现阶段微小卫星技术以及卫星组网技术飞速发展,天基资源的规模呈爆发式增长,卫星应用已从单一卫星应用逐渐发展为多星组网、卫星集群等多星协同应用,卫星的使用者也从原来的卫星管控管理者,逐渐呈现向普通大众用户开放的趋势。国外有Google、SpaceX、OneWeb等大规模卫星组网计划,国内有天基信息港、天地一体化、天基互联网等卫星组网计划的研究。可以看出,依赖大规模卫星节点提供的丰富卫星能力,完成多星协同的复杂空间任务,向普通大众用户提供可用的、即时的卫星信息服务,成为未来发展的趋势。而目前卫星管控部门相互独立,卫星的指令、参数各异,卫星任务相互协作需要人为干预,显然无法适应未来发展的需求。因此,本文面向即时观测信息服务,针对多种类异构卫星,提出一种面向用户的天基资源能力虚拟化方法,对多种类异构卫星进行统一抽象描述;在此基础之上,针对大规模节点天基资源,如何满足众多普通大众用户的个性化需求,提出了多种天基资源预分配方案,探讨当天基资源的规模和种类扩大时,如何与用户需求进行匹配。通过这两部分的研究,希望为未来卫星组网应用中,对大规模异构天基资源如何理解和使用,进行一定的探索。本文内容主要分为四部分:第一部分首先分析了未来大规模卫星组网应用中,用户需求及天基资源的特点,针对即时观测的用户需求进行了分析、分解,归纳了四种服务能力。然后分析了典型的对地观测卫星的结构,总结了天基资源的类型。相对于地面服务资源,分析了天基资源的高约束、高动态等特点。第二部分在天基资源的能力分析基础上,提出了天基资源能力虚拟化方法。对于多种类异构卫星,综合时间、空间、能源、存储等约束,将天基资源按照时空逻辑,分层抽象虚拟化成面向用户的服务能力,建立适用于多种类异构卫星、统一标准的天基资源虚拟化方法。根据卫星平台、载荷等参数,设计了计算模型,将天基资源统一描述为天基资源能力列表形式。同时开展了天基资源虚拟化验证试验,针对SAR、高分光学、宽幅光学三种观测载荷,激光、微波通信两种星间链路类型,以及三种星上处理算法,通过开发板模拟星上设备,进行了虚拟化计算模型的仿真试验,结果表明虚拟化方法可以完成多种观测、处理、传输资源的统一描述,算法时效性可以满足星上实时计算要求。第三部分基于分而治之思想,提出了多种适用于大规模节点卫星组网的资源预分配方案。提出了天基资源预分配的目标和原则,针对大规模卫星集群,基于分而治之的思想,按照不同的需求构建天基资源集群,设计了基于应用需求、基于卫星轨道、基于卫星类型、基于卫星拓扑、基于资源能力等几种预分配方案。设计了评估指标,给出了计算系统利用率、任务完成度等指标的计算方法。针对系统规模、用户模型、卫星资源配置等不同变量,设计了仿真试验,为后续开展仿真试验提供了技术基础。综上所述,针对大规模异构天基资源组网协同观测中,多种类异构天基资源统一描述问题,以及大规模节点天基资源如何与众多个性化用户需求匹配的问题,本文开展了天基资源能力虚拟化及预分配方法的研究:针对天基资源能力虚拟化方法研究,并选择具体载荷实例设计了虚拟化算法,开展了星上验证试验,算法时效性可以满足星上实时计算要求;针对天基资源预分配方法,分析了预分配的目标及准则,设计了相关的评估指标,设计了预分配方法的验证试验。以上研究可以为大规模节点卫星组网应用服务,在天基资源的如何使用上,提供一定的思考和技术基础。