國家自然科學(xué)基金重大研究計劃

1、2015年國家自然科學(xué)基金重大研究計劃“空間信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”申報通知各有關(guān)單位：空間信息網(wǎng)絡(luò)是以空間平臺(如同步衛(wèi)星或中、低軌道衛(wèi)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(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。作為國家重要基礎(chǔ)設(shè)施，空間信息網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)遠洋航行、應(yīng)急救援、導(dǎo)航定位、航空運輸、航天測控等重大應(yīng)用的同時，向下可支持對地觀測的高動態(tài)、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(xué)、文化、生產(chǎn)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(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，受頻譜和軌道等資源的限制，難以通過增加空間節(jié)點數(shù)量和提高節(jié)點能力來擴大時空覆蓋范

2、圍。為從根本上解決現(xiàn)有信息網(wǎng)絡(luò)全域覆蓋能力有限、網(wǎng)絡(luò)擴展和協(xié)同應(yīng)用能力弱的問題，亟需開展空間信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究，通過新理論、新方法探索，有力支持空間信息服務(wù)能力的大幅提升。一、科學(xué)目標(biāo)本重大研究計劃的總體科學(xué)目標(biāo)是：瞄準信息網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的學(xué)科發(fā)展前沿，針對空間信息網(wǎng)絡(luò)大時空跨度網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的高速信息傳輸、稀疏觀測數(shù)據(jù)的連續(xù)反演與高時效應(yīng)用等基礎(chǔ)性重大挑戰(zhàn)，研究大尺度時空約束下空間網(wǎng)絡(luò)及空間信息傳輸處理等機理，重點突破動態(tài)網(wǎng)絡(luò)容量優(yōu)化、高速信息傳輸及多維數(shù)據(jù)融合應(yīng)用等技術(shù)難題，通過傳輸網(wǎng)絡(luò)化、處理智能化和應(yīng)用體系化等方法，將網(wǎng)絡(luò)資源動態(tài)聚合到局部時空區(qū)域，解決空間信息網(wǎng)絡(luò)

3、在大覆蓋范圍、高動態(tài)條件下空間信息的時空連續(xù)性支持問題，為提升全球范圍、全天候、全天時的快速響應(yīng)和空間信息的時空連續(xù)支撐能力，實現(xiàn)我國空間網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)高起點、跨越式發(fā)展，并有效支撐高分辨率對地觀測、衛(wèi)星導(dǎo)航、深空探測等國家重大專項的發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。同時，通過重大研究計劃的實施，培養(yǎng)空間信息網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)領(lǐng)域領(lǐng)軍人才及優(yōu)秀科研群體。二、核心科學(xué)問題本重大研究計劃面向網(wǎng)絡(luò)理論與空間信息科學(xué)發(fā)展前沿，瞄準空間網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、動態(tài)網(wǎng)絡(luò)信息傳輸理論、空間信息表征與時空融合處理等重大基礎(chǔ)科學(xué)理論，圍繞高分辨率對地觀測、中國衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、載人航天與探月工程等國家重大專項發(fā)展需求，重點解決以下三個核心科學(xué)問

4、題：（一）空間信息網(wǎng)絡(luò)模型與高效組網(wǎng)機理?？臻g節(jié)點高動態(tài)運動、網(wǎng)絡(luò)時空行為復(fù)雜，業(yè)務(wù)類型差異大，要求空間網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)，能力可伸縮。其難點在于常規(guī)網(wǎng)絡(luò)基于靜態(tài)拓撲可采用圖模型與優(yōu)化理論，而空間網(wǎng)絡(luò)涉及多種異構(gòu)動態(tài)變化的節(jié)點連接，必須發(fā)展動態(tài)圖模型與優(yōu)化理論。需要重點研究：大時空尺度下的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型、可擴展的異質(zhì)異構(gòu)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)、空間動態(tài)網(wǎng)絡(luò)容量理論，實現(xiàn)空間節(jié)點高效組網(wǎng)，涉及數(shù)學(xué)、宇航與通信等學(xué)科。（二）空間動態(tài)網(wǎng)絡(luò)高速傳輸理論與方法?？臻g節(jié)點和鏈路動態(tài)變化且稀疏分布，導(dǎo)致多點到多點的信息傳輸容量隨網(wǎng)絡(luò)拓撲的時變空變而發(fā)生變化，高動態(tài)時變網(wǎng)絡(luò)給傳統(tǒng)信息傳輸理論帶來巨大的挑戰(zhàn)，致使大時空跨度下實時端

5、到端傳輸容量優(yōu)化的可靠性和穩(wěn)定性成為突出難題。需重點研究：時變網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸理論、空間信息網(wǎng)絡(luò)資源感知與優(yōu)化調(diào)度、高動態(tài)時變網(wǎng)絡(luò)的智能協(xié)同方法等，涉及通信、數(shù)學(xué)與空間物理等學(xué)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(wǎng)絡(luò)化共享與應(yīng)用服務(wù)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(chǔ)問題。為此需重點研究：空間信息網(wǎng)絡(luò)的時空基準與統(tǒng)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(fā)現(xiàn)等，涉及遙感/地學(xué)、信息、計算機等學(xué)科

6、。三、2015年度重點資助領(lǐng)域和研究方向2015年度圍繞本重大研究計劃的三個基本科學(xué)問題，進一步深入網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)與空間網(wǎng)絡(luò)理論的研究，重點部署空間組網(wǎng)、傳輸與信息處理、試驗平臺與試驗方法等關(guān)鍵技術(shù)研究課題，加強網(wǎng)絡(luò)化場景下空間信息獲取、傳輸與處理的應(yīng)用研究，開展基于各類空間設(shè)施集成演示方案的綜合論證。擬資助如下領(lǐng)域的“重點支持項目”及與其相關(guān)的“培育項目”。（一）空間信息網(wǎng)絡(luò)模型與高效組網(wǎng)機理。1.重點支持項目的研究方向（3項）。（1）基于空間站的集成演示系統(tǒng)設(shè)計與試驗方法研究。以空間信息網(wǎng)絡(luò)重大研究計劃各研究方向新理論、新技術(shù)與新成果的集成演示和驗證為目標(biāo)，密切結(jié)合國家重大工程迫切需求，利用

7、空間站、試驗衛(wèi)星等資源開展關(guān)鍵技術(shù)的空間試驗與驗證方法研究，設(shè)計能夠反映空間信息網(wǎng)絡(luò)主要特征的原型系統(tǒng)及空間等效試驗平臺，提出特定任務(wù)場景下的天地一體多功能綜合集成演示方案、試驗數(shù)據(jù)處理分析與效能評估方法，進行初步演示驗證，為國家重大工程建設(shè)和后續(xù)空間信息網(wǎng)絡(luò)重大研究計劃集成演示提供支撐。考核目標(biāo)：完成空間信息網(wǎng)絡(luò)綜合集成演示方案及其原型系統(tǒng)和空間等效試驗平臺設(shè)計；演示方案涉及各要素具備2020年左右完成空間試驗條件；原型系統(tǒng)需體現(xiàn)空間信息網(wǎng)絡(luò)的主要特征；空間等效試驗平臺具備集成演示空間信息網(wǎng)絡(luò)重大研究計劃各研究方向新理論、新技術(shù)與新成果的能力。（2）無人機/臨近空間平臺與衛(wèi)星綜合組網(wǎng)機理與演

8、示驗證。無人機、臨近空間飛行器等大型空中平臺是空間信息網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，相比于衛(wèi)星系統(tǒng)具有規(guī)劃部署快、平臺高度低、時空尺度小等特點，在應(yīng)急救援、對地觀測等方面具有反應(yīng)迅速、觀測精準等優(yōu)勢。針對空間信息網(wǎng)絡(luò)全域覆蓋與局部增強和多類業(yè)務(wù)接入組網(wǎng)等應(yīng)用需求，探索無人機/臨近空間平臺與衛(wèi)星綜合組網(wǎng)通信的體系架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化理論和協(xié)同工作機制，研究各類異質(zhì)空間平臺高動態(tài)組網(wǎng)機理與方法，解決由于空間平臺作業(yè)環(huán)境強干擾、易遮擋所導(dǎo)致的信息傳輸難題，設(shè)計并構(gòu)建特定任務(wù)背景下的動態(tài)組網(wǎng)演示模型，完成體現(xiàn)大范圍、超視距、長航時、跨平臺特質(zhì)的典型應(yīng)用演示驗證方案設(shè)計與效能評估方法研究?？己四繕?biāo)：提出天-空-地一體化

9、空間信息網(wǎng)絡(luò)模型與跨平臺、高動態(tài)組網(wǎng)方法；提出系統(tǒng)設(shè)計方案與關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)；設(shè)計大范圍、超視距、長航時、跨平臺的典型應(yīng)用演示驗證系統(tǒng)；完成關(guān)鍵技術(shù)演示方案及評估方法研究。（3）基于任務(wù)驅(qū)動的動態(tài)重構(gòu)空間信息網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計與關(guān)鍵技術(shù)研究。研究空間信息網(wǎng)絡(luò)在航天測控、對地觀測及空間科學(xué)實驗等領(lǐng)域的應(yīng)用保障模式，針對空間信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點類型多樣、能力差異大、技術(shù)體制不一、在軌硬件升級難度大等問題，開展基于任務(wù)驅(qū)動的動態(tài)重構(gòu)空間信息網(wǎng)絡(luò)體系設(shè)計和多任務(wù)規(guī)劃研究，借鑒軟件定義網(wǎng)絡(luò)（sdn）等理念，開展各類空間信息網(wǎng)絡(luò)節(jié)點資源（如天線、功率、頻率、計算、存儲等）虛擬化研究，構(gòu)建屏蔽底層硬件差異全網(wǎng)統(tǒng)一的資源控制管

10、理模型，突破適用于空間網(wǎng)絡(luò)特征的資源虛擬化映射和動態(tài)調(diào)度控制等關(guān)鍵技術(shù)，完成面向任務(wù)可動態(tài)重構(gòu)的空間信息網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)設(shè)計?？己四繕?biāo)：提出基于任務(wù)驅(qū)動的動態(tài)重構(gòu)空間信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)；建立基于資源虛擬化的空間信息網(wǎng)絡(luò)控制和資源管理模型；完成包括高、中、低軌及空中節(jié)點在內(nèi)的面向任務(wù)可動態(tài)重構(gòu)空間信息網(wǎng)絡(luò)原型系統(tǒng)設(shè)計。2.培育項目的研究方向（共4項）。（1）空間信息網(wǎng)絡(luò)多協(xié)議優(yōu)化與仿真驗證；（2）空基通信與導(dǎo)航定位融合設(shè)計方法；（3）空間信息網(wǎng)絡(luò)光/射頻/分組混合交換機制與方法；（4）基于群智感知的空間信息網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度與協(xié)同組網(wǎng)方法。（二）空間動態(tài)網(wǎng)絡(luò)高速傳輸理論與方法。1.重點支持項目的研究方向（共

11、2項）。（1）業(yè)務(wù)驅(qū)動的空間通信傳輸與接入方法。面向未來移動通信、應(yīng)急通信等發(fā)展需求，針對服務(wù)多樣化與隨需覆蓋等問題，探索業(yè)務(wù)驅(qū)動的空間通信傳輸與接入方法，根據(jù)業(yè)務(wù)分布與特性要求，研究靈活高效的隨需覆蓋方法，建立區(qū)域綜合信道狀態(tài)反饋機制與高效多址接入模型，探索自適應(yīng)新型通信波形設(shè)計與優(yōu)化方法；結(jié)合智能天線/有源天線陣列等技術(shù)研究，發(fā)展空間機動服務(wù)與自適應(yīng)通信接入的新機理、新方法，開展關(guān)鍵技術(shù)演示驗證，為支持未來區(qū)域機動信息服務(wù)及多樣靈活接入奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)?？己四繕?biāo)：支持通信、遙感、測控等多種業(yè)務(wù)和大容量、高速移動等多樣用戶需求，滿足帶寬、實時性、差錯率等不同服務(wù)質(zhì)量要求，能夠覆蓋山地、海洋

12、、城市等多種地形，隨業(yè)務(wù)變化調(diào)整快速靈活，具有高效的頻譜與能量效率，提出相關(guān)理論方法及關(guān)鍵技術(shù)演示方案。（2）空地網(wǎng)絡(luò)協(xié)同信息分發(fā)的傳輸模型與關(guān)鍵技術(shù)。面向移動互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，針對帶寬受限條件下的大容量媒體廣域服務(wù)問題，圍繞空地聯(lián)合組網(wǎng)下的信息分發(fā)與傳輸，探索信息分發(fā)傳輸效率與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)魯棒性/可靠性的基本關(guān)系，研究高效組播服務(wù)的大容量媒體分發(fā)模型與大用戶量服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合通信與廣播融合理論，探索信息分發(fā)傳輸?shù)男峦緩?、新技術(shù)，為構(gòu)建空-地互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同體系架構(gòu)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)手段。考核目標(biāo)：支持高清等大容量流媒體分發(fā)，具備廣域大容量用戶服務(wù)能力，適應(yīng)降水、仰角等不同信道條件下的高效傳輸，提出系統(tǒng)

13、設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)演示方案。 2.培育項目的研究方向（共3項）。（1）支持物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用大容量節(jié)點數(shù)目的衛(wèi)星通信接入方法；（2）星地協(xié)同的頻譜共享使用技術(shù)；（3）面向區(qū)域機動服務(wù)的自適應(yīng)高速高效接入方法。（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）機-星-地遙感網(wǎng)災(zāi)害實時動態(tài)監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)與驗證。監(jiān)測與應(yīng)急救援對實時信息服務(wù)的迫切需求，研究空天地協(xié)同一體化的空間遙感信息遠距離實時傳輸、遙感數(shù)據(jù)精確定位與機上處理、災(zāi)害信息實時分發(fā)與服務(wù)的理論方法體系，突破機-星-地協(xié)同條件下實時傳輸數(shù)據(jù)的連續(xù)性與可靠性、多源遙感數(shù)據(jù)的高精度定位與時空統(tǒng)一、空地一體的遙感數(shù)據(jù)機上處理與實時

14、分發(fā)、受災(zāi)環(huán)境變化動態(tài)檢測與異常分析、多源異質(zhì)影像災(zāi)情信息智能提取等關(guān)鍵技術(shù)，并在典型區(qū)域?qū)崿F(xiàn)示范驗證，為災(zāi)害應(yīng)急實時處理、評估與輔助決策提供理論與技術(shù)基礎(chǔ)?？己四繕?biāo)：驗證平臺具有航空（包含遠程無人機）載荷與中繼衛(wèi)星實時通信能力；實現(xiàn)機-星-地遙感數(shù)據(jù)實時傳輸與協(xié)同處理；遙感影像自主定位精度10米，災(zāi)害信息提取與分發(fā)時間1分鐘，典型災(zāi)情信息提取精度不小于90%。（2）空間信息網(wǎng)絡(luò)時間位置獲取與時空基準統(tǒng)一的關(guān)鍵理論與方法。針對空間信息網(wǎng)絡(luò)高動態(tài)、分層節(jié)點多的特點，研究時空基準及其統(tǒng)一與轉(zhuǎn)換方法，建立由空間參考框架（包括慣性參考框架和地固框架）、相對參考系組成的空間及全球高精度三維動態(tài)參考框架體

15、系，建立統(tǒng)一時空表示模型和表征方法，基于統(tǒng)一時空框架構(gòu)建分級時空基準，研究時間基準建立所涉及的誤差傳播機理與誤差處理方法；圍繞空間信息網(wǎng)絡(luò)時間與位置信息獲取，探索適應(yīng)不同類型分層節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)自主星-空/星-星定位與時間同步的理論與方法，突破高動態(tài)環(huán)境下基于少量基準源的短弧軌道測定、快速單向雙向定位和迅捷時間建立與維持等關(guān)鍵技術(shù)，分析將時間位置信息已知的節(jié)點作為新基準源的機理。開展技術(shù)途徑論證與關(guān)鍵技術(shù)演示驗證，為空間信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與重組、信息交互和數(shù)據(jù)在線精確處理奠定理論和技術(shù)基礎(chǔ)?？己四繕?biāo)：建立高效和精確的統(tǒng)一時空表示模型及轉(zhuǎn)換方法；提出的時間位置信息獲取方法應(yīng)滿足全球適應(yīng)性、較低定位基準源冗余

16、度以及同一類型節(jié)點多種方法互為備份等不同條件；提出相關(guān)理論方法及關(guān)鍵技術(shù)演示方案。（3）空間信息網(wǎng)絡(luò)對海上目標(biāo)連續(xù)觀測基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)。圍繞航運安全、交通管制和海洋監(jiān)測等重大需求，以實現(xiàn)全球海域?qū)崟r綜合感知和大范圍海域重要目標(biāo)的連續(xù)跟蹤為目標(biāo)，研究空間信息網(wǎng)絡(luò)多節(jié)點、多尺度、異類傳感器協(xié)同對海上目標(biāo)連續(xù)觀測的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)。主要包括：海上多目標(biāo)連續(xù)監(jiān)測跟蹤的頂層設(shè)計；海雜波背景下目標(biāo)不變特征描述與快速提取、快速關(guān)聯(lián)與聯(lián)合識別以及多目標(biāo)融合跟蹤?？己酥笜?biāo)：設(shè)計基于空間信息網(wǎng)絡(luò)的全球海上目標(biāo)連續(xù)觀測系統(tǒng)方案，并給出系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)；提出有針對性的多節(jié)點、多尺度、多傳感器融合檢測與跟蹤方法；

17、建立仿真系統(tǒng)，對理論和關(guān)鍵技術(shù)進行仿真和實測數(shù)據(jù)驗證。2.培育項目的研究方向（6項）。（1）空間網(wǎng)絡(luò)分布式虛擬存儲與管理的理論和方法；（2）基于在線學(xué)習(xí)的星地協(xié)同空天圖像壓縮；（3）視頻圖像在軌特征提取與壓縮傳輸新方法；（4）空基傳感器平臺的時敏目標(biāo)在線融合處理和檢測識別；（5）基于光子晶體陀螺航天器姿態(tài)基準與導(dǎo)航；（6）基于稀疏表示模型的圖像重建理論及應(yīng)用研究。四、2015年度資助計劃本重大研究計劃2015年度計劃資助“直接費用”約4000萬元。資助培育項目約13項，直接費用的平均資助強度約80萬元/項，資助期限為3年，申請書中研究期限應(yīng)填寫“2016年1月-2018年12月”；資助重點支持

18、項目約8項，直接費用的平均資助強度約340萬元/項，資助期限為4年，申請書中研究期限應(yīng)填寫“2016年1月-2019年12月”。申請人只填寫“直接費用”預(yù)算，“間接費用”及總經(jīng)費由系統(tǒng)自動生成。五、申報要求及注意事項（一）申請人條件。本重大研究計劃項目申請人應(yīng)當(dāng)具備以下條件：1.具有承擔(dān)基礎(chǔ)研究課題的經(jīng)歷；2.具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)（職稱）。正在博士后流動站或者工作站內(nèi)從事研究以及正在攻讀研究生學(xué)位的科學(xué)技術(shù)人員不得申請。（二）限項規(guī)定。1.具有高級專業(yè)技術(shù)職務(wù)（職稱）的人員，申請或者參與申請本次重大研究計劃項目與處于評審階段（申請和參與申請的項目在國家自然科學(xué)基金委員會做出資助與否決定之前）和

19、正在承擔(dān)（包括負責(zé)人和主要參與者）的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(dǎo)專家組調(diào)研項目）、聯(lián)合基金項目、青年科學(xué)基金項目、地區(qū)科學(xué)基金項目、優(yōu)秀青年科學(xué)基金項目、國家杰出青年科學(xué)基金項目（申請時不限項）、國際（地區(qū)）合作研究項目、國家重大科研儀器研制項目（含承擔(dān)科學(xué)儀器基礎(chǔ)研究?？铐椖亢蛧抑卮罂蒲袃x器設(shè)備研制專項項目）、優(yōu)秀國家重點實驗室研究項目，以及資助期限超過1年的應(yīng)急管理項目。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(zé)人（不包括集成項目和指導(dǎo)專家組調(diào)研項目），本年度不得再

20、申請重大研究計劃項目。 （三）申請注意事項。1.本重大研究計劃項目申請書采用在線方式撰寫。對申請人具體要求如下：（1）申請人在填報申請書前，應(yīng)當(dāng)認真閱讀本項目指南和2015年度國家自然科學(xué)基金項目指南中申請須知的相關(guān)內(nèi)容，不符合項目指南和相關(guān)要求的申請項目不予受理。（2）本重大研究計劃旨在緊密圍繞核心科學(xué)問題，將對多學(xué)科相關(guān)研究進行戰(zhàn)略性的方向引導(dǎo)和優(yōu)勢整合，成為一個項目集群。根據(jù)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(xué)目標(biāo)、研究內(nèi)容、技術(shù)路線和相應(yīng)的研究經(jīng)費等。（3）申請人登錄科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)（以下簡稱isis系統(tǒng)，沒有系統(tǒng)賬號的申請人請向依托單位基金管理聯(lián)系人申請開戶），按照撰寫提綱及相關(guān)要求撰寫申請書。（4）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(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”，根據(jù)申請的