太空態(tài)勢(shì)感知體系結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì)研究

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 洪興勇安徽新華學(xué)院電子通信工程學(xué)院 李文瑾

太空態(tài)勢(shì)感知體系結(jié)構(gòu)及發(fā)展趨勢(shì)研究

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 洪興勇
安徽新華學(xué)院電子通信工程學(xué)院 李文瑾

太空態(tài)勢(shì)感知作為太空攻防對(duì)抗作戰(zhàn)主要活動(dòng)，是太空信息化戰(zhàn)爭(zhēng)的主要支撐力量。本文研究了太空態(tài)勢(shì)感知技術(shù)及其功能，分析了太空態(tài)勢(shì)感知活動(dòng)類型，建立了太空態(tài)勢(shì)感知體系結(jié)構(gòu)，最后總結(jié)了太空態(tài)勢(shì)感知的發(fā)展方向，為我國(guó)態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

太空目標(biāo)；態(tài)勢(shì)感知；監(jiān)視探測(cè)；輔助支持

1 引言

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，以信息網(wǎng)絡(luò)、太空運(yùn)載、有效載荷等技術(shù)為核心的高新技術(shù)蓬勃興起并得到廣泛應(yīng)用，推動(dòng)了世界范圍內(nèi)的軍事變革，將戰(zhàn)爭(zhēng)空間逐步引向太空[1]?？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)，戰(zhàn)爭(zhēng)的基本形式之一將會(huì)是太空信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，其主要戰(zhàn)斗力將集中于信息技術(shù)，而主要作戰(zhàn)形式將著眼于如何通過(guò)太空獲取制勝權(quán)。通過(guò)伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)、科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)和阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)等局部軍事沖突可知[2]，情報(bào)信息和環(huán)境特性參數(shù)的獲取、利用、分發(fā)、共享由過(guò)去的以地?？栈脚_(tái)為主逐步過(guò)渡到以天基網(wǎng)絡(luò)為主的廣域信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了情報(bào)信息的實(shí)時(shí)獲取和近實(shí)時(shí)的處理分發(fā)，提高了態(tài)勢(shì)感知的能力和水平。

本世紀(jì)以來(lái)，美軍不斷修改完善《國(guó)家太空政策》和《太空作戰(zhàn)》等法規(guī)制度和條例條令，意在規(guī)范并提高美軍的太空作戰(zhàn)能力[3]。太空攻防對(duì)抗是指在太空態(tài)勢(shì)感知基礎(chǔ)上，針對(duì)空間系統(tǒng)展開(kāi)的進(jìn)攻與防御作戰(zhàn)行動(dòng)，確保己方空間行動(dòng)自由，并在必要時(shí)限制、拒止和摧毀敵方空間能力，可見(jiàn)，未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中對(duì)空間的控制和利用能力是太空攻防對(duì)抗能力優(yōu)劣的反映，進(jìn)而成為奪取制天權(quán)和制勝權(quán)的關(guān)鍵。根據(jù)太空作戰(zhàn)任務(wù)目的和特性不同，太空攻防對(duì)抗包括空間態(tài)勢(shì)感知、進(jìn)攻性空間對(duì)抗和防御性空間對(duì)抗三大任務(wù)。太空態(tài)勢(shì)感知作為太空攻防對(duì)抗作戰(zhàn)活動(dòng)的主要組成部分，本文研究了太空態(tài)勢(shì)感知技術(shù)及其功能，探討了太空態(tài)勢(shì)感知類型，構(gòu)建了太空態(tài)勢(shì)感知體系結(jié)構(gòu)，最后總結(jié)分析了太空態(tài)勢(shì)感知的發(fā)展方向，推進(jìn)為我國(guó)態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)建設(shè)和發(fā)展。

2 太空態(tài)勢(shì)感知及其功能

太空態(tài)勢(shì)感知是指對(duì)太空戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、限制、能力和行為的了解和掌握，對(duì)敵我雙方太空力量一切要素、行動(dòng)和活動(dòng)的當(dāng)前認(rèn)識(shí)和未來(lái)預(yù)測(cè)，目的是分析、評(píng)估來(lái)自太空的各種威脅，為太空攻防提供全方位信息支持、輔助航天測(cè)控和彈道導(dǎo)彈預(yù)警等，包括太空目標(biāo)監(jiān)視探測(cè)、環(huán)境監(jiān)控和與空間系統(tǒng)及行動(dòng)有關(guān)的情報(bào)信息搜集與處理等[4]。太空態(tài)勢(shì)感知是各種空間活動(dòng)的基礎(chǔ)，支持多個(gè)關(guān)鍵任務(wù)目標(biāo)，包括支持國(guó)家安全戰(zhàn)略、執(zhí)行和確認(rèn)國(guó)際條約協(xié)定、確保空間飛行安全、保護(hù)太空活動(dòng)和設(shè)施、為太空對(duì)抗提供目標(biāo)信息，支持太空作戰(zhàn)指揮控制等。

太空態(tài)勢(shì)感知服務(wù)于全維太空作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)感知，提供太空環(huán)境、空間系統(tǒng)以及太空效應(yīng)之間的聯(lián)系，達(dá)到實(shí)現(xiàn)攻擊敵方空間系統(tǒng)、保護(hù)己方空間系統(tǒng)的目的，其主要功能有：

（1）太空環(huán)境的準(zhǔn)確預(yù)報(bào)使在軌航天器的管控成為可能，及時(shí)調(diào)整太陽(yáng)能電池板使其平行于即將來(lái)臨的流星雨以減小破壞，或者改變衛(wèi)星軌道以避免碰撞或攻擊，或及時(shí)關(guān)閉偵收接收機(jī)和光學(xué)鏡頭等。

（2）獲得的太空目標(biāo)和環(huán)境感知信息，加上關(guān)聯(lián)各種效應(yīng)的能力，融入各種接收處理的先驗(yàn)信息，使得操作人員可以預(yù)測(cè)和避免電磁干擾和有意攻擊，對(duì)于準(zhǔn)確判定空間系統(tǒng)故障原因（太空環(huán)境影響，無(wú)意干擾，還是敵方有意攻擊等）也具有重要作用。

（3）太空態(tài)勢(shì)感知提供了有關(guān)敵方空間系統(tǒng)和計(jì)劃的詳盡情報(bào)，使得太空攻防對(duì)抗從計(jì)劃、行動(dòng)到評(píng)估成為可能。

3 太空態(tài)勢(shì)感知類型

按太空態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)的功能要素劃分，主要包括情報(bào)搜集、目標(biāo)監(jiān)視、目標(biāo)偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)和指揮控制等五種活動(dòng)類型[5]。

（1）情報(bào)搜集

對(duì)國(guó)外（敵方或第三方）空間能力及運(yùn)用情況的特征描述、分析與評(píng)估，包括利用太空力量獲取優(yōu)勢(shì)的所有信息，太空力量和設(shè)施的運(yùn)作方式及對(duì)軍事行動(dòng)的影響，太空力量弱點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)和企圖等，有可能構(gòu)成威脅的發(fā)展動(dòng)向情報(bào)信息等[6]。對(duì)敵方太空能力的描述與分析，不僅支持太空防御措施規(guī)劃和進(jìn)攻行動(dòng)中目標(biāo)遴選，也支持太空攻防對(duì)抗效能評(píng)估。需求推動(dòng)太空態(tài)勢(shì)情報(bào)產(chǎn)品生成，太空專業(yè)人員必須明確關(guān)鍵性信息需求，從而使得情報(bào)策劃人員可以確定情報(bào)需求基本要素和優(yōu)先級(jí)，以指導(dǎo)太空態(tài)勢(shì)情報(bào)開(kāi)發(fā)。同樣，情報(bào)人員必須積極主動(dòng)地與太空部門保持交流，確保情報(bào)功能、選擇和限制能夠被準(zhǔn)確把握。

（2）目標(biāo)監(jiān)視

目標(biāo)監(jiān)視是指對(duì)太空目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)、連續(xù)的觀測(cè)和信息收集，包括航天器軌道運(yùn)動(dòng)參數(shù)、預(yù)期和非預(yù)期的航天器發(fā)射、機(jī)動(dòng)、再入等活動(dòng)，以及太空環(huán)境監(jiān)測(cè)，生成在軌航天器編目數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)情報(bào)產(chǎn)品，為軌道安全、威脅預(yù)警和目標(biāo)指示提供支持[7]。航天器編目數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)提供太空目標(biāo)位置、速度等運(yùn)行信息的綜合產(chǎn)品，由此進(jìn)行軌道預(yù)報(bào)，分析太空目標(biāo)的威脅和友方、敵方以及第三方空間活動(dòng)態(tài)勢(shì)。

（3）目標(biāo)偵察

利用光電、紅外、雷達(dá)和偵收設(shè)備等手段，提供太空目標(biāo)狀態(tài)分析、目標(biāo)確定和打擊效果評(píng)估等所需的特征信息，以及太空非持續(xù)性信號(hào)情報(bào)。利用空天平臺(tái)對(duì)敵方空間系統(tǒng)地面設(shè)施和地基空間武器的偵察也屬于太空態(tài)勢(shì)感知范疇。很多情況下，執(zhí)行偵察活動(dòng)的設(shè)備也能夠引導(dǎo)監(jiān)視活動(dòng)。

（4）環(huán)境監(jiān)視

環(huán)境監(jiān)視是指對(duì)太空電磁和氣象環(huán)境的特征描述和預(yù)報(bào)，包括太陽(yáng)風(fēng)、宇宙射線、地球與行星際磁場(chǎng)、流星體、空間電磁和氣象等環(huán)境信息[8]，不僅改善了太空態(tài)勢(shì)感知性能，也有助于自然環(huán)境效應(yīng)預(yù)報(bào)與作戰(zhàn)行動(dòng)規(guī)劃，極大地增強(qiáng)了決策者做出決策反應(yīng)的能力。

（5）指揮控制

指揮控制是太空態(tài)勢(shì)感知的核心，一方面太空態(tài)勢(shì)感知提供了指揮控制所需的目標(biāo)與態(tài)勢(shì)信息，支持指揮控制活動(dòng)及時(shí)、精確、有效；另一方面指揮控制通過(guò)提供作戰(zhàn)力量狀態(tài)信息和太空能力，提高了作戰(zhàn)行動(dòng)的支持理解的準(zhǔn)確性，增強(qiáng)了空間態(tài)勢(shì)感知能力。

4 太空態(tài)勢(shì)感知體系結(jié)構(gòu)

太空態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)是對(duì)太空作戰(zhàn)空間內(nèi)所涉及的各方兵力、太空平臺(tái)、武器裝備和作戰(zhàn)環(huán)境等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)掌控的信息系統(tǒng)，主要由雷達(dá)、通信、光電傳感器和偵收接收機(jī)等設(shè)施設(shè)備、數(shù)據(jù)處理分析識(shí)別平臺(tái)等組成，能對(duì)作戰(zhàn)環(huán)境中的各種信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、處理、分發(fā)、顯示，并具備作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)可視化的功能[9]。太空態(tài)勢(shì)感知體系結(jié)構(gòu)主要由監(jiān)視探測(cè)系統(tǒng)、太空態(tài)勢(shì)感知中心和輔助支持系統(tǒng)組成。

4.1 監(jiān)視探測(cè)系統(tǒng)

對(duì)太空目標(biāo)進(jìn)行測(cè)軌編目與軌道識(shí)別是所有太空目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的基本任務(wù)，因此太空目標(biāo)監(jiān)視探測(cè)系統(tǒng)必然包括各種搜索、捕獲、跟蹤與偵收設(shè)備，且盡可能廣域分開(kāi)布設(shè)?，F(xiàn)有空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)是由地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)和天基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)共同構(gòu)成。其中，地基空間目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的作用主要是利用地基光電觀測(cè)、雷達(dá)探測(cè)、無(wú)線電偵測(cè)等手段，對(duì)太空目標(biāo)進(jìn)行搜索和跟蹤，其技術(shù)成熟，收索跟蹤效果較好，但易受氣象、地理位置和時(shí)間的限制，需進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和氣象參數(shù)修正等處理[10]。采用將傳感器部署在天基平臺(tái)上的方式，可保證天基太空目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)不受地理位置和氣象條件的限制，其優(yōu)勢(shì)為良好的探測(cè)效果，和較強(qiáng)的戰(zhàn)時(shí)生存能力，其缺點(diǎn)為造價(jià)成本較高，并且目前星上信息處理的能力和功率尚未達(dá)到地基監(jiān)視探測(cè)系統(tǒng)的級(jí)別。

太空目標(biāo)監(jiān)視系統(tǒng)的基本工作方式有：搜索、跟蹤、偵察?！半娮踊h笆”專門工作在搜索方式，用于發(fā)現(xiàn)太空目標(biāo)，并進(jìn)行初軌確定和目標(biāo)識(shí)別；大型相控陣?yán)走_(dá)既可以工作在搜索方式下，也可以工作在跟蹤方式下，用于發(fā)現(xiàn)、跟蹤太空目標(biāo)，并進(jìn)行初軌確定、軌道改進(jìn)和目標(biāo)識(shí)別；光電望遠(yuǎn)鏡、各種光學(xué)/雷達(dá)成像設(shè)備主要工作在跟蹤方式，在太空目標(biāo)態(tài)勢(shì)感知中心的引導(dǎo)下，發(fā)現(xiàn)、跟蹤太空目標(biāo)，進(jìn)行精密定軌、高分辨率成像和目標(biāo)識(shí)別。

雷達(dá)/光學(xué)設(shè)備和電磁偵收設(shè)備組網(wǎng)工作作為太空目標(biāo)監(jiān)視探測(cè)偵收集成融合模式，利用了不同體制、不同頻（譜）段的雷達(dá)/光學(xué)設(shè)備交錯(cuò)配置、盲區(qū)互補(bǔ)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和掌握來(lái)自不同高度、不同方向的各類目標(biāo)和太空環(huán)境，可顯著增大對(duì)太空目標(biāo)的探測(cè)概率和電磁環(huán)境的截獲概率，增加目標(biāo)的監(jiān)視探測(cè)和偵收數(shù)據(jù)率；采用先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)和高性能計(jì)算處理平臺(tái)體系，快速融合處理探測(cè)數(shù)據(jù)，可提高對(duì)目標(biāo)航跡探測(cè)、太空電磁特性和氣象特性的連續(xù)性和測(cè)量精度，增強(qiáng)對(duì)隱身目標(biāo)、低空飛行目標(biāo)、快速機(jī)動(dòng)目標(biāo)和電磁與氣象環(huán)境等的探測(cè)跟蹤和偵收監(jiān)測(cè)分析能力。

4.2 太空態(tài)勢(shì)感知中心

太空態(tài)勢(shì)感知中心的工作主要圍繞太空目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各監(jiān)視探測(cè)設(shè)備進(jìn)行任務(wù)計(jì)劃安排，數(shù)據(jù)采集分配，電磁和氣象等環(huán)境監(jiān)測(cè)分析，軌道確定與修正，并進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別，同時(shí)又以太空目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)為終結(jié)，將數(shù)據(jù)處理結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)，如圖1所示。

圖1 太空態(tài)勢(shì)感知中心主要任務(wù)流程圖

太空態(tài)勢(shì)感知中心利用太空目標(biāo)的初定軌結(jié)果進(jìn)行過(guò)境預(yù)報(bào)，分析太空目標(biāo)穿越態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)的監(jiān)視空域，并且預(yù)報(bào)出現(xiàn)時(shí)刻和出現(xiàn)位置，并利用太空環(huán)境特性數(shù)據(jù)，綜合制定觀測(cè)任務(wù)計(jì)劃，為各個(gè)設(shè)備分配觀測(cè)任務(wù)，引導(dǎo)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行搜索、跟蹤、成像、測(cè)量、偵收等操作，利用多組設(shè)備的多組測(cè)量結(jié)果進(jìn)行信息關(guān)聯(lián)、集合與融合處理，達(dá)到空間目標(biāo)編目、管理、識(shí)別的目的。太空目標(biāo)態(tài)勢(shì)感知中心監(jiān)視探測(cè)處理流程如圖2所示。

圖2 太空目標(biāo)態(tài)勢(shì)感知中心監(jiān)視探測(cè)處理流程

太空態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括太空環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)和太空作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)數(shù)據(jù)庫(kù)，以及數(shù)據(jù)輸入和更新程序，并可采用可視化方式，為用戶提供各種太空作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)信息應(yīng)用服務(wù)，其內(nèi)容包括了對(duì)太空環(huán)境信息的顯示與查詢、對(duì)于各種作戰(zhàn)要圖進(jìn)行輸出、標(biāo)繪出對(duì)抗雙方的態(tài)勢(shì)和推演預(yù)案等。

4.3 輔助支持系統(tǒng)

為保證太空態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)的有效運(yùn)轉(zhuǎn)，需要提供必要的輔助支持系統(tǒng)，主要包括時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈路等。

（1）時(shí)間統(tǒng)一系統(tǒng)。由時(shí)統(tǒng)中心和若干時(shí)統(tǒng)分中心組成，系統(tǒng)設(shè)備主要是由無(wú)線電接收機(jī)、原子頻率標(biāo)準(zhǔn)(原子鐘)、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器等組成，也可應(yīng)用GPS、GLONASS等導(dǎo)航定位衛(wèi)星系統(tǒng)為各設(shè)備提供精準(zhǔn)授時(shí)服務(wù)，保證整個(gè)太空態(tài)勢(shì)系統(tǒng)工作在同一個(gè)時(shí)統(tǒng)下。

（2）通信系統(tǒng)。主要組成是無(wú)線、有線和光纖的通信設(shè)備設(shè)施等，其作用是保證系統(tǒng)中心與各監(jiān)測(cè)臺(tái)站之間的通信聯(lián)絡(luò)已及數(shù)據(jù)傳輸，最終實(shí)現(xiàn)太空態(tài)勢(shì)感知活動(dòng)的指揮控制和對(duì)設(shè)備遠(yuǎn)程操作。

（3）數(shù)據(jù)鏈路。主要采用無(wú)線通信方式，連接太空平臺(tái)與太空平臺(tái)、太空平臺(tái)與地面節(jié)點(diǎn)的通信鏈路。空間系統(tǒng)依賴無(wú)線電頻率或激光鏈路來(lái)提供太空平臺(tái)和地面節(jié)點(diǎn)間（衛(wèi)星到地面站或衛(wèi)星到用戶）、地面節(jié)點(diǎn)間（地面站到用戶）和衛(wèi)星間（衛(wèi)星到衛(wèi)星）的數(shù)據(jù)信息傳輸。在軌衛(wèi)星和衛(wèi)星地面站/用戶通過(guò)上、下行鏈路來(lái)傳送數(shù)據(jù)與信息。上行鏈路為衛(wèi)星平臺(tái)和傳感器載荷傳送指揮控制指令，衛(wèi)星平臺(tái)狀態(tài)和傳感器載荷數(shù)據(jù)信息則通過(guò)下行鏈路傳回地面站進(jìn)行處理。

5 太空態(tài)勢(shì)感知發(fā)展結(jié)論

太空態(tài)勢(shì)感知是一個(gè)比較前沿的具有挑戰(zhàn)性的前瞻研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外研究熱情目前方興未艾。為提高太空態(tài)勢(shì)感知的能力，需隨著雷達(dá)、光學(xué)等傳感器技術(shù)、分布式數(shù)據(jù)融合處理和網(wǎng)絡(luò)化云計(jì)算處理挖掘技術(shù)等的快速發(fā)展，建設(shè)先進(jìn)的天地基監(jiān)視探測(cè)設(shè)備設(shè)施和數(shù)據(jù)處理挖掘系統(tǒng)，將逐步提高工程應(yīng)用水平。通過(guò)太空態(tài)勢(shì)感知的研究，主要結(jié)論有：

（1）不斷加強(qiáng)太空態(tài)勢(shì)感知體系結(jié)構(gòu)規(guī)劃，構(gòu)建分布式網(wǎng)絡(luò)化態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)，確保海量太空感知數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)有效處理和分發(fā)共享，提供有效適量的情報(bào)信息數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

（2）隨著光學(xué)/光電和雷達(dá)設(shè)備監(jiān)視跟蹤探測(cè)超遠(yuǎn)程化、微波器件工藝高功率化、太空信息圖像化（逆合成孔徑成像）等，進(jìn)一步增強(qiáng)原始監(jiān)視探測(cè)數(shù)據(jù)的獲取能力，將有效推動(dòng)太空態(tài)勢(shì)感知技術(shù)的發(fā)展。

（3）采用地海空基和天基監(jiān)視探測(cè)設(shè)備，不斷推出多維數(shù)據(jù)融合提取方法，將有力推進(jìn)太空目標(biāo)特性數(shù)據(jù)獲取處理分析識(shí)別等技術(shù)的發(fā)展。

（4）隨著智能數(shù)據(jù)處理、云數(shù)據(jù)挖掘和分布式處理計(jì)算平臺(tái)等的進(jìn)步，目標(biāo)特性數(shù)據(jù)庫(kù)將越來(lái)越完善，可以快速提升太空目標(biāo)感知的水平和質(zhì)量。

（5）研究弱小信號(hào)檢測(cè)和多源圖像融合處理等算法，不斷提高太空目標(biāo)監(jiān)視識(shí)別能力，實(shí)現(xiàn)在軌有效載荷的規(guī)避防護(hù)、太空目標(biāo)監(jiān)視識(shí)別和環(huán)境監(jiān)視等，確保有效進(jìn)出、控制、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用太空。

（6）研究采用信息支援和網(wǎng)絡(luò)防護(hù)等抗干擾手段，抵消因采用電子戰(zhàn)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)攻擊手段造成的信息欺騙、干擾和拒止等行為，確保態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)的信息安全。

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Research of Space Situation Awareness Infrastructure and Development Trend

Space situation awareness is the main activity of space attack and defense countermeasure operation，and the main supporting force.The space situation awareness technology and its function are studied in the paper，the activity types is analyzed regarding of the space situation awareness，and then its infrastructure is set up，in end the development direction is summarized，all that provide the technical basis for the construction and development in our country.

Space Target；Situation Awareness；Detection and Surveillance；Assistant support