■ 李 棟 董正宏 劉曉昂 龔 婕

（1.航天工程大學(xué)；2.中國(guó)人民解放軍32142部隊(duì)；3.清華大學(xué)）

部隊(duì)傳統(tǒng)的信息保障模式受到技術(shù)及體制限制，無法實(shí)現(xiàn)情報(bào)信息的實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)大范圍獲取，偵察行動(dòng)多為獨(dú)立活動(dòng)且手段方式比較單一；此外，受到層級(jí)關(guān)系、跨軍兵種等因素影響，軍用天基信息的獲取在時(shí)效性、可用性等方面存在嚴(yán)重缺陷。因此，研究商業(yè)遙感衛(wèi)星在部隊(duì)的應(yīng)用情況，能夠進(jìn)一步豐富戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知手段，拓展戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知范圍，增強(qiáng)部隊(duì)在戰(zhàn)場(chǎng)空間的情報(bào)信息獲取能力。目前，國(guó)內(nèi)尚沒有類似的軍民兩用遙感衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)，本文從分析我國(guó)商業(yè)遙感衛(wèi)星保障能力出發(fā)，借鑒通用遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用模式，構(gòu)建了商業(yè)遙感衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程和組成框架，打通了商業(yè)遙感數(shù)據(jù)應(yīng)用于部隊(duì)單元的信息鏈路。

一、國(guó)內(nèi)外商業(yè)遙感衛(wèi)星在軍用、民用領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

軍民融合是世界主要國(guó)家發(fā)展軍事實(shí)力的必然選擇，美國(guó)、俄羅斯、歐洲等主要國(guó)家和地區(qū)在長(zhǎng)期發(fā)展中探索出一條適合本國(guó)國(guó)情的軍民融合發(fā)展道路。隨著當(dāng)代科技進(jìn)步和軍事變革的發(fā)展，軍民兩用技術(shù)在衛(wèi)星領(lǐng)域深度融合，不斷創(chuàng)新發(fā)展，推動(dòng)了軍民“一體化”衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

（一 ）國(guó)外“民參軍”現(xiàn)狀

與滿足未來軍事行動(dòng)需求的需要相比，目前的空間偵察保障能力尚存在較大差距，而商業(yè)遙感衛(wèi)星的性能指標(biāo)、快速反應(yīng)能力及客戶服務(wù)水平不斷提升，為滿足不斷發(fā)展的軍事需求提供了更佳選擇，其根本原因是空間遙感技術(shù)具有軍民兩用性。

美國(guó)在遙感衛(wèi)星領(lǐng)域的發(fā)展模式是軍民一體化發(fā)展，基本方式主要包括買斷優(yōu)先使用權(quán)、租賃部分使用權(quán)、以民掩軍等，創(chuàng)新方式則包括鼓勵(lì)探索在非軍用載荷領(lǐng)域部署更多的軍用載荷，以增強(qiáng)美軍太空偵察體系的抗毀性等。美國(guó)政府制定了符合本國(guó)國(guó)情的航天軍民兩用技術(shù)體制發(fā)展政策，推動(dòng)了其商業(yè)遙感衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，彌補(bǔ)了美軍在空間偵察體系建設(shè)上的短板。

日本的遙感衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展采取“先民后軍、寓軍于民”的發(fā)展模式，其民用企業(yè)在國(guó)防領(lǐng)域的研究開發(fā)能力、技術(shù)水平及經(jīng)費(fèi)投入等方面都具有強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，例如，日本三菱重工、大金工業(yè)、東芝等公司，在提供優(yōu)質(zhì)商業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)的同時(shí)也是日本防務(wù)力量的重要支柱。

印度的遙感衛(wèi)星技術(shù)先從民用遙感偵察衛(wèi)星技術(shù)起步，隨后借鑒民用遙感成像偵察衛(wèi)星的技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)，逐漸發(fā)展軍用成像偵察衛(wèi)星。其軍民兩用遙感衛(wèi)星主要有“制圖衛(wèi)星”系列、“資源衛(wèi)星”系列、“海洋衛(wèi)星”系列等，主要應(yīng)用于軍事偵察、軍事制圖、海洋船艦監(jiān)控、旱情警告和評(píng)估、洪水控制和損毀評(píng)估、礦產(chǎn)勘探、土地管理等方面。

綜上，從國(guó)外“民參軍”的情況來看，軍方主要依靠民用商用衛(wèi)星所具有的成本低、技術(shù)水平高、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)豐富等優(yōu)勢(shì)來快速發(fā)展本國(guó)的軍事遙感衛(wèi)星體系或彌補(bǔ)軍事遙感衛(wèi)星能力短板，同時(shí)在非軍事任務(wù)中，也積極將民用商用遙感衛(wèi)星作為補(bǔ)充手段來完成相關(guān)的任務(wù)，民用和軍用的界限并非涇渭分明。

（二 ）國(guó)外“軍轉(zhuǎn)民”現(xiàn)狀

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）致力于推進(jìn)“軍民一體化”發(fā)展模式，在滿足航天技術(shù)建設(shè)需求的同時(shí)，也著眼于有效提升國(guó)家經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。NASA不斷發(fā)布軍民兩用通用技術(shù)、創(chuàng)新成果、需求指南等信息，通過政策和資金支持、商業(yè)合作計(jì)劃、預(yù)付采購費(fèi)或買斷等方式催生了眾多的商業(yè)化遙感衛(wèi)星公司，例如，美國(guó)數(shù)字地球公司、美國(guó)行星實(shí)驗(yàn)室公司等世界知名的商業(yè)遙感衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商。

歐洲空中客車集團(tuán)下屬的Astrium公司負(fù)責(zé)法國(guó)軍民兩用衛(wèi)星SPOT、Pleiades的商業(yè)化運(yùn)行，該公司能夠提供多種分辨率的遙感影像資料和多種地理信息服務(wù)，以不斷滿足制圖、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、土地利用、水利、國(guó)防、環(huán)保地質(zhì)勘探等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的需求。

加拿大的Radarsat-1衛(wèi)星是世界上第一顆投入商業(yè)運(yùn)行的軍民兩用雷達(dá)遙感衛(wèi)星，由加拿大MDA公司負(fù)責(zé)完成商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，主要用于海上監(jiān)視、國(guó)家安全和資源管理領(lǐng)域。

以色列重視軍民結(jié)合，“以軍帶民”的政策帶動(dòng)了一批與國(guó)防相關(guān)的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，以色列國(guó)際影像衛(wèi)星公司是由以色列和美國(guó)共同投資組建的國(guó)際商業(yè)遙感公司，其最大的用戶則是以色列政府。

總之，國(guó)外軍民兩用遙感衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛且各具特色。隨著科技產(chǎn)業(yè)化發(fā)展速度加快，軍工企業(yè)發(fā)展更傾向于向市場(chǎng)化靠攏，同時(shí)隨著軍用需求的不斷開放，民營(yíng)企業(yè)有望發(fā)展成為擁有軍民兩用技術(shù)的新型產(chǎn)業(yè)化集群。

（三 ）我國(guó)商業(yè)遙感衛(wèi)星能力現(xiàn)狀

近幾年來，我國(guó)商業(yè)遙感衛(wèi)星公司市場(chǎng)表現(xiàn)活躍，多家公司都成功發(fā)射了遙感星座或試驗(yàn)衛(wèi)星，同時(shí)也在不斷尋找新的產(chǎn)品應(yīng)用場(chǎng)景，為我國(guó)商業(yè)遙感應(yīng)用市場(chǎng)的繁榮貢獻(xiàn)了重要力量。我國(guó)主要民用/商業(yè)遙感衛(wèi)星基本情況見表1，主要從運(yùn)營(yíng)商及衛(wèi)星名稱、分辨率、幅寬、側(cè)擺能力、重訪周期等方面進(jìn)行了對(duì)比。

表1 我國(guó)主要民用/商業(yè)遙感衛(wèi)星情況

由表1可以看出，在空間分辨率方面，有且只有“高景一號(hào)”星座能夠達(dá)到0.5m的空間分辨率，其次有“高分二號(hào)”“北京二號(hào)”“吉林一號(hào)”“珠海一號(hào)”可獲得0.8m左右的空間分辨率。但總的來說，我國(guó)民用/商業(yè)遙感衛(wèi)星的空間分辨率還比較低；在幅寬方面，最高達(dá)到800km，最低是11.6km；在重訪周期方面，最快重訪周期為1天，與國(guó)外先進(jìn)衛(wèi)星系統(tǒng)的高重訪率、低延遲相比仍有較大差距。

通過STK仿真和市場(chǎng)調(diào)研，可得到現(xiàn)有商業(yè)遙感衛(wèi)星對(duì)我國(guó)范圍內(nèi)典型位置的時(shí)效性情況。

（1）初始條件。初始條件見表2。

表2 初始條件

注：暫不考慮衛(wèi)星產(chǎn)品分發(fā)所消耗的時(shí)間。

（2）分析結(jié)果。表3列出了商業(yè)遙感衛(wèi)星在運(yùn)營(yíng)商正常業(yè)務(wù)處理模式下的時(shí)效性情況；表4列出了商業(yè)遙感衛(wèi)星在運(yùn)營(yíng)商最快業(yè)務(wù)處理模式下的時(shí)效性情況；表5列出了獲取最高精度（0.5m）圖像的時(shí)效性情況。

表3中需求處理、任務(wù)規(guī)劃和指令上行的合計(jì)處理時(shí)間是51min；衛(wèi)星遙感時(shí)間因拍照位置不同而不同；數(shù)據(jù)下傳時(shí)間一般為15min；遙感數(shù)據(jù)基本處理時(shí)間一般為30min。正常模式時(shí)效性是指考慮非本系統(tǒng)內(nèi)遙感任務(wù)影響情況下的時(shí)效性。

表4中，需求處理、任務(wù)規(guī)劃和指令上行的合計(jì)處理時(shí)間是15min；衛(wèi)星遙感時(shí)間因拍照位置不同而不同；數(shù)據(jù)下傳時(shí)間一般為15min；遙感數(shù)據(jù)基本處理時(shí)間一般為15min。最快模式時(shí)效性是指運(yùn)營(yíng)商僅完成本系統(tǒng)內(nèi)遙感任務(wù)情況下的時(shí)效性。

表5中，需求處理、任務(wù)規(guī)劃和指令上行的合計(jì)處理時(shí)間是51min；衛(wèi)星遙感時(shí)間因拍照位置不同而不同；數(shù)據(jù)下傳時(shí)間一般為15min；遙感數(shù)據(jù)基本處理時(shí)間一般為30min。

表3 我國(guó)商業(yè)遙感衛(wèi)星正常模式時(shí)效性分析 （min)

表4 我國(guó)商業(yè)遙感衛(wèi)星最快模式時(shí)效性分析 （min)

表5 最高精度圖像獲取時(shí)效性分析 （min)

從表3—表5中數(shù)據(jù)可得到以下結(jié)論：

（1）最高分辨率遙感影像獲取時(shí)間與正常模式或最快模式相比，時(shí)效性大大降低。

（2）以丹東地區(qū)為例，在不要求分辨率的情況下，獲取遙感影像最快仍需79min，若要求0.5m分辨率，則耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)429min，加之外界不可抗拒因素，耗時(shí)可能更長(zhǎng)。因此，如何縮短部隊(duì)獲取數(shù)據(jù)的時(shí)間，是系統(tǒng)應(yīng)重點(diǎn)考慮的問題之一。

（3）完成需求處理、任務(wù)規(guī)劃和指令上行的過程耗時(shí)較長(zhǎng)，應(yīng)在機(jī)制協(xié)調(diào)、需求統(tǒng)籌、任務(wù)規(guī)劃和優(yōu)化算法等方面加大研究力度。

圖1 遙感數(shù)據(jù)獲取通用業(yè)務(wù)流程圖

圖2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

二、我國(guó)商業(yè)遙感衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)構(gòu)建

根據(jù)上述對(duì)我國(guó)主要民用/商業(yè)遙感衛(wèi)星能力現(xiàn)狀的研究可知，目前我國(guó)民用/商業(yè)遙感衛(wèi)星在完成支援部隊(duì)軍事任務(wù)的能力方面還存在綜合協(xié)調(diào)機(jī)制缺乏、獲取數(shù)據(jù)耗時(shí)較長(zhǎng)等問題。為了解決該問題，本文提出構(gòu)建我國(guó)民用/商業(yè)遙感應(yīng)用系統(tǒng)，其特色之處在于“1中心+N終端”模式，“1中心”即商業(yè)遙感綜合服務(wù)中心，其作為協(xié)調(diào)樞紐，主要負(fù)責(zé)部隊(duì)遙感需求統(tǒng)籌、任務(wù)規(guī)劃、聯(lián)合調(diào)度、數(shù)據(jù)處理和傳輸，以及協(xié)調(diào)國(guó)內(nèi)民用/商業(yè)衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商等工作；“N終端”即為客戶端，直接配置于部隊(duì)末端，負(fù)責(zé)與商業(yè)遙感綜合服務(wù)中心進(jìn)行溝通聯(lián)絡(luò)，以及數(shù)據(jù)接收等工作。該構(gòu)建工作基本能夠保障部隊(duì)的遙感影像需求，天基偵察系統(tǒng)在輔助部隊(duì)軍事行動(dòng)決策中得到了很好的應(yīng)用，對(duì)部隊(duì)獲取超遠(yuǎn)程偵察情報(bào)能力起到了重要作用。

（一 ）業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

遙感數(shù)據(jù)獲取通用業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

該流程具體描述為：

（1）客戶提出具體拍照需求，提交遙感衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商（以下簡(jiǎn)稱運(yùn)營(yíng)商）進(jìn)行需求處理；

（2）運(yùn)營(yíng)商完成任務(wù)規(guī)劃，生成拍照載荷指令和數(shù)據(jù)接收計(jì)劃；

（3）測(cè)控站（網(wǎng)）接收測(cè)控指令，衛(wèi)星按照計(jì)劃進(jìn)行拍照，生成遙感數(shù)據(jù)；

（4）地面站按照接收計(jì)劃，接收遙感數(shù)據(jù)；

（5）運(yùn)營(yíng)商將接收到的遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的解密、預(yù)處理等操作，生成標(biāo)準(zhǔn)遙感產(chǎn)品；

（6）運(yùn)營(yíng)商按照客戶要求進(jìn)行綜合處理，生成最終產(chǎn)品，分發(fā)到客戶終端。

借鑒上述通用遙感衛(wèi)星業(yè)務(wù)流程，結(jié)合本系統(tǒng)構(gòu)建模式，可設(shè)計(jì)得到本系統(tǒng)的具體業(yè)務(wù)流程，如圖2所示。

具體描述為：

（1）終端統(tǒng)籌本級(jí)拍照需求并發(fā)送至商業(yè)遙感服務(wù)中心（以下簡(jiǎn)稱服務(wù)中心）；

（2）服務(wù)中心統(tǒng)籌來自各個(gè)終端的需求，提交各商業(yè)測(cè)運(yùn)控中心進(jìn)行需求分析；

（3）各商業(yè)測(cè)運(yùn)控中心通過分析，得出執(zhí)行任務(wù)需求的可滿足情況；

（4） 服務(wù)中心綜合可滿足情況，提出任務(wù)規(guī)劃方案；

（5）服務(wù)中心執(zhí)行任務(wù)規(guī)劃方案，方案提交至各衛(wèi)星測(cè)運(yùn)控中心；

（6）各測(cè)運(yùn)控中心接收方案，執(zhí)行拍攝計(jì)劃，接收遙感數(shù)據(jù)并處理，生成遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品；

（7）服務(wù)中心匯總遙感數(shù)據(jù)并推送產(chǎn)品；

（8）用戶接收遙感產(chǎn)品。

圖3 系統(tǒng)組成框架圖

（二 ）系統(tǒng)組成設(shè)計(jì)

在充分論證軍事需求的基礎(chǔ)上，以整合我國(guó)商業(yè)遙感資源為出發(fā)點(diǎn)，借鑒軟件工程的思想，從系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)中，分析得出該系統(tǒng)包括7個(gè)子系統(tǒng)，分別是前端通信子系統(tǒng)、衛(wèi)星通信子系統(tǒng)、用戶接口管理子系統(tǒng)、規(guī)劃與數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)、終端處理子系統(tǒng)、商業(yè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、商業(yè)測(cè)運(yùn)控網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)組成框架如圖3所示。

（1）前端通信子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)系統(tǒng)與商業(yè)衛(wèi)星測(cè)運(yùn)控網(wǎng)絡(luò)間的衛(wèi)星軌道數(shù)據(jù)、任務(wù)規(guī)劃及遙感數(shù)據(jù)傳輸；負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部用戶接口管理子系統(tǒng)與終端設(shè)備間的用戶需求（含反饋確認(rèn)）信息和數(shù)據(jù)產(chǎn)品等衛(wèi)通數(shù)據(jù)的交互傳輸。

（2）衛(wèi)星通信子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)服務(wù)中心和用戶之間信息的高效傳輸。

（3）用戶接口管理子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)用戶需求提交、確認(rèn)、需求統(tǒng)籌等過程管理；根據(jù)需求確認(rèn)結(jié)果向用戶推送相關(guān)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

（4）規(guī)劃與數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)：根據(jù)用戶需求完成衛(wèi)星資源統(tǒng)籌，進(jìn)行衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃，并推送至商業(yè)衛(wèi)星測(cè)運(yùn)控網(wǎng)絡(luò)，接收商業(yè)遙感衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品，以及各級(jí)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理。

（5）終端處理子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)需求提出、數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)應(yīng)用、應(yīng)急規(guī)劃等。

（6）商業(yè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)：指可納入該系統(tǒng)統(tǒng)一使用的在軌商業(yè)遙感衛(wèi)星資源。

（7）商業(yè)測(cè)運(yùn)控網(wǎng)絡(luò)：由商業(yè)測(cè)運(yùn)控中心和商業(yè)測(cè)運(yùn)控網(wǎng)站組成，負(fù)責(zé)根據(jù)商業(yè)遙感綜合服務(wù)中心傳來的衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃，生成遙控指令，綜合統(tǒng)籌地面可用測(cè)控資源，擇機(jī)上注衛(wèi)星。統(tǒng)籌實(shí)時(shí)可用接收資源，向其下達(dá)衛(wèi)星跟蹤接收計(jì)劃和任務(wù)，以接收衛(wèi)星下傳數(shù)據(jù)；完成原始數(shù)據(jù)接收與處理，并可根據(jù)需求基于原始數(shù)據(jù)生成產(chǎn)品，最終將產(chǎn)品推送至規(guī)劃與數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)。

（三 ）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)的主要思想是為整合我國(guó)目前各類商業(yè)測(cè)運(yùn)控資源、商業(yè)遙感衛(wèi)星資源、地面數(shù)據(jù)接收和處理資源，為用戶提供從需求提出到最終產(chǎn)品生產(chǎn)和推送的高時(shí)效性商業(yè)遙感衛(wèi)星的數(shù)據(jù)信息服務(wù)。該系統(tǒng)的主要功能包括數(shù)據(jù)傳輸、需求處理、資源分析、數(shù)據(jù)接收處理等。

（1）數(shù)據(jù)傳輸。主要包括如下功能：通過商業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與用戶間需求信息及數(shù)據(jù)產(chǎn)品的實(shí)時(shí)高效傳輸；通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與商業(yè)衛(wèi)星測(cè)運(yùn)控中心間衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)、衛(wèi)星拍攝規(guī)劃、數(shù)據(jù)接收規(guī)劃、各級(jí)產(chǎn)品數(shù)據(jù)等信息的實(shí)時(shí)高效傳輸。

（2）需求處理。主要包括如下功能：支持基于地理信息輔助的圖形化、交互式需求提出手段；支持對(duì)需求的綜合管理，包括需求的增加/刪除/查詢/修改、需求的審核/審批；支持對(duì)需求的可行性分析，給出初步規(guī)劃方案。

（3）資源分析。主要包括如下功能：接收并處理來自商業(yè)遙感衛(wèi)星測(cè)運(yùn)控中心提供的衛(wèi)星軌道根數(shù)等在軌狀態(tài)信息；支持不同星座、不同載荷可用拍攝窗口綜合分析；支持不同約束條件下的測(cè)站跟蹤預(yù)報(bào)；支持相關(guān)在軌衛(wèi)星資源的圖形化展示。

（4）任務(wù)規(guī)劃。主要包括如下功能：基于人工預(yù)分配結(jié)果，能夠進(jìn)行多星聯(lián)合規(guī)劃調(diào)度，生成多星的觀測(cè)方案、數(shù)據(jù)接收方案，得到多套任務(wù)規(guī)劃預(yù)案；根據(jù)協(xié)同任務(wù)分配結(jié)果，生成任務(wù)規(guī)劃方案。

（5）數(shù)據(jù)接收處理。主要包括如下功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理，并將0級(jí)數(shù)據(jù)永久歸檔；支持快視圖像；具備生產(chǎn)1級(jí)到2級(jí)產(chǎn)品能力，1級(jí)產(chǎn)品和2級(jí)產(chǎn)品為自動(dòng)化批量生產(chǎn)，其他產(chǎn)品按用戶需求生產(chǎn)；對(duì)生成的0級(jí)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)，都生成相應(yīng)的編目信息，提交給數(shù)據(jù)庫更新目錄信息，供用戶對(duì)數(shù)據(jù)和產(chǎn)品進(jìn)行查詢使用。

三、軍民兩用遙感衛(wèi)星應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（一 ）基于任務(wù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于美國(guó)DoDAF體系思想，商業(yè)遙感應(yīng)用的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是從任務(wù)的視角來看待系統(tǒng)結(jié)構(gòu)問題。通過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以確定用戶需求和系統(tǒng)功能需求。常見的體系結(jié)構(gòu)描述方法有結(jié)構(gòu)化體系設(shè)計(jì)、面向?qū)ο篌w系設(shè)計(jì)和形式化體系設(shè)計(jì)。面向?qū)ο篌w系設(shè)計(jì)方法的開發(fā)效率比較低，形式化體系設(shè)計(jì)方法的可讀性和可理解性差，且要求設(shè)計(jì)人員具有較高的數(shù)學(xué)素養(yǎng)。鑒于結(jié)構(gòu)化描述方法具有過程簡(jiǎn)單、描述直觀、可讀性好等優(yōu)點(diǎn)，故采用結(jié)構(gòu)化的描述方法對(duì)本應(yīng)用的任務(wù)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述。

結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法是一種比較成熟的過程驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工程方法，其出發(fā)點(diǎn)是基于系統(tǒng)需要執(zhí)行的功能或活動(dòng)，以及功能的不斷分解得到系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)圖。其代表工具有DFD、IDEF0。結(jié)構(gòu)化體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要過程如圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)化體系設(shè)計(jì)主要過程

結(jié)構(gòu)化體系設(shè)計(jì)的主要過程包括：依據(jù)需求信息確定作戰(zhàn)概念，作戰(zhàn)概念是對(duì)如何達(dá)到軍事目的的簡(jiǎn)要闡述；在分析作戰(zhàn)概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行功能分解，建立功能體系結(jié)構(gòu)；在功能體系結(jié)構(gòu)和作戰(zhàn)概念的基礎(chǔ)上，建立物理體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還需要技術(shù)體系結(jié)構(gòu)指導(dǎo)。

IDEF0與 DFD方法相比，模型結(jié)構(gòu)更加清晰，更便于理解和溝通，因此本文選擇了IDEF0方法。IDEF0方法采用圖形化和結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)建模方法，用來表達(dá)系統(tǒng)功能及功能彼此之間的限制、關(guān)系、相關(guān)信息等。

（1）IDEF0基本組件。IDEF0模型的基本圖形是盒子，每個(gè)盒子代表系統(tǒng)的某項(xiàng)功能活動(dòng)，用與盒子相聯(lián)的箭頭表示與功能活動(dòng)關(guān)聯(lián)的各種事物，基本模型如圖5所示。四周箭頭分別是輸入、輸出、控制、機(jī)制和調(diào)用。

圖5 IDEF0基本模型

系統(tǒng)的功能模型用一組遞階分解的活動(dòng)圖來表示，其遞階關(guān)系也可以表示成樹狀結(jié)構(gòu)。每一層表示相同級(jí)別的各種功能活動(dòng)，每一張圖或盒子被賦予一個(gè)結(jié)點(diǎn)號(hào)來標(biāo)志該圖或盒子在層次中的位置。遞階分解圖如圖6所示。

圖6 IDEF0功能模型圖

（2）建?；具^程。具體包括如下幾個(gè)步驟：

1）選擇范圍、觀點(diǎn)及目的。建立模型之前，首先應(yīng)確定建模對(duì)象的立足點(diǎn)。

2）建立內(nèi)外關(guān)系。即畫A-0圖，該圖不包含任務(wù)內(nèi)部功能需求，僅僅表達(dá)系統(tǒng)與外部的關(guān)系，概要表述系統(tǒng)的總體需求，此時(shí)，系統(tǒng)邊界也被確定。

3）畫出頂層圖。把A-0圖分解成3～6個(gè)主要功能，得到A0圖，該圖是系統(tǒng)功能需求分析的頂層模型，它之下的每個(gè)圖都是對(duì)A0圖某項(xiàng)功能的細(xì)化

分解。

4）建立一系列圖形。將高層的需求逐步分解展開，直到分解至足夠細(xì)的粒度。

5）寫出文字說明。每張圖應(yīng)該附有描述性的文字說明。

本系統(tǒng)構(gòu)建應(yīng)用IDEF0的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法，就是從用戶的需求出發(fā)，以需求作為任務(wù)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的輸入資源和牽引源動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)特定軍事任務(wù)為目的，最終將用戶需求轉(zhuǎn)化為本系統(tǒng)必須要實(shí)現(xiàn)的功能要求，充分解釋了“本系統(tǒng)是什么”的問題。

（二 ）基于多星座多任務(wù)的任務(wù)規(guī)劃技術(shù)

本應(yīng)用主要研究的是面向多星座、多任務(wù)的任務(wù)規(guī)劃模型，主要解決面向多項(xiàng)任務(wù)需求時(shí)的任務(wù)規(guī)劃問題，包括時(shí)效性、圖像精度等問題，通過建立高效的任務(wù)規(guī)劃模型及算法，才能合理且充分地發(fā)揮商業(yè)遙感衛(wèi)星的使用效益，以及最大程度地滿足應(yīng)用需求。常見的多星座、多任務(wù)的任務(wù)規(guī)劃模型有：CSP模型、Petri網(wǎng)模型、基于圖論的模型及基于Agent模型等。本文采用基于CSP模型的任務(wù)規(guī)劃模型，該模型表達(dá)能力強(qiáng)，是解決該類問題的一個(gè)普遍而有效的方法。

CSP模型的基本思想是給定變量集合與其相應(yīng)的域，以及建立在相容的變量值上的約束集，問題的求解是對(duì)每一個(gè)變量在其域中找到一個(gè)值，使其滿足約束條件。其基本定義如下：

一個(gè)CSP實(shí)例P定義為一個(gè)三元組P= ，其中：

V={x1,…,xn}，是P中所有變量的集合；

D={D1,…,Dn}，是V中各變量的值域的集合，Di表示xi的值域；

C={c(xi1,…,xik)}，是V上的約束集合。

一個(gè)復(fù)合賦值V可行的條件是它滿足C中的每一個(gè)約束。一個(gè)可行復(fù)合賦值稱為P 的一個(gè)局部解，一個(gè)可行完全賦值稱作P的一個(gè)解，定義F（P）為所有的可行完全賦值集合。CSP求解的目標(biāo)就是找到一個(gè)解s∈F（P）或證明P無解。

針對(duì)CSP 模型，采用遺傳算法求解，該方法通用性強(qiáng)，搜索效率高，具有內(nèi)在的并行搜索能力，適用于大規(guī)模求解問題。而一般搜索算法搜索效率低，容易陷入局部最優(yōu)。遺傳算法的操作包含3 個(gè)遺傳算子：選擇、交叉和變異。遺傳算法的操作效果與3 個(gè)遺傳算子所取的操作概率、編碼方法、群體大小、初始群體及適應(yīng)度函數(shù)的設(shè)定均密切相關(guān)。

采用基于CSP 模型的任務(wù)規(guī)劃模型和遺傳算法，能夠滿足不同時(shí)效性要求和精度要求下的復(fù)雜任務(wù)的需求，適用性強(qiáng)；遺傳算法是智能算法中搜索效率較高的算法之一，適用于解決大規(guī)模需求問題

圖7 發(fā)布/訂閱基本模型

（三 ）基于發(fā)布/ 訂閱的產(chǎn)品分發(fā)技術(shù)

基于典型的應(yīng)用場(chǎng)景，著眼打通商業(yè)遙感數(shù)據(jù)的信息鏈路，實(shí)現(xiàn)高效的遙感影像數(shù)據(jù)分發(fā)，是解決遙感影像支援作戰(zhàn)時(shí)效性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此，遙感影像的分發(fā)技術(shù)尤為重要。發(fā)布/ 訂閱的動(dòng)態(tài)、松耦合性、異步等特點(diǎn)能夠滿足Internet 大型應(yīng)用系統(tǒng)松散通信的需要，該模式常用于構(gòu)建大規(guī)模分布式數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)，因此，本系統(tǒng)采用基于發(fā)布訂閱模型的產(chǎn)品分發(fā)技術(shù)。

發(fā)布/ 訂閱是一種基于中間件的數(shù)據(jù)按需分發(fā)模式，其基本模型如圖7 所示，各個(gè)參與者能以發(fā)布/ 訂閱的方式進(jìn)行交互，數(shù)據(jù)的產(chǎn)生者與消費(fèi)者之間所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為事件。訂閱者通過發(fā)出訂閱事件來聲明自己對(duì)數(shù)據(jù)的興趣，通過取消訂閱事件來聲明不再感興趣的數(shù)據(jù)；發(fā)布者根據(jù)之前的訂閱條件將其產(chǎn)生的事件（數(shù)據(jù)）經(jīng)由一些中間節(jié)點(diǎn)發(fā)給相應(yīng)的訂閱者。

本系統(tǒng)采用基于發(fā)布/ 訂閱的產(chǎn)品分發(fā)技術(shù)，以滿足不同用戶對(duì)遙感影像的不同需求，可實(shí)現(xiàn)需求定制的功能，確保所收到的數(shù)據(jù)就是切實(shí)需要的數(shù)據(jù)；同時(shí)，節(jié)約了通信鏈路帶寬，有效提高了系統(tǒng)應(yīng)用效率。