面向通导遥一体化的多目标协同星座架构的优化设计——针对中国全域灾害响应及城市监测

赵益晟; 周浩; 解畅飞; 金谷菁; 刘垚圻; 韩银和

doi:10.11959/j.issn.2096-8930.2026003

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面向通导遥一体化的多目标协同星座架构的优化设计——针对中国全域灾害响应及城市监测

专题：卫星互联网星座设计与仿真技术 | 更新时间：2026-03-31

- 面向通导遥一体化的多目标协同星座架构的优化设计——针对中国全域灾害响应及城市监测
- Optimization Design of Multi-Objective Cooperative Constellation Architecture for Integrated Communication, Navigation and Remote Sensing: Targeting Disaster Response and Urban Monitoring Across China
- 天地一体化信息网络 2026年7卷第1期页码：15-27
- 作者机构：
  
  1.国科大杭州高等研究院，浙江杭州 310024
  2.北京中科天算科技有限公司，北京 100094
  3.中国科学院计算技术研究所，北京 100089
  4.加利福尼亚大学尔湾分校，加利福尼亚尔湾 92697
  5.南卫理公会大学，得克萨斯达拉斯 75205
- 作者简介：
  
  [ "赵益晟（1996- ），男，博士，国科大杭州高等研究院助理研究员，主要研究方向为天基计算和星载智能处理。" ]
  周浩（1997- ），男，中国科学院计算技术研究所博士生，主要研究方向为天基计算系统设计及应用。
  解畅飞（2004- ），男，加利福尼亚大学尔湾分校本科生，主要研究方向为通导遥一体化星座设计。
  金谷菁（2000- ），女，南卫理公会大学硕士生，主要研究方向为通导遥一体化星座设计。
  刘垚圻（1995- ），男，博士，中国科学院计算技术研究所副研究员，主要研究方向为计算机体系结构、天基容错计算、通导遥算一体化。
  韩银和（1980- ），男，博士，中国科学院计算技术研究所研究员，主要研究方向为计算机体系结构和芯片、智能机器人、智能硬件、数据计算芯片和计算系统。
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划(2022YFB3902802);国家自然科学基金(62025404);北京市自然科学基金(L241013;L258047)
- DOI：10.11959/j.issn.2096-8930.2026003
  中图分类号： V412.4
- 收稿：2025-08-18，
  
  修回：2025-11-25，
  
  纸质出版：2026-03-20
- 稿件说明：
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赵益晟,周浩,解畅飞等.面向通导遥一体化的多目标协同星座架构的优化设计[J].天地一体化信息网络,2026,07(01):15-27.

Zhao Yisheng,Zhou Hao,Xie Changfei,et al.Optimization Design of Multi-Objective Cooperative Constellation Architecture for Integrated Communication, Navigation and Remote Sensing: Targeting Disaster Response and Urban Monitoring Across China[J].Space-Integrated-Ground Information Networks,2026,07(01):15-27.
赵益晟,周浩,解畅飞等.面向通导遥一体化的多目标协同星座架构的优化设计[J].天地一体化信息网络,2026,07(01):15-27. DOI： 10.11959/j.issn.2096-8930.2026003.

Zhao Yisheng,Zhou Hao,Xie Changfei,et al.Optimization Design of Multi-Objective Cooperative Constellation Architecture for Integrated Communication, Navigation and Remote Sensing: Targeting Disaster Response and Urban Monitoring Across China[J].Space-Integrated-Ground Information Networks,2026,07(01):15-27. DOI： 10.11959/j.issn.2096-8930.2026003.

摘要

针对全球气候变化背景下我国极端灾害损失加剧与现有卫星系统在应急响应中存在的三重短板，即卫星数据回传窗口期受限、通导遥分立部署导致端到端时延增加、单一卫星失效引发高危区域响应延误，提出“中高轨通信导航中继层+异构低轨感知层”的通导遥一体化星座架构。中高轨卫星通过Ka频段星间链路实现低轨卫星跨境数据的实时回传，并基于星基增强系统广域差分改正数将低轨定位精度提升至厘米级；低轨层针对中国城市群与林火高危区，创新设计了混合倾角异构、晨昏轨道群组化和功能分层解耦3种载荷异构（可见光/红外/合成孔径雷达）的轨道协同方案，并集成小型化导航载荷实现快速感知与精准定位的一体化。仿真实验结果表明，晨昏轨道群组化方案在覆盖均衡性与多载荷协同性上的表现均优于混合倾角异构和功能分层解耦方案，该星座设计方案可以为城市灾害防御提供关键技术支撑。

Abstract

Addressing the exacerbated extreme disaster losses in China under the context of global climate change and the triple gaps of existing satellite systems in emergency response—limited satellite data return windows

increased end-to-end latency due to segregated deployment of communication

navigation and remote sensing

and single-satellite failures causing response delays in high-risk areas

a constellation architecture integrating communication

navigation and remote sensing is proposed

featuring a "medium-high orbit communication and navigation relay layer + heterogeneous low orbit sensing layer". The medium-high orbit satellites enable real-time cross-border data downlinking for low orbit satellites via Ka-band inter-satellite links and enhance low orbit satellites positioning accuracy to the centimeter level using SBAS wide-area differential corrections. For China’s urban agglomerations and high-risk forest fire zones

the low orbit layer innovatively designs three types of orbit synergy schemes featuring payload heterogeneity (visible light/infrared/SAR): mixed-inclination heterogeneous architectures

dawn-dusk orbit clusters

and functionally layered disaggregation. It integrates miniaturized navigation payloads to achieve integrated rapid sensing and precise positioning. Simulation results show that the dawn-dusk orbit cluster scheme outperforms the mixed-inclination heterogeneous and functionally layered disaggregation schemes in terms of coverage uniformity and multi-payload synergy. This constellation design can provide crucial technical support for urban disaster prevention.

关键词

Keywords

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