美国“企业级地面服务”（EGS）是太空作战结构（SWC）的主要组成部分之一，是实现美军未来“太空企业级愿景”（SEV）的重要使能技术。EGS由美国空军于2014年提出，目前由太空军太空与导弹系统中心负责，太空军计划于2028年12月31日前将所有卫星项目迁移至EGS。EGS的目标是构建一种通用地面指控架构，通过开放标准和通用平台来为整个太空作战域提供数据接入、战术卫星指挥控制和赛博防御能力，增强美太空军作战弹性和赛博安全性，同时加速软件更新，降低长期维护和运营成本。

1 发展背景

当前，美国大多数军用卫星或卫星网络都有定制、专用的地面指控系统，如全球定位系统（GPS）的操作人员拥有专用的控制中心、服务器、计算机和独有的软件程序。这种“烟囱”式的架构成本高昂，各指挥控制系统间难以相互通信，不同任务的地面系统无法互操作，在发生冲突时会造成很多单一故障点。因此，为了简化和标准化地面系统，美军认为有必要建立一系列标准和通用核心部件，使这些系统能互操作并互为备份，以提高弹性。

在此背景下，美国空军于2014年提出构建EGS架构。EGS不是研制一个新的地面系统来管理其他所有地面系统，而是构建从消息传递标准到共享服务器的一套共用组件。同时，为了保证不同太空系统的灵活性，EGS也允许有特定任务的卫星的操作人员以类似拼搭“乐高积木”的方式插入不同任务所需的独特软件/硬件。

2 架构与主要能力

2.1 架构与理想状态

EGS将为作战人员提供一套通用服务，包括设施服务、架构服务、网络服务、平台服务，以及软件服务和应用程序。这些服务的覆盖面很广，从为常规卫星行动提供软件程序，到标准化硬件如天线，到基于云的数据存储，再到配备共享服务器的联合数据中心。

具体而言，EGS提供的服务包括：遥测、跟踪和指挥（TT&C）、任务规划、地面资源调度（GRS）、地面资源管理（GRM）、数据分析（DEX）、发射/接收（TX/RX）、归档、用户体验（UX）、EGS软件开发包（ESDK）、EGS应用模板（EAT）、参考实现（RI）等。

图1 EGS系统视图

EGS的理想状态是解决在现有地面系统之间的互操作问题。EGS正在制定一个“公共消息标准”，以便卫星通信小组能够将信息流量传递给导弹预警小组以及定位、导航和授时小组，所有这些流量最终都流向战略指挥控制决策者，使决策者拥有一幅共用作战图。有了通用的消息标准，就可以在GPS指挥控制系统和天基红外系统之间进行机-机通信，而不需要低级别作战人员来传递消息。例如，太空军的太空监视网络发现了一块太空碎片，指挥官需要让操作人员知道他们的卫星需要避开。由于没有机-机接口，指挥官必须给每个不同的任务负责人打电话或发电子邮件，才能进行协调。通过共同的消息标准，EGS提供的是一键向所有战术操作人员发送消息的能力。

图2 EGS发展的理想状态

2.2 主要能力

EGS将提供表1中所列能力，大部分应用均需要再针对具体任务进行专门的开发，以便为每个任务所利用。

表1 EGS提供的主要服务

3 典型服务

3.1 数据利用（DEX）服务

数据利用（DEX）是一种基于云的服务，提供数据分析平台，存储数据（卫星、天线、数据中心等数据），以及应用大数据等分析技术为多个太空任务提供共享的云基础设施、通用用户界面以及通用指挥控制。DEX能够为作战人员提供及时、准确和可操作的态势感知、数据异常、事件实时识别以及赛博威胁，能够识别现有基于限值的方法无法检测到的异常行为，可用于规划、实施和评估卫星指挥控制行动，有助于减少错误告警，并使卫星自主运行成为可能。

（1）DEX架构与设计

图3描述了DEX在EGS架构中的位置。多个卫星程序（例如，GPS、SBIRS、MILSATCOM等）通过GMSEC总线将数据发布到共享的EGS基础设施中。GMSEC总线上发布的数据订阅者包括DEX、卫星程序等。每个订阅子系统都托管在一个共享的EGS云平台上。

图3 DEX在EGS架构中的位置

（2）DEX功能

DEX平台主要提供除了云能力、数据处理和存储、分析工具集和作战分析环境。图4描述了DEX主要功能。

图4 DEX功能示意图

1）云能力

DEX组件和服务在云上运行，并利用各种云能力，如自动扩展、可靠性和可用性。DEX支持在虚拟机（VM）或容器中部署应用程序，以促进新旧分析应用程序的集成。DEX使用成熟的开源技术，包括Docker容器、Kubernetes容器管理、Kafka流、MongoDB无模式数据库和Jenkins持续集成等。DEX支持实时和接近实时的处理（或微批处理），包括在Spark分析平台上运行分析的能力，未来还将提供对批处理的额外支持（例如，Apache Hadoop）。DEX平台支持云环境下的弹性运行，例如维护每个应用容器的指定数量副本，对失效的容器进行自动替换等。此外，DEX还包括对DevOps的支持、DEX组件的自动化配置、部署和监控。

2）数据存储与处理

DEX提供EGS数据的存储和处理能力，包括数据预处理、从指定时间重放过去数据流的能力等。DEX为存储多任务数据提供支持，并将在各任务之间提供所需的隔离。由于DEX是一个数据分析平台，而不是一个传统的数据管理平台，因此DEX在存储数据之前不执行数据标准化。DEX不提供数据抽象或虚拟化层。如果需要，用户可以构建补充DEX的数据虚拟化层。

图5 典型分析任务中的DEX数据和控制流

3）分析工具集

根据使用EGS的程序的需要，DEX分析工具集包含不同时间尺度（实时、微批处理和批处理）的通用和特定域的分析工具，能够提供基于卫星即传感器（SAS）的神经网络异常检测、空间聚类服务、指数加权移动平均（EWMA）、基于阈值的异常检测和贝叶斯趋势变化检测分析。

4）沙盒分析环境

沙盒分析环境是一个协作环境，供作战人员、分析人员和开发人员研究数据关系，开发和验证新的分析方法。沙盒数据源包括作战流数据和存储数据，以及有助于分析和验证的合成数据文件。存储数据和流数据将使用商业产品复制到作战分析和沙盒环境中。

在沙盒中运行的分析不会影响DEX作战分析环境的数据或作战行为。DEX沙盒支持开发人员和分析人员开发和集成用于数据准备、分析和可视化的算法，以及构建分析管道和工作流，以解决复杂的分析问题。

5）作战分析环境

DEX作战分析环境允许作战人员和分析人员在DEX平台上配置、部署和执行分析应用程序。DEX提供了一个用户界面，用于配置单个分析实例和分析实例组。用于分析执行的配置参数包括开始和停止时间、数据输入和输出参数以及其他所需的分析参数。用户界面允许作战人员或分析人员停止、编辑、复制或删除现有分析。

6）产品

DEX为EGS和外部用户提供数据产品。这些产品包括流数据和存储数据、告警和提示，以及EGS用户的态势感知。EGS内部用户可以通过EGS GMSEC总线访问DEX数据产品；而外部用户则可通过应用程序接口（API）访问这些产品。DEX利用API为EGS或外部用户提供对存储的DEX数据的访问权限。DEX流API允许EGS或外部用户订阅与主题相对应的数据流，例如GPS遥测数据或DEX提示和告警。

3.2 地面资源管理（GRM）

地面资源管理（GRM）将设备与事件的重要信息提供给作战人员以增强其态势感知。GRM主要由“进度表”、“仪表板”和“设备管理器”三大组件构成。

（1）“进度表”

“进度表”组件提供的主要功能有：通过时间线或时间列表查看所有任务的进度；筛选并查看特定地面站和卫星载具的情况；查看并修改个别任务；增加新的任务等。

（2）“仪表板”

“仪表板”主要用来查看并分析与GRM相关的所有由任务或装备引起的告警，以及查看与任务分配、执行和装备健康度相关的高级数据。“进度表”分为告警视图、任务视图、装备视图三种视图。

告警视图支持查看活跃告警、根据严重程度和类别筛选告警、推送处理告警的建议行动等；任务视图支持查看所有正在进行中的任务、根据状态筛选任务等；装备视图支持查看装备使用率、使用时间等信息，定位超负荷装备等。

图6 “仪表板”界面图

（3）“设备管理器”

“设备管理器”主要用来查看并管理地面装备的详细清单，计划并监控单个装备的维护工作。

图7 “设备管理器”界面图

4 最新进展

2018年8月22日报道，Kratos公司宣布在将统一指挥控制系统（CCS-C）迁移到EGS架构中成功地进行了性能验证。目前，CCS-C运行着一个由20多颗来自四个不同航天器族的军事通信卫星组成的卫星群。Kratos公司主要验证了以下内容：①在EGS消息总线上，利用Kratos的TAO-DSI平台（一种分布式自动化平台）实现了与数据源无关的自动化过程；②基于Web的支持计划能够在EGS消息总线上创建与执行；③弹性的遥测与指挥服务器（TCS）；④云部署；⑤自动化部署概念。这些能力在Kratos的EGS实验室和基于云的安全商用平台都进行了验证。

2020年8月3日，太空与导弹系统中心与洛克希德•马丁公司签订了一份价值5120万美元的合同，为“地球同步轨道（GEO）非集成战术预警和攻击评估（ITWAA）行动迁移至EGS（GNOME）”任务软件进行架构设计、开发、集成、测试和验证。作为下一代过顶持续红外（OPIR）卫星的指挥控制探路者项目，GNOME将把天基红外系统（SBIRS）地球同步轨道5或地球同步轨道6卫星的任务管理和遥测、跟踪和指挥（TT&C）纳入EGS框架。

2021年9月，太空军成功测试并验收了EGS原型系统——HOME增量1（HOME Increment 1），该原型的两个天基红外系统传感器将搭载在高椭圆轨道（HEO）卫星上。在测试中，EGS地面系统软件成功为两个天基红外系统高椭圆轨道传感器提供状态监测与指挥控制。此外，HOME增量1通过采用一种名为Manticore的太空防御性网络空间战（DCO-S）功能，提高了传统高椭圆轨道卫星的网络安全性。太空与导弹系统中心EGS项目经理约书亚•沙利文表示，此次测试表明EGS的初始能力已得到认可，证明了开放架构是合适的发展思路。太空与导弹系统中心计划在2022财年前与太空军协调最终的EGS采购策略。

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