1.1 “大”天地一体化信息网络、“小”天地一体化信息网络

1.1.1 “大”/“小”天地一体化信息网络与天基信息网络的关系

如图1-1所示，“大”天地一体信息网络包括“小”天地一体化信息网络和地面信息网络，而“小”天地一体化信息网络就是通常所说的天基信息网络。因此当提到天基部分时，往往是指天基信息网络，特别值得关注的是，天基信息网络具有天地一体的特征，不仅仅包含“天上的”空间段部分，还包括地面站等信息节点。地面信息网络是指不依赖于“天”，仅依托地面设施就可以形成服务能力的信息网络。

1.1.2 常见的天地一体化信息网络定义及理解

表1-1给出了关于天地一体化信息网络的部分定义，这些定义出自不同的机构、团队。定义的内涵有重叠，也有不同，下面对主要的几个定义进行分析。

定义1及理解：由工业和信息化部电子科学技术委员会提出。天地一体化信息网络是由多颗不同轨道、不同种类、不同性能的卫星形成星座覆盖全球，通过星间链路、星地链路将地面、海上、空中和深空中的用户、飞行器以及各种通信平台密集联合，以互联网协议（IP）为信息承载方式，采用智能高速星上处理、交换和路由技术，面向光学、红外多光谱等信息，按照信息资源有效综合利用的原则，进行信息准确获取、快速处理和高效传输的一体化高速宽带大容量信息网络，即天基、空基和陆基一体化综合网络 [1] 。工业和信息化部电子科学技术委员会认为天地一体化信息网络由全球覆盖的各类卫星以及密集联合的陆、海、空、天各类用户和通信平台构成。

定义2及理解：由2015年天地一体化信息网络重大工程项目（目前已合并到卫星互联网工程）提出。天地一体化信息网络是维护和拓展国家核心安全利益、实现全球互联互通的重大信息基础设施，是以地面网络为依托、天基网络为拓展，天地互联、全球覆盖的信息网络，为陆、海、空、天用户提供随遇接入、按需服务、安全可信的信息支持。该定义指出天地一体化信息网络以地面网络为依托，以天基网络为拓展 [2] 。

定义3及理解：天地一体化网络是将天基网络作为地面网络的延伸，从而构建覆盖空天地的一体化网络系统。该定义明确提出将天基网络作为地面网络的延伸，构成天地一体化网络。

定义4及理解：中国电子科技集团公司第五十四研究所是我国较早研究卫星通信的单位，研究团队基于多年从事相关研制、建设和预研研究工作的体会和着眼点，提出天空地一体化信息网络。天空地一体化信息网络是指信息收集、处理、存储、分发、管理与保护的基础设施集合，主要由通信基础、计算基础、信息服务（含频谱、定位导航授时）基础、安全基础等设施组成；是信息系统互操作和共享的基石，是信息与使用信息的用户无缝连接的公共信息环境和信息服务保障环境，涉及海上、地面、空中、太空甚至外太空纵深范围内各信息节点和用户，是系统中的系统综合。该定义认为空天地一体化信息网络是各类基础设施的集合，是信息与使用信息的用户无缝连接的公共信息环境和信息服务保障环境，是各类信息节点和用户的集合，是系统的系统。

定义5及理解：由航天恒星科技有限公司团队提出。天地一体化信息网络的天地一体化含义通常有两种：一种是单个天基网（如卫星通信网）与地基网（如地面通信网）通过信息或业务融合、设备综合或网络互联互通的方式构成的天地一体化信息网络；另一种是单个天基网（如卫星通信网）自身的空间段（如通信卫星）与地面段（如各种通信地球站组成的应用系统）通过星地链路构成的天地一体化信息网络。前者可被称为“大”天地一体化信息网络，后者可被称为“小”天地一体化信息网络 [3] 。该定义给出了“大”天地一体化信息网络和“小”天地一体化信息网络的不同概念，“大”天地一体化信息网络包含天基信息网络和地基信息网络，“小”天地一体化信息网络就是天基信息网络，包含空间段和地面段。

定义6及理解：天地一体化网络由通信、侦察、导航、气象等多种功能的异构卫星/卫星网络、深空网络、空间飞行器以及地面有线和无线网络设施组成，它通过星间链路、星地链路将地面、海上、空中和深空的用户、飞行器以及各种通信平台密集联合。从组网、传输和路由等角度来看，天地一体化网络具有典型的大尺度属性，具有网络全覆盖、空天地海网络协作、智能控制和处理、快速反应、高效应对等鲜明特征。该定义认为天地一体化网络既包括深空网络、卫星网络，也包括地面有线网络和无线网络，强调了大尺度属性。

定义7及理解：由国家自然科学基金委员会提出。空间信息网络是以天基平台（同步轨道卫星或中低轨道卫星、空间站等）或空基平台（如平流层气球、有人飞机或无人飞机等）为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。该定义明确指出含有无人飞机或有人飞机平台的空基部分既是天地一体信息网络的薄弱环节，也是其发展重点。

定义8及理解：由某领域专家组提出。空间信息网络是以航天器为载体进行信息获取、传输和处理的网络系统，是由通过星间链路、星地链路连接在一起的不同轨道、不同种类、不同特征的卫星、星座及相应地面基础设施组成的网络，以及其所支持的指挥、控制、通信与其他各种应用系统的集合。虽然该定义的名称是空间信息网络，但定义却强调了以“航天器”为载体以及星间链路、星地链路的链接，因此本质上是天基信息网络，该定义也强调了空间信息网络包含地面设施。

定义9及理解：由国家发展和改革委员会、财政部、国家国防科技工业局发布的《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015—2025年）》提出。民用空间基础设施是指利用空间资源，主要为广大用户提供遥感、通信广播、导航定位以及其他产品和服务的天地一体化工程设施，由功能配套、持续稳定运行的空间系统、地面系统及其关联系统组成。民用空间基础设施既是信息化、智能化和现代化社会的战略性基础设施，也是推进科学发展、转变经济发展方式、实现创新驱动的重要手段和维护国家安全的重要支撑 [4] 。这里的民用空间基础设施是指民用天基信息网络。该定义使用了“空间基础设施”词汇，明确提出“利用空间资源，主要为广大用户提供遥感、通信广播、导航定位以及其他产品与服务的天地一体化工程设施，由功能配套、持续稳定运行的空间系统、地面系统及其关联系统组成”，强调了由空间系统和地面系统组成，这里的空间资源可被理解为空间频率轨道、卫星等资源，属于天基部分，因此这里的“空间基础设施”本质上也是天基信息网络。

定义10及理解：由中国电科技术创新基金项目组提出。天基信息基础设施以不同轨道上的通信卫星、中继卫星以及导航卫星为信息传输及交换、时空基准的节点，在地面运控系统、测控系统的支持下，通过星间链路、星地链路为全球分布的天基、空基（包括临近空间）、地基以及海基各类用户提供信息传输与分发、导航定位等功能，是综合电子信息系统共用信息基础设施的天基部分。该定义使用了“天基基础设施”这一名词，明确提出了以通信卫星、中继卫星、导航卫星为节点，为陆、海、空、天用户提供服务，因此是典型的天基信息网络内涵。

定义11及理解：由中国航天科技集团有限公司团队提出。天基信息网络也叫天基信息系统，它是彼此独立却又互相关联的卫星通信系统、卫星遥感系统、卫星导航系统、载人航天系统、空间物理探测系统、空间天文观测系统、月球和行星深空探测系统以及多功能的临近空间飞行器系统等各种空间信息系统的总称 [5] 。在天基信息网络中，卫星通信系统、卫星遥感系统和卫星导航系统被统称为卫星应用系统，天地一体化信息网络通常是指这三大应用系统形成的网络。该定义从组成的角度提出，说明天基信息网络由以卫星通信系统、卫星遥感系统、卫星导航系统等为代表的典型系统构成，也说明了天地一体化信息网络（“小”天地一体化信息网络）的概念。

定义12及理解：由某部门提出。天基网络信息体系由装载导航定位、传输交换、信息获取、处理融合、共享服务等载荷的天基节点及地面配套设施构成，通过星间链路、星地链路动态连接全球陆、海、空、天各类感知、决策和交战节点，可为联合作战提供广域的战场感知、网络互联、时空基准等服务。该定义具有军事特色，强调对感知、决策和交战各方的天基服务能力。

1.1.3 关于“大”/“小”天地一体化信息网络的总结

通过对常见定义进行梳理，可以总结出“大”天地一体化信息网络和“小”天地一体化信息网络的几个特点。

（1）“大”天地一体化信息网络特点总结

第一，有广义和狭义之分。“大”天地一体化信息网络，从广义上讲，应该包括自然空间内所有与信息相关的基础设施和信息服务、信息应用；从狭义上讲，可以包括不同领域、不同功能，由天基部分、地基部分组成，有信息生成或承载信息的网络。

第二，有民用和军用之分。民用方面，从全球看，地面固定网、地面移动网、天基网已经发展成事实上的天地一体化信息网络；军用方面，美国与我国有差异，美国以GIG、JIE以及一些专用系统为核心，我国也有各类不同用途的信息系统。

第三，涵盖“小”天地一体化信息网络。“大”天地一体化信息网络中的“天”是指天基信息网络，也就是“小”天地一体化信息网络；“大”天地一体化信息网络中的“地”是指不依赖于天基部分的具有独立功能的信息网络 [6] 。

第四，纵向一体化是重点。纵向一体化是指天、地相关专业领域一体化，比如卫星通信与地面移动网络、互联网一体化，卫星导航与地基导航一体化，卫星遥感与地面信息获取系统一体化。

（2）“小”天地一体化信息网络特点总结

第一，其是天基信息网络的别称，具有“星地一体”的特征。因此严格来讲，“小”天地一体化信息网络应该被称为“星地一体化”信息网络。但是鉴于已经产生的影响，本文依然按照大家的习惯，称之为“天地一体化信息网络”。

第二，具有内部一体化和外部一体化特征。内部一体化是指空间段与地面段一体化；外部一体化是指其与地面信息系统一体化，但仅限于解决一体化接口，不包含地面信息系统本身。

第三，具有纵向一体化和横向一体化特征。纵向一体化是指同一领域的天地一体化，解决互联互通互操作接口和体制标准问题；横向一体化是指不同天基领域的信息系统一体化，如通导遥一体化、通信中继一体化。

1.1.4 “大”/“小”天地一体化信息网络典型系统场景举例

图1-2给出了“大”天地一体化信息网络和“小”天地一体化信息网络的典型系统场景，“小”天地一体化信息网络也就是天基信息网络。

（1）“大”天地一体化信息网络的典型系统场景

天地一体全球互联网可以说是世界上最大的天地一体化信息网络，是以地面固定网、地面移动网和天基网（卫星网）为基础设施，承载各类信息和服务的全球共用系统，如图1-3所示。

天地一体感知信息网包括由地面各类传感器和数据处理中心构成的地基感知网，由天基各类感知类卫星、地面站、天基信息处理中心构成的天基感知网，以及天地一体信息融合处理中心，如图1-4所示。

天地一体信息通信网包括天基传输网络、地面固定网和地面移动网，天基传输网络由高/低轨空间段和地面段组成，如图1-5所示。

（2）“小”天地一体化信息网络的典型场景（部分）

天地一体航天测控网早期也被称为天地一体化航天互联网，是从航天测控网的角度提出的，是一种航天器子网+地面接入网+空间接入网+主干网的结构。主干网主要包括中继卫星星地链路和基于地面网构建的虚拟专用网络（VPN），空间接入网是指中继卫星及对空链路，地面接入网主要包括地面测控站和地面数据接收站及其对空链路，航天器子网包括空间站、典型的对地观测卫星及其他类型的卫星和航天器 [7] ，如图1-6所示。

天地一体遥感卫星对地观测网包括空间段各类遥感卫星，地面运控站、测控站或测控数传一体化站，以及用于信息产品分发的地面VPN，这些站主要完成对空间段的卫星测控、载荷配置、数据接收及任务管控。图1-7所示为具有天地一体化测控功能、天地一体化数传功能，以及通过地面互联网传输实现数据处理和产品分发的天地一体遥感卫星对地观测网。

天地一体的天基传输网络包括空间段、地面段和用户段三部分。空间段是指各类通信卫星或中继卫星（包含高轨、中轨和低轨卫星）；地面段主要包括关口站网、运控中心、网管中心等；用户段包括车载、便携、船载、机载、星载、箭载、弹载、手持等各类固定、机动以及动中通站型或终端，如图1-8所示。天地一体的天基传输网络是目前最复杂的天基信息网络，是本书的重点内容。