基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法及系统与流程

本发明涉及航天器自主对抗技术领域，特别涉及一种基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法及系统。

背景技术：

空间态势感知是指对所有发生在空间的事件、威胁、活动以及各类空间系统当前状态的了解与感知，进而可以使指挥决策和操作人员能够获取并维持在激烈太空博弈中的空间优势。从广义上讲，暂时飞过太空的弹道导弹、高低轨工作的卫星、废弃卫星和空间碎片、近地空间的各类微流星等都是空间态势感知的对象。

导航卫星作为一种高价值空间设施，运行在近地空间的中、高轨道，不易受到地面制导武器、高能武器的攻击，但不排除受到空间碎片或天基反卫星武器的侵扰和打击。导航系统存在信道公开、信息格式公开、信号频率公开、编码方式公开等特点，在具备强大的导航位置服务能力的同时，也极易受到各种类型的攻击。为了提高导航系统的生存能力，有必要提升导航卫星的防御能力，有效抵抗、化解潜在的恶意干扰与破坏，从而保证准确、可靠的导航定位服务能力。

随着国际斗争形势的复杂，原本应该平静的地面以上两万公里的”净土”，也越来越多地出现了大国军事争霸的影子。1997年美军提出空间对抗的概念，将其定义为：阻止敌方使用卫星导航信息，保证己方和盟友部队可以有效地利用卫星导航信息，同时不影响战区以外区域和平利用卫星导航信息。目前美国已形成由专用、兼用、可用三类探测器组成的太空监视系统—太空监视网；而国内的研究大多针对天基及地基目标监视，监视的数据没有有效汇总到统一的平台，进行统一管理，应用于空间设施的自主生存。所以，基于态势感知的高价值空间设施自主对抗技术已成为近年来航天领域发展的重要方向。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法及系统，以解决现有的导航卫星极易受到空间碎片或天基反卫星武器的攻击的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法，包括：

多个导航卫星通过宽视场光电探测载荷及高探测灵敏度的电磁环境监测载荷，实时探测无先验信息的目标，以对空间碎片和非合作目标进行态势感知，获取态势感知信息；

多个所述导航卫星通过星间链路进行所述态势感知信息的星间互传；

多个所述导航卫星通过星地链路将所述态势感知信息发送至地基空间监视系统；

所述地基空间监视系统根据所述态势感知信息形成预警信息，并将所述预警信息发送至运控系统；

所述运控系统将所述预警信息发送至所述导航卫星；

多个所述导航卫星通过所述星间链路及所述星地链路构建天地一体化信息网络，以实现任意环境、任意时刻、任意两点间端到端的信息共享；

所述导航卫星通过天地一体化信息网络，增强所述态势感知信息的可靠性和存活能力抵御敌方的攻击；

所述导航卫星接收到所述预警信息后，进行电磁辐射屏蔽及伪装，以提高所述导航卫星的存活能力和机动能力。

可选的，在所述的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法中，还包括：

所述导航卫星结合空间目标及电磁环境监测能力构建星载智能多元态势感知数据处理系统；

所述星载智能多元态势感知数据处理系统获取所述光电探测载荷及所述电磁环境监测载荷探测的态势感知信息；

所述星载智能多元态势感知数据处理系统获取所述地基空间监视系统的地面支持数据和预警信息；

所述星载智能多元态势感知数据处理系统获取其他导航卫星发送的多星监测数据和态势感知信息；

所述星载智能多元态势感知数据处理系统根据态势感知信息、地面支持数据、预警信息和多星监测数据，形成天地海量数据；

所述星载智能多元态势感知数据处理系统对所述天地海量数据进行分析，预测空间碎片和非合作目标的轨迹，识别空间碎片和非合作目标的表面特征，自主确定空间碎片和非合作目标的威胁等级，生成和播发预警信息，产生规避策略，控制星载大推力发动机机动规避。

可选的，在所述的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法中，还包括：

所述星载智能多元态势感知数据处理系统根据所述多星监测数据，对来自地面和空间的电磁干扰进行分析，自主确定干扰特征，以及定位干扰源位置，生成和播发相关信息，自主生成抗干扰应对策略并实施。

可选的，在所述的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法中，还包括：

所述光电探测载荷探测可见光、红外、多光谱和超光谱，以提供米级观察和光学空间目标；

在所述导航卫星上安装相控阵雷达，所述相控阵雷达对非合作目标进行预警，对非合作目标进行搜索、捕获和跟踪，提供准确的目标轨道和特征数据，当导航卫星受到威胁时进行预警。

可选的，在所述的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法中，还包括：

导航卫星上建立快速攻击识别探测与报告系统，以进行星地联合干扰检测及干扰防护；

所述快速攻击识别探测与报告系统配备电磁环境监测载荷以及高速信息处理网络；

所述电磁环境监测载荷对低轨的非合作目标进行探测，当导航卫星收到非合作目标的干扰信号时，所述电磁环境监测载荷监测所述干扰信号的频率和功率并评估所述干扰信号，向导航卫星和地基空间监视系统提供预警信息；

所述高速信息处理网络配备spacewire高速总线，进行所述态势感知信息的实时传播，并让导航卫星具备与地基监视系统快速协同能力；

所述快速攻击识别探测与报告系统通过在轨重构功能应对不同干扰环境下的电磁监测及目标定位。

可选的，在所述的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法中，还包括：

在所述导航卫星上安装高速数据传输网络、高效率星内传输协议及高效率星间传输协议，进行态势感知信息星间高速互传，完成星内以及星间任意网络节点的态势感知信息及时传输；

利用不同轨道上的导航卫星进行多重覆盖，实时快速地将大量的监测目标与背景特性测量数据传送到地基空间监测系统，进行统一调度和指挥，对可能威胁做出响应。

可选的，在所述的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法中，

所述地基空间监视系统对所述态势感知信息进行编目和分析，以形成预警信息。

本发明还提供一种基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存系统，包括：

多个导航卫星，被配置为通过宽视场光电探测载荷及高探测灵敏度的电磁环境监测载荷，实时探测无先验信息的目标，以对空间碎片和非合作目标进行态势感知，获取态势感知信息；

多个所述导航卫星，还被配置为通过星间链路进行所述态势感知信息的星间互传；

多个所述导航卫星，还被配置为通过星地链路将所述态势感知信息发送至地基空间监视系统；

所述地基空间监视系统，被配置为根据所述态势感知信息形成预警信息，并将所述预警信息发送至运控系统；

所述运控系统，被配置为将所述预警信息发送至所述导航卫星；

多个所述导航卫星，还被配置为通过所述星间链路及所述星地链路构建天地一体化信息网络，以实现任意环境、任意时刻、任意两点间端到端的信息共享；

所述导航卫星，还被配置为通过天地一体化信息网络，增强所述态势感知信息的可靠性和存活能力抵御敌方的攻击；

所述导航卫星，还被配置为接收到所述预警信息后，进行电磁辐射屏蔽及伪装，以提高所述导航卫星的存活能力和机动能力。

在本发明提供的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法及系统中，实现了导航卫星具备对空间目标或电磁干扰源进行系统、连续监测和信息收集的能力，整合对目标的多属性、多时间段、多观测源，甚至地面系统的数据，经星上自主数据处理，对目标的位置、速度、温度场、尺寸、形状以及表面特性等进行识别，产生的预警信息通过星地、星间链路向地面系统和其他卫星播发，并自主确定目标威胁等级，进而生成规避、抗干扰等相关策略，调动星上资源实施。

附图说明

图1是本发明一实施例基于多元态势感知的导航卫星天地一体化系统示意图；

图2是本发明一实施例基于多元态势感知的导航卫星星内示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法及系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本发明的核心思想在于提供一种基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法及系统，以解决现有的导航卫星极易受到空间碎片或天基反卫星武器的攻击的问题。

目前对于导航卫星这种高价值空间设施来说，靠近的空间非合作目标是重大安全威胁之一，其中包括被控制的飞行器、微流星、空间碎片以及飞行器发射的动能武器。针对这些安全威胁，导航卫星目前设计的不足之处在于：

缺乏对非合作目标的预警；抵近的非合作目标如果是人造飞行器，一般具有规则的外形、有规律可循的轨道特征，以及一定的机动性；其内部电子器件的工作及散热，使其表面具有一定的红外特征；维持机动性的推进系统，使其具有一定的尾流和红外特征；虽然进行了小微型设计，其尺寸也至少在立方分米以上。这些特征，在导航卫星附近数百公里以内，有可能被星载的光学或微波雷达设备捕获，但目前导航卫星不具备识别其形状、表面状态、温度场等特征，并汇集这些特征发送给地基监视系统的能力。

缺少对动能武器规避的能力；抵近卫星的敌方飞行器，有可能发射具有相当速度的”冷”武器，依靠高速撞击对导航卫星产生杀伤，和微流星一样，具有体积小、红外特征不明显的特点。其轨道具有明显的定向特征，材料大概率由金属组成。目前导航卫星对于此类威胁，不具备及时识别威胁的雷达设备进行侦察和预警，也未配置瞬时大推力变轨装置，提供足够的机动能力以躲避飞速而来的威胁。

对电磁干扰的应对不足；目前，导航卫星涉及频段的电磁环境监测已有小型化、较成熟的产品。然而，目前导航卫星不具备自主处理多星侦测数据，形成定位结果，供邻星设备调用的技术，也不具备自主生成相应抗干扰的对策，如关闭被干扰信道、卫星自主进入自主运行模式、改变通信频点等，以保证被干扰期间仍能提供高质量的导航服务。

本发明需要解决的问题是，克服现有技术的不足，提出下一代导航卫星需具备对空间目标或电磁干扰源进行系统、连续监测和信息收集的能力，整合对目标的多属性、多时间段、多观测源，甚至地面系统的数据，经星上自主数据处理，对目标的位置、速度、温度场、尺寸、形状以及表面特性等进行识别，产生的预警信息通过星地、星间链路向地面系统和其他卫星播发，并自主确定目标威胁等级，进而生成规避、抗干扰等相关策略，调动星上资源实施。

为实现上述思想，本发明提供了一种基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法，包括：如图1所示，多个导航卫星通过宽视场光电探测载荷及高探测灵敏度的电磁环境监测载荷，实时探测无先验信息的目标，以对空间碎片和非合作目标进行态势感知，获取态势感知信息；多个所述导航卫星通过星间链路进行所述态势感知信息的星间互传；多个所述导航卫星通过星地链路将所述态势感知信息发送至地基空间监视系统；所述地基空间监视系统根据所述态势感知信息形成预警信息，并将所述预警信息发送至运控系统；所述运控系统将所述预警信息发送至所述导航卫星；多个所述导航卫星通过所述星间链路及所述星地链路构建天地一体化信息网络，以实现任意环境、任意时刻、任意两点间端到端的信息共享；所述导航卫星通过天地一体化信息网络，增强所述态势感知信息的可靠性和存活能力抵御敌方的攻击；所述导航卫星接收到所述预警信息后，进行电磁辐射屏蔽及伪装，以提高所述导航卫星的存活能力和机动能力。

针对国际上空间对抗的威胁，导航卫星有必要进行基于多元态势感知的自主生存技术的研究，该技术的设计方案从安全防护方式上可分为两种：被动式和主动式。所谓被动式防护，即通过增强导航卫星的可靠性和所提供信息的存活能力来抵御敌方的攻击。被动式防护可采取的措施包括提高卫星器件的存活能力和卫星机动能力，采取电磁辐射屏蔽以及伪装等。在主动式方面，要求它具备探测、跟踪、识别、拦截和破坏对方攻击力量的能力。

作为空间态势感知的基础，导航卫星可通过星间以及星地链路构建天地一体化信息网络，以实现任意环境、任意时刻、任意两点间端到端的通信和信息共享。导航卫星配备宽视场的光电探测载荷以及高探测灵敏度的电磁监测载荷，及时探测无先验信息的目标；利用高、低速两套总线实现态势感知信息在星地和星间的快速收发以及星内感知信息的实时传输，并将此信息通过星间链路或星地链路快速传达到地面进行编目，协同地面对目标进行分析，具备快速伺服反应能力形成预警信息，由地面上行实时告警，提升卫星自主生存的能力。

在本发明的一个实施例中，所述的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法还包括：所述导航卫星结合空间目标及电磁环境监测能力构建星载智能多元态势感知数据处理系统；所述星载智能多元态势感知数据处理系统获取所述光电探测载荷及所述电磁环境监测载荷探测的态势感知信息；所述星载智能多元态势感知数据处理系统获取所述地基空间监视系统的地面支持数据和预警信息；所述星载智能多元态势感知数据处理系统获取其他导航卫星发送的多星监测数据和态势感知信息；所述星载智能多元态势感知数据处理系统根据态势感知信息、地面支持数据、预警信息和多星监测数据，形成天地海量数据；所述星载智能多元态势感知数据处理系统对所述天地海量数据进行分析，预测空间碎片和非合作目标的轨迹，识别空间碎片和非合作目标的表面特征，自主确定空间碎片和非合作目标的威胁等级，生成和播发预警信息，产生规避策略，控制星载大推力发动机机动规避。

在本发明的一个实施例中，所述的基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法还包括：所述星载智能多元态势感知数据处理系统根据所述多星监测数据，对来自地面和空间的电磁干扰进行分析，自主确定干扰特征，以及定位干扰源位置，生成和播发相关信息，自主生成抗干扰应对策略并实施。

导航卫星可结合目前空间目标、电磁环境监测的技术能力及未来若干年的发展趋势，构建星载的基于地面系统和导航卫星星座支持的智能多元态势感知数据处理系统。该系统包含光电探测载荷以及电磁环境监测载荷，通过对天地海量数据的处理和分析，具备预测空间非合作目标轨迹，识别其表面特征的能力，并可自主确定其威胁等级，进而生成和播发预警信息，产生规避策略，利用星载大推力发动机机动规避；对于来自地面和空间的电磁干扰，数据处理系统根据多星监测数据，自主确定干扰特征，以及定位干扰源位置，生成和播发相关信息，自主生成抗干扰应对策略并实施。

导航卫星获取态势感知信息实现自主生存的主要手段如下：

光电探测侦察技术：导航卫星上安装光电探测载荷(探测可见光、红外、多光谱和超光谱)，用于提供米级观察和光学空间目标，及时生成识别数据；安装相控阵雷达用于非友目标预警，对目标进行搜索、捕获和跟踪，提供准确的目标轨道和特征数据，当卫星系统受到威胁时进行预警；配置大推力的发动机，根据威胁的类型及危险程度,灵活采取措施进行规避。

星地联合干扰检测及防护技术：导航卫星上建立快速攻击识别探测与报告系统，该系统配备电磁环境监测载荷以及高速信息处理网络。其中，电磁环境监测载荷用于低轨非友目标的探测，当导航卫星受到敌方恶意侵扰时，可监测干扰信号的频率、功率等参数,提供攻击告警、威胁识别和表征，并快速评估攻击，向地面站工作人员提出预警信息，协助地面站更好地操作和解读从卫星上下载的数据,以便确定卫星是被袭击还是受到太空环境影响,并由此作出决策；高速信息处理网络配备spacewire高速总线，用于感知信息的实时传播，并让导航卫星具备与地基监视系统快速协同工作的能力；另外，快速攻击识别探测与报告系统还应具备在轨重构功能，以应对不同干扰环境下的电磁监测及目标定位。

态势感知信息星间高速互传技术：如图2所示，导航卫星上设计高速数据传输网络以及高效率的星内、星间传输协议，保证星内以及星间任意网络节点的感知数据可以及时有效地进行传输，利用不同轨道上的卫星实现多重覆盖，实时快速地将大量的监测目标与背景特性测量数据传送到地基空间监测系统，进行统一的调度和指挥，对可能的威胁做出及时有效的响应。

本发明提出的一种基于态势感知的高价值空间设施自主生存技术，包括：在导航卫星上安装光电探测载荷和相控阵雷达，用于非友目标的探测以及导弹的预警；在导航卫星上安装大推力的发动机，根据星地联合探测数据，辨别威胁的等级，进而进行有效的规避；在导航卫星上建立快速攻击识别探测与报告系统，可用于探测空间电磁干扰，协同地面确定卫星是被袭击还是受到太空环境影响,并由此作出决策；导航卫星上建立的快速攻击识别探测与报告系统具备在轨可重构的能力，以应对不同干扰环境下的电磁监测及目标定位；导航卫星通过高速数据传输网络，汇聚多星电磁监测数据，形成定位结果，在具备自主处理能力的基础上，还能供邻星设备调用，在星间形成网络化的共享数据，又能通过星地高速链路下传到地面，供地面进行统一的调度和指挥。

综上，上述实施例对基于多元态势感知的高价值空间设施自主生存方法及系统的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。