“空間信息網絡”重大研究計劃2014指南發布

關于發布“空間信息網絡基礎理論與關鍵技術”重大研究計劃2014年度項目指南的通告

國科金發計〔2014〕12號

　　根據國家自然科學基金“空間信息網絡基礎理論與關鍵技術”重大研究計劃的總體工作安排，現公布本重大研究計劃2014年度項目指南，請依托單位及申請人按要求提出項目申請。

　　國家自然科學基金委員會

　　2014年2月27日

“空間信息網絡基礎理論與關鍵技術”重大研究計劃2014年度項目指南

　　空間信息網絡是以空間平臺(如同步衛星或中、低軌道衛星、平流層氣球和有人或無人駕駛飛機等)為載體，實時獲取、傳輸和處理空間信息的網絡系統。作為國家重要基礎設施，空間信息網絡在服務遠洋航行、應急救援、導航定位、航空運輸、航天測控等重大應用的同時，向下可支持對地觀測的高動態、寬帶實時傳輸，向上可支持深空探測的超遠程、大時延可靠傳輸，從而將人類科學、文化、生產活動拓展至空間、遠洋、乃至深空，是全球范圍的研究熱點。空間信息網絡的發展，受頻譜和軌道等資源的限制，難以通過增加空間節點數量和提高節點能力來擴大時空覆蓋范圍。為從根本上解決現有信息網絡全域覆蓋能力有限、網絡擴展和協同應用能力弱的問題，亟需開展空間信息網絡基礎理論與關鍵技術研究，通過新理論、新方法探索，有力支持空間信息服務能力的大幅提升。

　　一、科學目標

　　本重大研究計劃的總體科學目標是：瞄準信息網絡科學的學科發展前沿，針對空間信息網絡大時空跨度網絡體系結構、動態網絡環境下的高速信息傳輸、稀疏觀測數據的連續反演與高時效應用等基礎性的重大挑戰，研究大尺度時空約束下空間網絡及空間信息傳輸處理等機理，重點突破動態網絡容量優化、高速信息傳輸及多維數據融合應用等技術難題，通過傳輸網絡化、處理智能化和應用體系化等方法，將網絡資源動態聚合到局部時空區域，解決空間信息網絡在大覆蓋范圍、高動態斷續條件下空間信息的時空連續性支持問題，為提升全球范圍、全天候、全天時的快速響應和空間信息的時空連續支撐能力，實現我國空間網絡理論與技術高起點、跨越式發展，并有效支撐高分辨率對地觀測、衛星導航、深空探測等國家重大專項的發展奠定理論基礎。同時，通過重大研究計劃的實施，培養空間信息網絡理論與技術領域領軍人才及優秀科研群體。

　　二、核心科學問題

　　本重大研究計劃面向網絡理論與空間信息科學發展前沿，瞄準空間網絡體系結構、動態網絡信息傳輸理論、空間信息表征與時空融合處理等重大基礎科學理論，圍繞高分辨率對地觀測、中國衛星導航系統、載人航天與探月工程等國家重大專項發展需求，重點解決以下三個核心科學問題：

　　(一)空間信息網絡模型與高效組網機理。

　　空間節點高動態運動、網絡時空行為復雜，業務需求隨任務變化，要求空間網絡可重構，能力可伸縮。其難點在于常規網絡基于靜態拓撲可采用圖模型與優化理論，而空間網絡涉及多種異構動態變化的節點連接，必須發展動態圖模型與優化理論。需要重點研究：大時空尺度下的網絡結構模型、可擴展的異質異構組網關鍵技術、空間動態網絡容量理論，實現空間節點高效組網，涉及數學、宇航與通信等學科。

　　(二)空間動態網絡高速傳輸理論與方法。

　　空間節點和鏈路動態變化且稀疏分布，導致多點到多點的信息傳輸容量隨網絡拓撲的時變空變而發生變化，高動態時變網絡給傳統信息傳輸理論帶來巨大的挑戰，致使大時空跨度下實時端到端傳輸容量優化的可靠性和穩定性成為突出難題。需重點研究：時變網絡的信息傳輸理論、空間信息網絡資源感知與優化調度、高動態時變網絡的智能協同方法等，涉及通信、數學與空間物理等學科。

　　(三)空間信息稀疏表征與融合處理。

　　多維、多尺度空間信息的獲取、處理、網絡化共享與應用服務的核心問題是鏈路傳輸與處理瓶頸，一方面涉及空間信息的特征提取與稀疏表征;另一方面，由于多維信息尺度不同、時空基準存在差異，離散時空采樣的融合處理將面臨信息時空特性深層次精準表征等基礎問題。為此需重點研究：空間信息網絡的時空基準與統一表征、多維信息的時空同化與融合處理、空間信息的快速提取與知識發現等，涉及遙感/地學、信息、計算機等學科。

　　三、2014年度重點資助領域和研究方向

　　2014年度圍繞本重大研究計劃的三個基本科學問題，進一步深入網絡體系架構與空間網絡理論研究，重點布署空間組網、傳輸與信息處理等關鍵技術研究課題，加強網絡化場景下空間信息獲取、傳輸與處理的應用研究，開展基于現有空間設施的集成演示方法的綜合論證。擬資助如下領域的“重點支持項目”及與其相關的“培育項目”。

　　(一)空間信息網絡模型與高效組網機理。

　　1.重點支持項目的研究方向(共2項)

　　(1)天空地一體化導航增強動態自組網模型及應用模式

　　圍繞衛星導航及其多源導航增強融合發展的重大需求，研究以北斗導航衛星星座、通信衛星、臨近空間浮空器、無人機、地面偽衛星等為時空參考源，導航網與空間通信信息網融合的天空地一體化導航增強動態自組網絡架構;研究導航增強自組網的節點動態感知與網絡自愈機制，提出導航增強網絡動態自組模型，評估自組網在節點和結構變化下的導航增強功能與性能;探索導航通信融合實現多源多層導航增強的方法和應用模式;開展天空地一體化導航增強動態自組網仿真驗證。

　　考核目標：完成天空地一體化導航增強自組網模型設計，提出自組網導航通信融合方法，完成仿真論證。

　　(2)面向集成演示的系統設計與試驗方法

　　圍繞航天測控、應急救援、對地觀測、航空運輸等重大需求，開展空間信息網絡系統綜合集成的方案設計與試驗方法探索，重點圍繞空間信息網絡的測控、通信、數傳等典型業務，集成空間信息網絡體系結構與協議、高速傳輸、在軌處理等研究方向上全部或者部分的新理論與新技術，設計能夠等效反應真實空間信息網絡的最小試驗驗證原型系統環境，探索以高軌衛星為骨干節點的空間信息網絡關鍵技術驗證方法，分析集成環境與試驗方法的約束條件和等效性，提出試驗數據分析處理和試驗結論判定機制。

　　考核目標：完成最小規模集成演示系統設計，提出基于高軌衛星的空間信息網絡關鍵技術試驗驗證方法，完成試驗驗證方案設計。

　　2.培育項目的研究方向(共6項)

　　(1)空間信息網絡體系架構頂層設計

　　(2)空間信息網絡業務特征與流量分析理論

　　(3)星際互聯網絡模型、架構與協議

　　(4)空間信息網絡光/電路/分組混合交換理論與機制

　　(5)空間信息網絡任務規劃與資源調度

　　(6)空間信息網絡安全體系與關鍵技術

　　(二)空間動態網絡高速傳輸理論與方法。

　　1.重點支持項目的研究方向(共2項)

　　(1)空間網絡超高速通信理論與互聯方法

　　針對未來空間組網的高速互聯需求，探索基于同步衛星、中低軌衛星、平流層平臺等網絡結構下的傳輸組織與容量優化方法，研究星際、星地長距離的可靠傳輸新機制與在軌通信處理新方法，開展技術途徑論證與關鍵技術演示驗證，為未來高效構建空間高速網絡奠定理論和技術基礎。

　　考核指標：支持星間、星地傳輸，適應星載環境，單鏈路傳輸最高速率不低于10Gbps，提出系統設計方案與關鍵指標。

　　(2)空間多波束動態形成方法與高能效傳輸機理

　　針對中低軌衛星、飛機、地面用戶等多用戶快速靈活接入需求，研究空間電磁波能量覆蓋強度、覆蓋廣度與動態多用戶信息支持能力的關系機理，探索相關定量關系;結合分布式星群和/或動態波束有源天線陣列等前沿理論和技術研究，發展空間多波束動態形成與高能效傳輸的新機理、新方法，開展關鍵技術演示驗證，為支持未來多用戶的組網與高速及大容量通信奠定理論和技術基礎。

　　考核目標：支持基于衛星、平流層平臺的大容量、快速響應、多用戶接入需求，提出相關理論方法及關鍵技術演示方案。

　　2.培育項目的研究方向(共8項)

　　(1)空間動態網絡的傳輸容量及優化方法

　　(2)空間高能量效率、高頻譜效率的新型編碼調制理論

　　(3)面向動態連接的激光相控通信機理與全光組網方法

　　(4)空間太赫茲/毫米波等新型空間高速通信技術

　　(5)空天高動態用戶多址接入、切換與傳輸理論與方法

　　(6)面向寬帶移動通信的平流層大容量用戶接入技術

　　(7)針對遙感大容量信息回傳的分布式協作傳輸與協議模型

　　(8)高密度短突發航空空地數據寬帶傳輸技術

　　(三)空間信息稀疏表征與融合處理。

　　1.重點支持項目的研究方向(共3項)

　　(1)空間分布式SAR高精度干涉成像基礎理論與關鍵技術

　　針對衛星編隊組網信息獲取，研究空間分布式SAR高精度干涉成像基礎理論,包括干涉SAR 成像的基本條件，衛星編隊隊形設計理論與優化技術，高精度干涉成像對衛星編隊隊形控制與測量的精度要求，以及對傳感器定軌、定姿、平臺穩定性和相位測量誤差與控制精度要求;突破空間分布式SAR高精度干涉成像的關鍵技術，包括星間激光測距，高精度定軌定姿，分布式干涉SAR高精度數據處理等關鍵技術。

　　考核目標：構建衛星編隊干涉成像的隊形設計與參數優化的仿真系統，提出分布式干涉SAR成像對衛星編隊隊形控制與測量的精度指標，以及對傳感器定軌、定姿、平臺穩定性和相位測量誤差與控制的精度指標。

　　(2)星載多源遙感數據在軌變化檢測與典型目標提取的關鍵理論與方法

　　針對星載高分辨率寬覆蓋多傳感器信息量大導致現有方法無法及時下傳信息問題，以及目標稀疏性和變化有限性特點，研究星載多源遙感數據在軌變化檢測與典型目標提取的關鍵理論與方法，重點突破星載多維空間信息獲取的各類傳感器在軌高精度幾何定標和精確配準的理論與方法，實現多載荷數據時空基準的精確統一，在此基礎上，研究多維空間數據在軌融合、變化檢測和典型目標提取技術，為星載高分辨率寬覆蓋多傳感器的典型目標實時提取與傳輸提供技術支撐。

　　考核目標：多種傳感器在軌精確幾何定標，兩次定標誤差小于0.3像元;多源影像在軌配準精度小于0.3像元;在軌目標變化檢測與信息提取的類型不小于5類，可靠性大于90%。

　　(3)任務驅動的遙感數據星地協同高效處理機制與方法

　　針對高分辨率寬覆蓋遙感影像數據量大，星上數據存儲、處理與傳輸能力受限的情況，研究面向任務的星地協同高效處理機制與方法，包括星上數據獲取、處理、存儲、傳輸等資源的優化配置，星上數據智能壓縮、典型目標的自動檢測等算法優化，以及針對不同需求的星地協同處理機制與任務驅動方法;同時開展星上高性能/高可靠/可擴展/可重構的通用信息處理平臺架構及構建技術研究;為空間信息在軌獲取、處理與實時應用提供關鍵理論和技術支撐。

　　考核目標：建立任務驅動的遙感數據星地協同處理機制，實現典型任務的星地協同處理，處理效率提升1倍以上;研究在軌信息處理原理樣機，并具有體積小、重量輕、功耗低等特征。

　　2.培育項目的研究方向(共7項)

　　(1)空間平臺震顫對成像的影響及補償方法

　　(2)時敏目標天/空在線檢測與識別

　　(3)基于特征的圖像感知壓縮方法

　　(4)基于相對論的精密時空基準研究

　　(5)基于序列圖像的在軌導航定位方法

　　(6)基于星相機恒星影像的對天空中三角測量方法

　　(7)基于北斗、陀螺、星敏及星相機等技術的高精度組合定軌定姿方法

　　四、2014年度資助計劃

　　2014年度本重大研究計劃資助經費約4700萬元。資助培育項目約21項，資助期限為3 年，申請書中的研究期限應填寫“2015年1月-2017年12月”，平均資助強度為100萬元/項;資助重點支持項目約7項，資助期限為4年，申請書中的研究期限應填寫“2015年1月-2018年12月”，平均資助強度為400萬元/項。

　　五、遴選項目原則

　　(一)遴選基本原則。

　　為確保實現總體目標，本重大研究計劃要求：

　　1.申請人具備空間信息網絡相關研究經歷，依托單位具備開展空間信息網絡研究基礎和相關研究支撐條件;

　　2.研究內容符合指南要求，圍繞空間信息網絡的國家重大戰略需求，開展與重大研究計劃總體目標緊密相關的基礎理論和關鍵技術研究;

　　3.申請書中應當有明確的科學問題、核心成果檢驗的具體方法和相關成果的應用前景。

　　(二)優先資助原則。

　　1.鼓勵開展前沿領域探索性研究，優先支持具有原創性的空間信息網絡新概念、新理論、新體系、新方法研究;

　　2.鼓勵多學科實質性交叉合作研究，特別是地球、數理和信息等學科間的相互交叉，注重理論與實驗的有機結合;

　　3.鼓勵開展國際合作研究，吸收海外優秀科學家參與研究。

　　六、申報要求及注意事項

　　(一)申請條件。

　　本重大研究計劃培育項目申請人應當具備以下條件：

　　1. 具有承擔基礎研究課題的經歷;

　　2. 具有高級專業技術職務(職稱);

　　正在博士后流動站或工作站內從事研究、正在攻讀研究生學位以及《國家自然科學基金條例》第十條第二款所列的具有博士學位或者有2名與其研究領域相同、具有高級專業技術職務(職稱)科技人員推薦的科學技術人員均不得申請。

　　(二)限項規定。

　　1. 具有高級專業技術職務(職稱)的人員，申請或參與申請本次發布的重大研究計劃項目與正在承擔(包括負責人和主要參與者)以下類型項目合計限為3項：面上項目、重點項目、重大項目、重大研究計劃項目(不包括集成項目和指導專家組調研項目)、聯合基金項目(指同一名稱聯合基金項目)、青年科學基金項目、地區科學基金項目、優秀青年科學基金項目、國家杰出青年科學基金項目(申請時不限項)、國際(地區)合作研究項目(特殊說明的除外)、科學儀器基礎研究專款項目、國家重大科研儀器設備研制專項項目、國家重大科研儀器研制項目、優秀國家重點實驗室研究專項項目，以及資助期限超過1年的委主任基金項目和科學部主任基金項目等。

　　已達到3項的，不得申請或參與申請本次發布的重大研究計劃項目。

　　處于評審階段(自然科學基金委做出資助與否決定之前)的申請，計入本限項申請規定范圍之內。

　　2. 申請人(不含參與者)同年只能申請1項重大研究計劃項目。上一年度獲得重大研究計劃項目資助的項目負責人(不包括集成項目和指導專家組調研項目)，本年度不得再申請該重大研究計劃項目。

　　(三)申請注意事項。

　　1. 申請人在填報申請書前，應當認真閱讀本項目指南，不符合項目指南的申請項目不予受理。

　　2. 本重大研究計劃2014年度只接收培育項目和重點支持項目。

　　3. 根據項目指南公布的擬資助研究方向，申請人可自行擬定項目名稱、科學目標、研究內容、技術路線和相應的研究經費等。

　　申請書的報告正文應當按照重大研究計劃正文提綱撰寫。如果申請人已經承擔與本研究計劃相關的國家其他科技計劃項目，應當在報告正文的“研究基礎”部分論述申請項目與其他相關項目的區別與聯系。

　　本重大研究計劃旨在將相關領域研究進行戰略性的方向引導和優勢整合，成為一個協調的綜合“項目群”。申請書須具有明確的關鍵科學問題，并應論述與項目指南最接近的科學問題的關系，以及對解決核心科學問題和實現項目總體目標的貢獻。

　　4. 培育項目的申請書中研究期限應填寫“2015年1月-2017年12月”;重點支持項目的申請書中研究期限應填寫“2015年1月-2018年12月”;

　　培育項目和重點支持項目的合作研究單位不得超過2個。

　　5. 為實現重大研究計劃總體科學目標和多學科集成，獲得資助的項目負責人應承諾遵守相關數據和資料管理與共享的規定。

　　6. 本重大研究計劃采用在線撰寫申請書方式，對申請人具體要求如下：

　　(1) 申請人向依托單位索取用戶名和密碼，登錄ISIS系統，申請書中的資助類別選擇“重大研究計劃”，亞類說明選擇“培育項目”或“重點支持項目”，附注說明選擇“空間信息網絡基礎理論與關鍵技術”，根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼。以上選擇不準確或未選擇的項目申請將不予受理。

　　(2)申請人完成申請書撰寫后，在線提交電子申請書，下載并打印最終PDF版本申請書，向依托單位提交簽字后的紙質申請書原件。

　　(3)申請人應保證紙質申請書與電子版內容一致。

　　7. 本重大研究計劃申請報送日期為2014年4月21至25日16時。由項目材料接收工作組負責接收申請書(聯系電話：010-62328591)。

　　8. 依托單位應對本單位申請人所提交申請材料的真實性和完整性進行審核，并在規定時間內將申請材料報送自然科學基金委。具體要求如下：

　　(1)依托單位應在自然科學基金委規定的項目申請截止日(4月25日16時)前提交本單位電子申請書，并統一報送經單位簽字蓋章后的紙質申請書原件(一式一份)及要求報送的紙質附件材料。

　　(2)依托單位報送紙質申請材料時，還應包括本單位公函和申請項目清單。材料不完整不予接收。

　　(3)依托單位提交電子申請書時，應通過ISIS系統對申請書逐項確認。

　　(4)依托單位可將紙質申請書直接報送或郵寄至北京市海淀區雙清路83號國家自然科學基金委項目材料接收工作組(行政樓101房間，郵編100085)。采用郵寄方式的，請在項目申請截止日期前(以發信郵戳日期為準)以速遞方式郵寄，并在信封左下角注明“重大研究計劃項目申請材料”。請勿使用郵政包裹，以免延誤申請。