无人机/临近空间平台与卫星综合组网机理与演示验证

The requirements on spatial information networks are characterized by wide-area coverage, local enhancement and multi-service access. This project will focus on the mechanism, demonstration and verification of networked Unmanned Aerial Vehicle (UAV), near space aerocraft and satellites. There are three key scientific research questions need to be answered: 1) on-demand capacity analysis and the reconstruction mechanism for multilayer, heterogeneous, fragmented spatial networks; 2) coordinated transmission schemes in the spatial network clustering framework; 3) hybrid Operation & Control (O&C) under 4-dimentional constraints. Meanwhile, there are several challenges need to be addressed: Lack of real-time and maneuverability, shortage of service sustainability, and O&C in the dense airspace. In order to meet these challenges, this project proposes the following line of research: “fragmented networking, clustered transmitting, 4-dimentional O&C, and collaborative support”. This project will implement the on-demand reconstruction and capacity optimization for dynamic sub-networks, reliable transmission of service information, as well as safe and efficient O&C in dense airspace. The networking and transmission will be guided by 4-dimentional situation information and track constraints. Therefore, enhanced smarter networking and transmission could be expected. This project will set up a demonstration model for dynamic networks under a specific task scenario, with the purpose of illustrating how to evaluate a design with typical characteristics such as wide-area coverage, beyond visual range, long duration, and cross platform. This project provides a theoretical foundation for the “orbital-near space-airborne” integrated information networks.

针对空间信息网络全域覆盖与局部增强和多业务接入等应用需求，重点研究无人机/临近空间平台与卫星综合组网理论与演示验证方法。重点突破多层异质片段化网络的容量分析与按需重构机理、异质集群网络的协同传输方法和基于四维运行态势的空域多维复合运行控制等关键科学问题。面对任务响应时效性与机动性不足、服务能力持续性不足、密集空域下运行控制难等挑战，提出“片段化组网、集群化传输、四维化运控、运控引导组网与传输”的学术思路，实现动态子网按需重构和容量优化、业务信息可靠传输、空域飞行安全运控，并通过四维态势信息和航迹约束来引导综合组网和传输，增强综合组网和信息传输的可靠性与智能水平。在此基础上，设计并构建特定任务背景下的动态组网演示模型，完成体现大范围、超视距、长航时、跨平台特质的典型应用演示验证方案设计与效能评估方法研究，为“天-临-空”综合组网的实际应用提供理论、方法与方案设计基础。

无人机/临近空间平台与卫星综合组网是空天综合信息应用的新技术领域，但其构建与业务支持在动态组网、可靠传输和运行控制等方面还存在亟待解决的技术难题。本项目重点研究以临空平台为核心的空间信息网络组网机理与方法。在高效组网方面，本项目针对无人机/临近空间平台的机动部署、驱动接入与按需服务属性，提出“网络主动适配业务”的新技术路线，重点研究任务驱动下空天地一体化网络的组织架构、动态资源配置与性能优化，构建了基于IP协议的分层立体网络融合结构与协议转换策略，提出了异质平台四维部署与运控方法，保证在作业环境与既定任务等多重约束下可以动态适配特定业务需求，解决了异质高动态网络快速组建难题。在鲁棒传输方面，本项目针对综合网络中骨干节点间距离远、带宽高与平台机动、功率受限的内在矛盾，提出收发双定向的技术路线，设计了无源相控阵分层码本，解决了平台快速机动情况下的收发波束对准难题；提出基于无源相控阵的多波束成形设计方法，实现了同时同频一站多机服务能力。在安全运控方面，本项目提出“态势中心网”的安全运控框架。在此框架下，提出安全态势跨尺度演化生成技术，实现空域动态时变情况下跨尺度安全态势的演化生成；提出安全态势引导的机群路径规划方法及非对称信息下的异质多机冲突解脱方法，实现了非完全信息下异质多机有效协同避险。在演示验证方面，本项目研制出机群自主组网设备，机载阵列传输设备，飞行器协同运控系统，构建了完整的“天-临-空-地”综合组网演示验证系统，并多次开展了外场试验，为空间信息网络集成验证提供了平台与测试支撑，相关技术与系统正在支撑重大集成验证系统规划，并已在铁路运维、边海防等任务中得到验证与实际应用，获得了可观的经济效益。在项目实施过程中，贯彻“立德树人”根本任务，建立人才培养新机制，深化国际合作交流，通过引育结合建设了一支具有持续创新能力的一流团队。