国家自然科学基金“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划2017年度项目指南

 航天     |      2019-12-12 12:36

北航新闻网8月8日电(文/通讯员 李晓欢 摄影/孙赫) 8月7日,国家自然科学基金“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划集成项目“基于临近空间平台的天地一体化信息网络关键技术集成与综合验证”启动与实施方案研讨会在我校召开。

新闻网讯(通讯员宋朝晖、朱鹏程)国家自然科学基金重大研究计划集成项目“天基信息网络在轨处理与实时传输综合集成演示验证”启动会,近日在京召开。该项目由我校牵头,负责人为两院院士李德仁。

空间信息网络是以空间平台(如同步卫星或中、低轨道卫星/星座、平流层浮空器或无人机等)为载体,实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。作为国家重要基础设施,空间信息网络在服务远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输、航天测控等重大应用同时,还可支持对地观测高动态、宽带实时传输,以及深空探测的超远程、大时延可靠传输,从而将人类科学、文化、生产活动拓展至空间、远洋、乃至深空,是全球范围的研究热点。空间信息网络的发展,受频谱和轨道等资源的限制,难以简单地通过增加空间节点数量或提高节点能力来扩大时空覆盖范围。为解决现有信息网络全域覆盖能力有限、网络扩展和协同应用能力弱的问题,亟需开展空间信息网络基础理论与关键技术研究,通过新理论、新方法探索,有力支持空间信息服务能力的提升。

基金委信息学部张兆田副主任、“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划指导专家和咨询专家陆建华院士、张军院士、尹浩院士、王沙飞院士、刘永坚院士等10余名专家参会。项目负责人樊邦奎院士、刘锋教授汇报了项目实施方案和研究进展。我校刘树春副校长参加会议。

20余位专家出席启动会,包括:“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划指导专家组龚健雅院士、陆建华院士、张军院士、王东进教授,特邀专家刘先林院士、何友院士、姜会林院士、刘泽金院士、陈杰院士、李维森教授、江碧涛研究员等。

一、科学目标

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副校长李斐,国家自然科学基金委员会信息科学部常务副主任秦玉文、副主任李建军分别致辞。

本重大研究计划的总体科学目标是:瞄准信息网络科学的学科发展前沿,针对空间信息网络大时空跨度网络体系结构、动态网络环境下的高速信息传输、稀疏观测数据的连续反演与高时效应用等基础性重大挑战,研究大尺度时空约束下空间网络及空间信息传输处理等机理,重点突破动态网络容量优化、高速信息传输及多维数据融合应用等技术难题,通过传输网络化、处理智能化和应用体系化等方法,将网络资源动态聚合到局部时空区域,解决空间信息网络在大覆盖范围、高动态条件下空间信息的时空连续性支持问题,为提升全球范围、全天候、全天时的快速响应和空间信息的时空连续支撑能力,实现我国空间网络理论与技术高起点、跨越式发展,并有效支撑高分辨率对地观测、卫星导航、深空探测、天地一体化信息网络等国家重大专项的发展奠定理论基础。同时,通过重大研究计划的实施,培养空间信息网络理论与技术领域的领军人才及优秀科研群体。

李德仁介绍项目的立项背景、研究内容和目标。测绘遥感信息工程国家重点实验室教授王密汇报项目实施方案。

二、核心科学问题

与会专家认为,该项目对于完成重大研究计划科学目标、发展未来空间信息网络具有重要意义。同时,针对项目实施方案、衔接国家未来重大工程项目、科学问题验证等,专家提出重要建议。

本重大研究计划面向网络理论与空间信息科学发展前沿,瞄准空间网络体系结构、动态网络信息传输理论、空间信息表征与时空融合处理等重大基础科学理论,围绕天地一体化信息网络、高分辨率对地观测、卫星导航定位系统、载人航天与探月工程等国家重大专项发展需求,重点解决以下三个核心科学问题:

据悉,该项目是“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划部署的第二批集成项目,由我校联合航天东方红卫星有限公司、清华大学、北京理工大学、中国人民解放军32039部队共同承担。它围绕重大研究计划的主要科学目标,吸纳前期部分项目的研究成果,集成演示验证大尺度空间网络环境下遥感数据实时获取、智能处理、稀疏表征与压缩传输的关键科学问题。将筹集资金自主研制并发射一颗轻小型化智能遥感试验卫星,实现遥感影像从数据获取到应用终端分钟级延时的高效影像智能服务。

空间信息网络模型与高效组网机理。

(编辑:肖珊)

空间节点高动态运动、网络时空行为复杂,业务类型差异大,要求空间网络可重构,能力可伸缩。其难点在于常规网络使用的分析模型与优化理论难以直接用于异构动态空间信息网络,需要重点研究:大时空尺度下的网络结构模型、可扩展的异质异构组网关键技术、空间动态网络容量优化理论,实现空间节点高效组网,涉及数学、宇航与通信等学科。

空间动态网络高速传输理论与方法。

空间节点和链路动态变化且稀疏分布,导致多点到多点的信息传输容量随网络拓扑的时变空变而发生变化,高动态时变网络给传统信息传输理论带来巨大的挑战,致使大时空跨度下实时端到端传输容量优化的可靠性和稳定性成为突出难题。需重点研究:时变网络的信息传输理论、空间信息网络资源感知与优化调度、高动态时变网络的智能协同方法等,涉及通信、数学与空间物理等学科。

空间信息稀疏表征与融合处理。

多维、多尺度空间信息的获取、处理、网络化共享与应用服务的核心问题是链路传输与处理瓶颈,一方面涉及空间信息的特征提取与稀疏表征;另一方面,由于多维信息尺度不同、时空基准存在差异,离散时空采样的融合处理将面临信息时空特性深层次精准表征等基础问题。为此需重点研究:空间信息网络的时空基准与统一表征、多维信息的时空同化与融合处理、空间信息的快速提取与知识发现等,涉及遥感/地学、信息、计算机等学科。

三、2017年度重点资助研究方向

2017年度围绕本重大研究计划的三个基本科学问题,进一步深入天地一体网络体系架构与空间信息网络理论研究,重点部署试验平台与集成验证等关键技术研究课题,加强网络化场景下空间信息获取、传输与处理的应用研究,开展空间信息网络集成演示系统研制,以“培育项目”、“重点支持项目”和“集成项目”的形式予以资助。本年度资助研究方向如下:。

集成项目的研究方向。

1.天基信息网络在轨处理与实时传输综合集成演示验证。

围绕空间信息网络新理论、新技术与新成果的综合集成和演示验证,重点针对天基系统的静态和动态图像实时获取、在轨稀疏表征与智能处理及压缩传输突破的关键技术,利用可动态重构的智能遥感卫星平台,与现有的通信卫星系统进行组网传输与协同观测,建立小规模实验验证天基信息网络,构建遥感卫星面向任务的实时数据获取到地面固定和移动终端的遥感数据与信息智能服务链路,建立可重构和通用的在轨实时处理平台,支持在轨处理算法的动态部署与更新,通过在轨智能处理和稀疏表征与智能压缩,在有限的传输带宽资源下,实现遥感影像从数据获取到应用终端分钟级延时的高效智能服务,基于实验验证天基信息网络,展示全球范围的信息获取、智能处理、稀疏表征与压缩传输和移动终端实时分发的全过程,为构建空间信息网络提供理论和技术支撑。

考核目标:参与组网的遥感卫星和通信卫星数量不少于3颗;星间具备不低于1M字节的通信传输能力;实现遥感图像在轨稀疏表达与智能压缩,动态图像压缩倍数能够达到50-100倍;支持固定站地面网快速分发和直接支持智能移动终端近实时分发,支持境内应急救援和境外远洋航行典型应用场景。

2.基于临近空间平台的天地一体化信息网络关键技术集成与综合验证。

面向轨道交通路网监测和安全运行等“一带一路”信息保障重大急需,探索以临近空间平台与卫星为骨干节点的天地一体化区域组网通信和协同监视体系架构,研究空天地动态网络的优化理论和协同工作机制,以及多平台多传感器的集成方法与技术,提出基于临近空间平台的天地一体化信息网络的效能评估方法,建立基于临近空间平台的区域实时监视服务的应用系统架构,构建以临近空间平台与卫星为骨干节点的天地一体化信息感知、通信传输、融合处理系统。以“一带一路”中的轨道交通路网监测和安全运行等为背景,构建基于临近空间平台的天地一体化信息网络的试验验证系统,具备区域监视、通信传输、融合处理和应用服务等能力。同时,还可集成和验证空间信息网络的部分新理论、新技术与新成果,为构建我国空间信息网络提供理论和技术支撑。

考核目标:完成基于临近空间平台的天地一体化信息网络关键技术集成与综合验证系统的构建,支持区域监视信息从获取、传输、处理到服务的体系化应用;综合运用临近空间平台、无人机、高空气球等,以及卫星、地面站和地面网络等各类系统和设施,体现天地一体化网络信息感知、传输、处理等主要元素;可演示空中动态组网、宽带接入、实时处理等关键技术;支持固定地点与地域的连续区域覆盖、多元高精度监视;可利用的临近空间平台、卫星等骨干节点数量不少于3个,网络用户节点不少于5个;天地一体化信息网络系统从信息获取、信息处理到信息传输至终端用户时间达到分钟级。

重点支持项目的研究方向。

1.面向物联网的电磁感知低轨星座系统架构设计及关键技术研究。

面向信息时代万物互联、电磁空间安全掌控及频谱资源高效利用等重大应用需求,针对全球范围内各类传感信息实时采集、电磁频谱信号持续收集等难点问题,开展宽频段高动态电磁频谱和高灵敏度非合作信号联合监测、广域多星协同高效感知机理、星地一体化海量数据融合处理等基础理论和关键技术研究,完成可支持全球各类传感信息获取和电磁频谱无缝实时感知的高效费比低轨星座体系设计,构建效能评估与演示验证平台,为数字地球构建和创新应用奠定基础。

考核目标:提出广域分布式协同传感信息采集和电磁频谱感知方案与海量数据处理方法,支持低成本、轻小型化的在轨实现以及目标信息实时展示和属性快速挖掘;星座系统具备全球范围电磁频谱实时感知、各类传感信息获取、导航定位增强等功能;构建系统效能评估与演示平台,进行关键技术验证与展示。

2.面向空间信息网络的分布式水声信号协同处理机理与方法研究。