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数据采集卫星星座(DCSS)系统

数据采集卫星系统的设计规划及海洋应用设想(上)

作者:罗冠辰 李亚平 陈宁宇(航天恒星科技有限公司)

引言

数据采集卫星系统(Data Collection Satellite System,DCSS)由低轨道DCS卫星星座、地面关口站、形式多样的终端组成,以广域分散的地面传感器获得的信息为数据来源,利用DCS卫星星座实现大地域高灵敏度信息感知。系统能够对数据进行采集、汇聚、处理、分发,通过对地面状态信息直接感知,实现对地高精度原位探测,具有地域覆盖性广、终端体积小、功耗低等特点,非常适用于解决远海数据近实时回传问题,具有巨大的应用潜力。DCSS星座系统作为海洋环境立体监测的重要技术和数据传输的必要手段, 它的研究发展对提升海洋立体监测能力具有关键作用。

党的“十八大”报告明确指出高度关注海洋、太空、网络空间安全,积极运筹和平时期军事力量运用,不断拓展和深化军事斗争准备,提高以打赢信息化条件下局部战争能力为核心的完成多样化军事任务能力;同时,还指出要优化国土空间开发格局,提高海洋资源开发能力,发展海洋经济,保护海洋生态环境,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国。因此,DCSS系统的建设符合党和国家的战略方针和发展目标。

一、DCSS系统设计规划

DCSS卫星的轨道高度低,飞行高度小于1000公里,具有传输延时短、路径损耗小等特点,由一定数量的多颗低轨小卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖。我国发展DCSS系统,可利用低轨小卫星对地球信息数据进行采集、传输、汇聚、处理和分发,实现地球状态信息的直接感知,为用户提供短数据通信和广播,以及数据采集服务。

1系统组成

参考通信卫星以及国外星座系统的设计方案,我国DCSS星座系统由地面段、空间段和用户段三部分组成。

图1  DCSS星座系统组成

空间段由数十颗低轨小卫星组成卫星星座。卫星可搭载DCS(Data Collection System)载荷,实现DCS数据的接收和转发。数十颗小卫星按照一定的星座构型进行全球部署,系统建成后可实现近实时的全球覆盖。

地面段包括网关站和中心站,卫星数据收发、卫星测控、数据分发和处理以及网络管理等基本功能,可实现与卫星间馈电链路的连接,终端接入鉴权、信道管理等运行控制,以及系统的运行管理维护。中心站除具备网关站功能外,还建有卫星操作中心、网络管控中心、数据处理中心,共同组成地面运控系统。

用户段主要由多种形式的数据采集终端组成,其根据不同的应用场景可分为微小终端、固定终端、移动终端、手持终端、抛撒终端等。终端集成了传感器和通信模块的功能,可将采集数据上传至过顶的卫星,同时可以接收业务广播数据和管理控制数据等信息。

由于卫星轨道高度低,传输损耗小,因此用户终端支持小型化、低功耗设计。

2信息流程

首先由部署在各处的数据采集终端通过传感器采集海洋、地震、森林、水文等监测数据,实现数据编码、调制和组帧。当卫星经过采集终端覆盖区域上空时,通过用户上行链路发送给卫星。终端同时具备链路层的功能,即按照某种机制自主选择接入信道。卫星根据终端ID对终端上传数据进行确认,实现数据的接收和数据格式的重新封装等功能。当卫星进入地面站的可视范围时将采集数据下传给地面站。地面站实现业务数据接收、分类和处理功能,通过行业专网、互联网(Internet)、移动通信网(PLMN)分发给行业、商业及大众用户。

此外,地面站还能将控制信息、数据接收确认信息、特殊广播信息进行汇聚处理上注卫星,数据由卫星推送至覆盖范围内的应用终端,实现双向通信功能。

3业务特点

我国建设DCSS星座系统,具有大容量、全球覆盖以及终端小型化、低功耗等特点。系统建成后,可支持千万量级的用户接入,为全球范围的用户提供近实时的数据采集和通信服务。系统支持短报文、语音数据包和图片等多种数据类型,通信速率可根据用户需求和传输数据类型分为高速、中速和低速通信三档,以低速短报文通信为主。通信模式分为单项和双向,用户可根据自身业务特点选择定时通信和不定时通信。

4建设方案

我国目前尚无低轨通信卫星星座系统。参考国外成型系统的建设情况来看,由于DCSS系统由多颗小卫星及地面配套设备组成,结构复杂,系统建设工作量巨大,成本较高,因此应选择循序渐进的方式,根据市场调研情况,兼顾系统的成本与效能,进行分阶段建设。

系统建设初期主要为系统设计和试验验证阶段。该阶段发射数颗卫星,可支持区域性和非实时性的业务应用,验证系统设计的可行性,评估系统应用效能,为整个系统建设打好基础。

初期建设目标达成后,则进入星座部署和交付运营阶段。该阶段将继续发射剩余几十颗卫星,完成整个星座部署,实现全球覆盖并交付运营,为用户提供服务。

二、DCSS的海洋应用设想        

1应用领域

DCSS可为远海数据的近实时回传提供有效通信手段,在海洋水文气象监测、生态环境监测和海岛保护监测等方面有巨大应用潜力。

(1)水文气象监测

由广泛部署于远海海域的数据采集终端对海洋水深、水温、盐度、海流、波浪、水色、透明度、海冰、海发光、潮位等水文监测要素进行监测,采集数据通过定时模式,每10分钟至半小时向卫星发送一次数据。所有海洋环境监测数据都将通过卫星发送至地面站,最终分发给行业用户进行数据处理,便于及时掌握远海环境状况,同时也有利于海洋科学研究。

此外,系统也可进行台风、风暴潮、海啸、海冰等海洋气象灾害监测,此时工作模式为不定时突发模式。

(2)生态环境监测

生态环境监测要素主要有电导率、溶解氧、酸度、化学耗氧量、生化需氧量、放射性物质、特殊离子、溢油等,宏观上讲主要针对赤潮、浒苔等生态灾害防御、渔业灾害、核灾、油灾等监测。数据采集终端以定时或随机的方式进行数据采集,一旦指标高于预警值,则通过突发模式将数据上传至卫星。由DCSS系统将信息传输至海洋部门进行灾害预警和救援。

(3)海岛保护与监测

由部署在远离大陆的海岛和岛礁的终端,监测海水潮位、岛上气候等信息,支持海岛无人值守和现场勘查等工作。也可为登岛人员提供位置数据和短报文数据通信服务,提高海洋部门对我国海岛的保护和管理能力,支撑我国南海建设以及“一带一路”战略发展。  

2应用模式

根据海洋应用业务类型和用户的不同需求,DCSS系统可为海洋领域提供的应用模式主要由三种:传输通道模式、原始数据模式和增值服务模式。

(1)传输通道模式

作为地面网络的有效补充,DCSS系统为广域信息感知和数据传输提供了高可靠的数据传输通道。DCSS可与海洋浮标等现有终端设备良好兼容,海洋行业部门可直接租用卫星数据传送通道,由海洋卫星应用中心或海洋行业信息化专管部门负责卫星数据的接收、存储、处理、分发及应用。

(2)原始数据模式

DCSS可实现数据采集和分发,为海洋行业部门提供采集数据。监测数据经卫星传输后由DCSS中的地面站子系统负责接收,再通过网络管控中心子系统将原始数据分发至海洋行业内部专网。

(3)增值服务模式

DCSS还可为海洋领域的企业和大众用户提供增值服务。数据落地后由DCSS数据处理中心子系统进行数据处理。数据可接入地面移动通信网或互联网,用户所需的信息将通过短信、email等形式发送给用户,用户也可登陆应用服务平台查看信息。

3应用优势

基于DCSS系统的自身特点,在海洋应用中系统具有如下优势:

(1)系统容量大

整个星座由几十颗低轨卫星组成,时间分辨率高,除两极地区外均可保证信息的实时回传。系统可容纳千万量级的用户,单星可支持数百个终端同时接入,可满足数据采集浮标和考察船、监测船等数据传输需求。

(2)覆盖范围广

DCSS星座可实现全球范围覆盖,作为地面网络和近岸系统的有效补充,DCSS将弥补在远海信息采集方面通信手段的不足,在远海数据回传方面应用潜力巨大。

(3)安全性高

DCSS采用我国自行设计的通信体制,由我国自主开发并负责运营,卫星数据落地由我国自行接收和处理,极大保障了信息的安全性。

(4)终端小型化

DCSS卫星轨道高度较低,通信链路长度较短,信号衰减小,终端无需配备较大增益的发射天线,有利于海洋浮标和监测船舰载终端的小型化低功耗设计。

三、结论与建议      

党的十八大报告指出,要优化国土空间开发格局,提高海洋资源开发能力,发展海洋经济,保护海洋生态环境,坚决维护国家海洋权益,建设海洋强国。作为远海环境监测和数据通信的必要手段,DCSS具有大容量、全球覆盖以及终端小型化、低功耗等特点,在海洋应用中有着巨大的应用潜力。从国家战略的角度出发,建议尽快启动DCSS星座系统建设,填补国内空白,为保护海洋生态环境、维护国家海洋权益、建设海洋强国做出应有贡献。



中国农业发展银行一行来我院调研

时间:2016年06月20日 信息来源:中国空间技术研究院

6月4日,中国农业发展银行投资部总经理田丰一行调研我院,张洪太院长主持了调研活动,刘旭东总会计师、李忠宝副院长等相关领导参加了调研。

张洪太院长首先向田总的来访表示热烈欢迎,并对五院的整体情况进行了介绍,经产部向来宾介绍了五院军民融合情况和相关项目。田丰总经理对农发行的性质、职能定位进行了详细介绍,又介绍了中国农发重点建设基金的定位、导向和运作情况。最后田丰总经理还结合国家发改委批复的2016年第二批农发重点建设基金投资的军民融合项目进行了说明。

他表示,五院作为中国空间技术的国家队,代表我国高科技发展的未来,前景广阔,农发行愿意开展与五院的深度对接,助力航天发展,以各种投资方式,全方位的满足五院投资资金的需求,并依托国家产业扶持政策,行使国家政策银行的职能,提供各种优惠贷款。

最后,双方就五院正在开展的一些军民融合项目开展了具体的讨论,双方对DCSS系统、商业遥感卫星系统、产业园建设、绿色能源改造、精准农业等项目表达了合作意愿。通过此次交流,双方明确了后续发展思路,进一步为发挥各自优势、紧密合作打下了坚实基础。


腾讯科技有限公司领导到访我院

       近日,腾讯科技有限公司王巨宏副总裁及研发管理部相关领导一行到访我院。李忠宝副院长、科研生产部、经营产业部、中国卫星、航天东方红、航天恒星等单位的领导和相关人员参加了此次交流。

  王巨宏副总裁一行参观了院会展中心展厅和航天技术应用产业展厅,听取了我院航天技术应用产业情况及数据采集卫星星座(dcss)系统、智慧城市等重点项目介绍,对我院航天技术40多年来发展取得的巨大成就表示由衷的敬佩。

  王巨宏副总裁介绍了腾讯公司的基本情况及在智慧城市及数据采集方面开展的工作,希望与我院在智慧城市规划建设等方面开展合作。

  李忠宝副院长表示腾讯公司是我国互联网领域的龙头企业,有着深厚的技术积累、广大的用户群和极强的产品,拥有智慧城市建设重要的大众入口资源,双方合作空间广阔。五院将充分利用航天技术转化形成的优势技术和产品与腾讯公司在智慧城市规划建设、数据采集等方面开展合作,积极促进航天技术应用推动智慧产业发展。

  最后,双方表示将进一步加强交流和沟通,建立长期沟通机制,在把握需求充分对接的基础上明确合作项目和实施途径,促进航天技术更好地服务于智慧城市建设,实现合作共赢。


五院成功召开数据采集卫星系统技术及应用发展高端研讨会

        为了进一步推动数据采集卫星系统(dcss)工程建设和产业发展,促进技术及应用交流,充分听取各方面专家和用户对dcss系统技术及应用发展的意见和建议,受国防科工局系统工程一司委托,2015年2月6日,中国卫星应用产业协会、中国电信集团卫星通信有限公司、航天五院联合主办的“数据采集卫星系统(dcss)技术及应用发展高端研讨会”在五院成功召开。孙家栋院士、王礼恒院士、戚发轫院士,国防科工局系统一司赵坚副司长,工信部无线电管理局、国家无线电监测中心等机关部门领导,减灾、环保、水利、林业、地震、气象、海洋、武警、电网、石油、物流、国家安全等行业的专家,以及中咨公司、航天投资的代表出席了会议。航天科技集团公司宇航部、经济合作部,八院、卫通公司、长城公司,五院李开民书记、李忠宝副院长及五院发展计划部、经营产业部、通信卫星事业部、中国卫星、航天东方红、航天恒星、深圳东方红等相关单位领导参加了会议。

  会上,五院作了dcss系统及应用专题报告,从dcss项目背景、国内外发展情况、系统定位与需求调研、工程总体技术方案、系统建设实施方案以及发展思路和建议等方面作了详细介绍。与会代表针对dcss系统的技术方案、应用前景、典型应用模式、商业运行模式等进行了充分研讨和交流。

  李开民书记代表五院向与会的领导、专家和用户对dcss系统给予的支持表示感谢,表明了五院坚定承担和推动该系统建设的信心和决心,并建议国防科工局、集团公司牵头推进项目落实,尽快立项,五院做好系统技术方案和商业运营方案的深入论证。

      数据采集卫星系统(data collection satellite system,简称dcss),由低轨小卫星星座、地面关口站以及形式多样的用户终端组成,以广域分散的地面传感器获得的信息为数据来源,利用小卫星星座实现大地域信息感知,为用户提供短数据采集、短报文通信、信息广播、卫星ais(automatic identification system,船舶自动身份识别系统)等多种服务。国外已建成多个专用dcss系统,技术成熟,运行稳定。而国内尚无专用的数据采集卫星星座系统。目前dcss已纳入《国家空间基础设施中长期发展规划》。按照科工局的部署,由航天五院负责牵头开展立项论证工作,自论证以来,各级领导非常关心和重视,多次听取专题汇报,经过一年多的深化论证,目前项目已进入到最后的立项倒计时阶段。


数据采集(DCSS)星座系统技术及应用发展高端研讨会成功举行

  2月6日,由中国卫星应用产业协会、中国电信卫星通信公司、中国空间技术研究院在京联合举办了“数据采集卫星系统(DCSS)技术及应用发展高端研讨会”。著名航天专家孙家栋、王礼恒、戚发轫院士出席会议并讲话。国防科工局、中国航天科技集团、中国空间技术研究院、航天东方红卫星公司和国家部委大用户单位及评估机构、投资机构的有关领导、专家60余人,济济一堂,围绕数据采集卫星系统(DCSS)的应用发展、市场前景和顶层方案、建设规划等议题,发表了真知灼见,提出了中肯的意见和建议。  

  王礼恒、孙家栋、戚发轫院士一致表示:非常高兴参加这次会议,非常支持数据采集星座系统科研立项。三院士指出,当今信息时代,大数据来临,利用卫星采集数据,需求量越来越大。信息多元化,符合整个社会发展的要求。推动航天发展,要走联合、开放、市场化的路子,在更广领域培育、开发市场。面向行业,面向公众,创造需求,引领消费。搞好顶层设计,分阶段实施;从应用入手,逐步覆盖全球。要创新融资模式,吸引社会资本进入高端技术领域。发展星座系统,坚持军民结合,寓军于民,平时以民用为主,战时转入军用,确保国家战略安全利益。中国电信集团卫星通信公司吕子平总工程师赞同DCSS总体方案、应用模式和对市场的分析,建议抓紧立项上马,前期做好投资规划、技术验试等工作,推动项目加快进展。

  国防科工局系统一司赵坚副司长讲话,感谢德高望重的院士和专家对DCSS项目的支持。他指出,DCSS项目十分重要,要坚持以需求为牵引,全面推动、落实,通过攻关、审核,尽快立项。要准确把握项目定位、技术指标、市场需求,为开发、扩大市场奠定基础。他强调,要开创新的应用模式,包括民用、商用、军用,体现体制机制改革的精神。 

  中国空间技术研究院李开民书记、李忠宝副院长发言指出,DCSS系统是在卫星应用领域填补国家空白的大项目,对落实中央“一带一路”战略具有重大意义。通过研讨,进一步坚定了五院承担和推动这一项目的信心和决心。当前,技术、能力已经成熟,要进一步细化商业运作方案。他们表示,在上级领导机关的支持下,在相关科研生产单位共同努力下,扎实推进这一项目,有决心有信心把任务完成好。

  中国航天科技集团杨之浩、谢云副部长发言表示,要提高对项目的紧迫性、重要性的认识,做好由制造商向服务商的转变,进一步开放市场,加强国际合作。

      中国卫星应用产业协会副会长兼秘书长侯庆国发言指出,坚决支持DCSS项目早上快上,尽早启动,抢占先机。建议以DCSS为突破口,建立志同道合的产业联盟,形成合力,扩大国内外市场。他并建议成立中国卫星应用产业基金,支持卫星应用产业持续、健康发展。

  国家无线电监测中心,民政部、水利部、林业局、地震局、海洋局、外交总台、电网公司、中石油、中远集团和武警司令部的有关专家、领导,都结合自身领域的业务和应用需求,提出了建设性的意见和建议。出席会议的评估机构、投资机构的领导和专家都对DCSS项目表示支持。研讨会取得了圆满成功。研讨会由协会高级专家闵长宁主持。


深圳市短数据通信微小卫星工程技术研究开发中心

       近年来,中心承担总装备部、国家863、航天科技集团公司、航天五院、省市级项目20多项,公司作为国内唯一一家专注于微小卫星研制的卫星总体单位,中心参与了多颗微小卫星的工程实施,积累了丰富的微小卫星研制经验,其研制的XX-4卫星和XY-1卫星已在轨运行,完成了二十几项空间技术进行验,飞行试验任务圆满完成,另外中心目前正在开展微小卫星星座项目设计和研究。同时中心承担了国家“623专项”DCSS数据采集卫星星座与系统研究、中国空间技术研究院高性能微小卫星公用平台研制、航天科技集团公司微小卫星星载电子系统标准接口与标准协议研究、国家军863重大专项“XX空间XX总体技术研究”等宇航预研任务。中心公开发表论文30多篇,累计申请专利14项,软件著作权18项。

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