫星联合使用问题研究85
发展规划层
(^)侧重安全
政策引导1
侧重发展
订单支持1
侧重战场
I
侧重市场
1
能力反哺
技术发展层
技术溢出
快速响应高安全性髙性价比应用场景创新髙分辨率高可雒性成熟技术应用降低成本
^创新应用
天基系统层通导遥-体开源多端口接入中高轨大型低轨微小型抗扰高保密辅助加强型快速机动变轨轨道维持能力弹性有冗余效能最大化
A A
站网资源层测控数传一体
扩充机动站点
商业站点租用
加强国际合作
应用系统层
通用应用终端
数据处理多源融合情报整编智能推送
通用管控服务
任务管理任务规划卫星控制健康管理
一体化云资源池
计算设备存储设备网络设备
图3军地遥感卫星发展规划
此，需要在国家层面提出相应技术标准，增强遥感卫
星军地联合使用观念、强化任务联合筹划能力、增多资
源联合运用手段，促使军地遥感卫星在信息通联、数据
融合、资源调度、任务管理、互相支援等方面充分沟通，
最终建立网络可互联、资源可共享、平台可通用、数据
可融合、任务可规划的军地一体化遥感卫星体系。
4技术体系和发展方向
4.1海量数据分析推动形成决策优势
随着民商遥感的不断发展和联合使用的程度不2018最新国旗法
断加深，遥感卫星数据类型日益多样、频谱范围不断
扩大，获取速度逐步加快、数据量指数增长，遥感卫
星数据已逐步具备海量、多源、异构的外部特征和高
辽宁省突发事件应对条例维、多尺度、非平稳内部特性，明显呈现出“大数据”
的特征[15]。利用人工智能技术对海量数据进行目
标检测、场景分类、语义分割、变化检测等[16_~自动
化处理和深度分析，提升信息挖掘能力和数据利用
效率，同时融合战场态势、敌方以往作战规律等用户
先验知识等，达到预测敌方作战行动、辅助作战决策
的效果，将“海量数据”转换为“数据优势”、“态势优
势”和“决策优势”D91 ，如图4所示。
智能分析先验信息
目标目标场景战场战场冃标
自动变化智能自然初始协同
识别检测分类环境态势关系
数据目标知识(历史目标部署
自动关系图谱
\广
活动作战数量
关联构建构建规律能力规模
战场智能辅助A
A
目标敌方
态势动态作战材质战法
预测演化决策细节训法
图4海量数据分析过程
4.2智能任务规划缩短任务响应时间
小卫星星座研制周期短、投资运行成本低，已经 成为商业资本进入遥感卫星领域的切入点和聚焦 点，国内外已经发射并继续发射大量的小卫星。在 军地遥感卫星星地联合或一体使用时，如何对数量 庞大的卫星星座快速任务规划、提升遥感星座利 用效率是必然需要面对的问题。智能任务规划需要 根据用户对地侦察需求，统筹天基遥感卫星、中继卫 星、地面站网资源状态等星地资源约束条件，结合被 观测目标上空气象信息、运动规律等，利用智能算法得出效益最优的的任务规划方案，并依据侦察结果 迭代更新后续侦察任务规划，减少任务管控的人工 依赖，提高任务响应速率。
4.3星上智能处理提高任务完成时效
随着军地遥感卫星空间分辨率和光谱分辨率的 不断提高，探测数据量呈指数级增长，遥感数据的存 储、星地数据的传输已成为制约遥感卫星执行紧急 任务和战场态势实时感知的重要因素。突破星地协 同的影像在轨实时辐射校正与几何定位、典型目标 在轨智能提取与变化检测、
影像数据在轨智能压缩、
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
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