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空天地一体化:万物互联时代的无界创新
空天地一体化概念是上世纪90年代由美国提出,,指通过天基和地基设施的有机结合,,,,构建一体化的信息网络,,,实现天地间任意两点间的信息传输和协同工作。。

从经济角度看,,通过空地协同,,构建功能完备的智能化体系,,,,为各个领域提供高效、、安全、、、可靠的信息传输和协同工作能力,,,,可以满足军事、、、、民用、、、、商业等多领域需求,,,,创造巨大的经济价值。。。。从社会角度看,,通过信息资源的综合利用和共享,,,尤其在地面通信难以有效应对的领域,,为政府决策、、、、社会服务、、、科学研究等方面提供全面支持,,提高公共服务水平和质量,,,促进社会可持续发展。。

 

总之,,,,空天地一体化作为 6G 网络的重要组成部分,,是未来通信技术的发展方向,,,,具有广泛的应用前景和卓越价值。。。

 

一、、、国内外发展现状
空天地一体化作为 6G 核心组成已列入多国创新战略,,,成为全球抢占的战略制高点,,,国内外加速卫星互联网部署,,,,以推动空天地一体化进程。。。截至 2021年,,,全球至少有 20 家公司对外公布了覆盖全球低轨星座计划。。。。最典型的如SpaceX 公司的 Starlink 计划。。。。卫星互联网领域,,,,低轨卫星及其采用的Ku及Ka通信频段,,因其成本、、增益效果等因素,,,成为战略稀缺性资源。。欧美凭借强大的卫星制造和发射能力,,,抢得先机。。预计到 2029 年,,近地轨道空间以及Ku及Ka通信频段资源将所剩无几。。。

 

近年来,,我国已建立了较为完整的卫星制造和发射体系,,,,但在卫星互联网建设方面,,,与欧美较有差距,,,,主要体现在网络覆盖范围有限,,空间基础设施建设成本偏高,,,产业市场化程度不高几个方面。。鉴于卫星互联网发展的紧迫性要求,,我国自 2017 年相继启动多个近地轨道卫星星座计划。。2020 年,,,卫星互联网首次纳入新基建范畴,,上升为国家战略性工程。。。2021年 4 月底,,中国卫星网络集团有限公司成立,,,以“国家队”身份进行统筹规划及运营,,,,加速我国卫星互联网产业链上下游协同发展。。。目前已完成两个低轨卫星星座的申报,,,,并将于 2027 年完成共计 12992 颗卫星的发射和信号验证工作。。。。

 

二、、、、空天地一体化关键技术发展情况
空天地一体化是一种创新的计算架构,,,涉及航天、、、、通信、、、、计算机、、电子等多领域技术。。。。当前发展重心聚焦在多网融合、、组网优化、、、、高效运控、、、、超大容量等方面。。。典型技术包括切换接入技术、、、、星上转发器技术、、星间链路技术、、、、与地面融合技术等。。

 

1.切换接入技术。。。。切换接入技术是实现在空网与地网、、、不同卫星系统、、、、不同频率之间平滑切换的关键技术,,用以确保高动态下的服务连续性。。当前,,欧美国家在卫星与地面基站切换等方面已有一定进展,,,而国内还处于起步阶段。。。中国卫通集团与电信运营商已合作开展卫星和 5G 之间切换技术的研发工作。。。

 

该领域面临的主要挑战包括:切换延迟大、、、切换策略优化、、、、兼容性与标准不统一等。。。

 

2.星上转发器技术。。星上转发器是设置在卫星上的信息中继负载,,,,其工作模式主要有以下两种:a). 透明转发工作模式,,转发器仅当作信号中继,,,,不进行业务数据处理。。。。优点是技术简单,,成本低;缺点是不支持星间协作,,,智能化程度低。。。b).“再生式”星上转发工作模式,,又称作基站上星,,,此模式下转发器具备数据星上处理能力,,实现更智能的路由转发与业务调度。。国内外新兴巨型星座大多采用此种工作模式。。。

 

当前,,该领域面临的主要挑战包括:小型化设计、、、、精确星间指向等。。。

 

3. 星间链路技术。。星间链路技术是指星间的信息中继和组网技术。。。。当前激光通信因其高吞吐、、、高带宽、、强抗干扰、、、高安全性等优点,,,正成为星间链路的主要传输方式。。

 

该领域发展面临的主要挑战包括:高动态下对星捕获与跟踪、、、大容量信息传输以及星间网络的智能化协同管理等。。。

 

4. 与地面融合技术。。。地空深度融合包括地空站资源的开放共享、、地基云计算与天基平台的结合、、地面大数据与天基监测的协同应用等。。SpaceX 已在全球部署了数百个地空站负责卫星网络与地面网络的对接。。中国航天科技集团联合多家单位共同研发的“天地一体化卫星应用云平台”,,,整合了遥感、、通信、、、、导航等多种空间信息资源,,,,面向用户提供空间数据服务。。这些都是融合技术的典型案例。。。。

 

该领域发展面临的主要挑战包括:管理体制的制约、、、、统一标准的缺失,,,以及天地协同机制建立等。。

 

三、、、、国内产业链布局及典型企业
1. 上游:包括空间基础设施与载荷研制、、地面设备制造与集成、、通讯网络建设与运营,,以及算力与存储设备制造与集成。。。

 

a.空间基础设施与载荷研制:包括卫星平台的设计制造,,,载荷设备的研发生产,,,,以及火箭的设计发射。。。。典型企业有:航天科技、、、航天科工等。。。

 

b.地面设备制造与集成:包括地面站的设计制造,,,以及终端设备的研制与系统集成。。。典型企业有:中国卫通、、、、海格通信等。。。。

 

c.通讯网络建设与运营:包括地面网络和卫星通信网络的建设与运营。。。。典型企业有:三大运营商、、、中国广电等。。。

 

d.算力与存储设备制造与服务:包括算力与存储设备研制、、云计算平台等。。。。典型企业有:浪潮、、、中科曙光等。。

 

2.中游:包括卫星通信系统建设与运营,,,,以及空间数据传输与处理。。

 

a.卫星通信系统建设与运营:包括卫星星座的设计和发射计划制定,,以及通信系统的建设与运营。。。。典型企业有:中国卫通、、、、中电科等。。。

 

b.空间数据传输与处理:构建时空大数据,,,提供数据服务和应用落地。。。典型企业有:中国资源卫星应用中心、、、、中国空间等。。。

 

3. 下游:主要包括空间信息服务和产品化应用。。。

 

a.卫星导航:用于交通运输领域的精准导航、、无人驾驶等场景。。。。空天地一体化下,,,可以大幅提升定位精度与覆盖范围,,,同时导航与通信的有机组合,,增强了导航体验。。。典型企业有:北斗导航、、、百度地图等。。。

 

b.卫星通信:用于陆海空立体综合通信保障、、、、应急救援、、、、通信广播等场景。。空天地一体化下,,,,将实现空地资源统一调度,,,,支持移动性和业务多样性。。。。典型企业有:中国卫通、、、航天云网等。。

 

c.遥感监测:用于城市规划、、环境监测、、精准农业等场景。。。。空天地一体化网络将显著提升监测精度、、密度、、、、覆盖范围,,,,大幅拓展应用场景和经济效益。。。典型企业有:北斗云网、、、绿城智谷等。。。。

 

面向万物互联的大时代,,,,天地资源的深度融合与协同应用是实现泛在智能连接的关键所在。。空天地一体化网络充分利用天基高清视野与地面高密接入的优势,,,构建起实时、、、、动态、、、按需分配的新型通信体系,,是实现海量异构终端可靠链接的基石。。。。空天地一体化市场已经成为一个充满创新与机遇的领域,,,未来必将释放巨大的经济和社会效益。。。

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