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“空间信息网络基础理论与关键技术”重大研究计划2014年度项目指南

日期 2014-02-28   来源:   作者:  【 】   【打印】   【关闭

  空间信息网络是以空间平台(如同步卫星或中、低轨道卫星、平流层气球和有人或无人驾驶飞机等)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的同时,向下可支持对地观测的高动态、宽带实时传输,向上可支持深空探测的超远程、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,难以通过增加空间节点数量和提高节点能力来扩大时空覆盖范围。为从根本上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大幅提升。

  一、科学目标

  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的重大挑战,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、高动态断续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领军人才及优秀科研群体。

  二、核心科学问题

  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,围绕高分辨率对地观测、中国卫星导航系统、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:

  (一)空间信息网络模型与高效组网机理。

  空间节点高动态运动、网络时空行为复杂,业务需求随任务变化,要求空间网络可重构,能力可伸缩。其难点在于常规网络基于静态拓扑可采用图模型与优化理论,而空间网络涉及多种异构动态变化的节点连接,必须发展动态图模型与优化理论。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、空间动态网络容量理论,实现空间节点高效组网,涉及数学、宇航与通信等学科。

  (二)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。

  (三)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、2014年度重点资助领域和研究方向

  2014年度围绕本重大研究计划的三个基本科学问题,进一步深入网络体系架构与空间网络理论研究,重点布署空间组网、传输与信息处理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,开展基于现有空间设施的集成演示方法的综合论证。拟资助如下领域的“重点支持项目”及与其相关的“培育项目”。

  (一)空间信息网络模型与高效组网机理。

  1.重点支持项目的研究方向(共2项)

  (1)天空地一体化导航增强动态自组网模型及应用模式

  围绕卫星导航及其多源导航增强融合发展的重大需求,研究以北斗导航卫星星座、通信卫星、临近空间浮空器、无人机、地面伪卫星等为时空参考源,导航网与空间通信信息网融合的天空地一体化导航增强动态自组网络架构;研究导航增强自组网的节点动态感知与网络自愈机制,提出导航增强网络动态自组模型,评估自组网在节点和结构变化下的导航增强功能与性能;探索导航通信融合实现多源多层导航增强的方法和应用模式;开展天空地一体化导航增强动态自组网仿真验证。

  考核目标:完成天空地一体化导航增强自组网模型设计,提出自组网导航通信融合方法,完成仿真论证。

  (2)面向集成演示的系统设计与试验方法

  围绕航天测控、应急救援、对地观测、航空运输等重大需求,开展空间信息网络系统综合集成的方案设计与试验方法探索,重点围绕空间信息网络的测控、通信、数传等典型业务,集成空间信息网络体系结构与协议、高速传输、在轨处理等研究方向上全部或者部分的新理论与新技术,设计能够等效反应真实空间信息网络的最小试验验证原型系统环境,探索以高轨卫星为骨干节点的空间信息网络关键技术验证方法,分析集成环境与试验方法的约束条件和等效性,提出试验数据分析处理和试验结论判定机制。

  考核目标:完成最小规模集成演示系统设计,提出基于高轨卫星的空间信息网络关键技术试验验证方法,完成试验验证方案设计。

  2.培育项目的研究方向(共6项)

  (1)空间信息网络体系架构顶层设计

  (2)空间信息网络业务特征与流量分析理论

  (3)星际互联网络模型、架构与协议

  (4)空间信息网络光/电路/分组混合交换理论与机制

  (5)空间信息网络任务规划与资源调度

  (6)空间信息网络安全体系与关键技术

  (二)空间动态网络高速传输理论与方法。

  1.重点支持项目的研究方向(共2项)

  (1)空间网络超高速通信理论与互联方法

  针对未来空间组网的高速互联需求,探索基于同步卫星、中低轨卫星、平流层平台等网络结构下的传输组织与容量优化方法,研究星际、星地长距离的可靠传输新机制与在轨通信处理新方法,开展技术途径论证与关键技术演示验证,为未来高效构建空间高速网络奠定理论和技术基础。

  考核指标:支持星间、星地传输,适应星载环境,单链路传输最高速率不低于10Gbps,提出系统设计方案与关键指标。

  (2)空间多波束动态形成方法与高能效传输机理

  针对中低轨卫星、飞机、地面用户等多用户快速灵活接入需求,研究空间电磁波能量覆盖强度、覆盖广度与动态多用户信息支持能力的关系机理,探索相关定量关系;结合分布式星群和/或动态波束有源天线阵列等前沿理论和技术研究,发展空间多波束动态形成与高能效传输的新机理、新方法,开展关键技术演示验证,为支持未来多用户的组网与高速及大容量通信奠定理论和技术基础。

  考核目标:支持基于卫星、平流层平台的大容量、快速响应、多用户接入需求,提出相关理论方法及关键技术演示方案。

  2.培育项目的研究方向(共8项)

  (1)空间动态网络的传输容量及优化方法

  (2)空间高能量效率、高频谱效率的新型编码调制理论

  (3)面向动态连接的激光相控通信机理与全光组网方法

  (4)空间太赫兹/毫米波等新型空间高速通信技术

  (5)空天高动态用户多址接入、切换与传输理论与方法

  (6)面向宽带移动通信的平流层大容量用户接入技术

  (7)针对遥感大容量信息回传的分布式协作传输与协议模型

  (8)高密度短突发航空空地数据宽带传输技术

  (三)空间信息稀疏表征与融合处理。

  1.重点支持项目的研究方向(共3项)

  (1)空间分布式SAR高精度干涉成像基础理论与关键技术

  针对卫星编队组网信息获取,研究空间分布式SAR高精度干涉成像基础理论,包括干涉SAR成像的基本条件,卫星编队队形设计理论与优化技术,高精度干涉成像对卫星编队队形控制与测量的精度要求,以及对传感器定轨、定姿、平台稳定性和相位测量误差与控制精度要求;突破空间分布式SAR高精度干涉成像的关键技术,包括星间激光测距,高精度定轨定姿,分布式干涉SAR高精度数据处理等关键技术。

  考核目标:构建卫星编队干涉成像的队形设计与参数优化的仿真系统,提出分布式干涉SAR成像对卫星编队队形控制与测量的精度指标,以及对传感器定轨、定姿、平台稳定性和相位测量误差与控制的精度指标。

  (2)星载多源遥感数据在轨变化检测与典型目标提取的关键理论与方法

  针对星载高分辨率宽覆盖多传感器信息量大导致现有方法无法及时下传信息问题,以及目标稀疏性和变化有限性特点,研究星载多源遥感数据在轨变化检测与典型目标提取的关键理论与方法,重点突破星载多维空间信息获取的各类传感器在轨高精度几何定标和精确配准的理论与方法,实现多载荷数据时空基准的精确统一,在此基础上,研究多维空间数据在轨融合、变化检测和典型目标提取技术,为星载高分辨率宽覆盖多传感器的典型目标实时提取与传输提供技术支撑。

  考核目标:多种传感器在轨精确几何定标,两次定标误差小于0.3像元;多源影像在轨配准精度小于0.3像元;在轨目标变化检测与信息提取的类型不小于5类,可靠性大于90%。

  (3)任务驱动的遥感数据星地协同高效处理机制与方法

  针对高分辨率宽覆盖遥感影像数据量大,星上数据存储、处理与传输能力受限的情况,研究面向任务的星地协同高效处理机制与方法,包括星上数据获取、处理、存储、传输等资源的优化配置,星上数据智能压缩、典型目标的自动检测等算法优化,以及针对不同需求的星地协同处理机制与任务驱动方法;同时开展星上高性能/高可靠/可扩展/可重构的通用信息处理平台架构及构建技术研究;为空间信息在轨获取、处理与实时应用提供关键理论和技术支撑。

  考核目标:建立任务驱动的遥感数据星地协同处理机制,实现典型任务的星地协同处理,处理效率提升1倍以上;研究在轨信息处理原理样机,并具有体积小、重量轻、功耗低等特征。

  2.培育项目的研究方向(共7项)

  (1)空间平台震颤对成像的影响及补偿方法

  (2)时敏目标天/空在线检测与识别

  (3)基于特征的图像感知压缩方法

  (4)基于相对论的精密时空基准研究

  (5)基于序列图像的在轨导航定位方法

  (6)基于星相机恒星影像的对天空中三角测量方法

  (7)基于北斗、陀螺、星敏及星相机等技术的高精度组合定轨定姿方法

  四、2014年度资助计划

  2014年度本重大研究计划资助经费约4700万元。资助培育项目约21项,资助期限为3年,申请书中的研究期限应填写“2015年1月-2017年12月”,平均资助强度为100万元/项;资助重点支持项目约7项,资助期限为4年,申请书中的研究期限应填写“2015年1月-2018年12月”,平均资助强度为400万元/项。

  五、遴选项目原则

  (一)遴选基本原则。

  为确保实现总体目标,本重大研究计划要求:

  1.申请人具备空间信息网络相关研究经历,依托单位具备开展空间信息网络研究基础和相关研究支撑条件;

  2.研究内容符合指南要求,围绕空间信息网络的国家重大战略需求,开展与重大研究计划总体目标紧密相关的基础理论和关键技术研究;

  3.申请书中应当有明确的科学问题、核心成果检验的具体方法和相关成果的应用前景。

  (二)优先资助原则。

  1.鼓励开展前沿领域探索性研究,优先支持具有原创性的空间信息网络新概念、新理论、新体系、新方法研究;

  2.鼓励多学科实质性交叉合作研究,特别是地球、数理和信息等学科间的相互交叉,注重理论与实验的有机结合;

  3.鼓励开展国际合作研究,吸收海外优秀科学家参与研究。

  六、申报要求及注意事项

  (一)申请条件。

  本重大研究计划项目申请人应当具备以下条件:

  1. 具有承担基础研究课题的经历;

  2. 具有高级专业技术职务(职称);

  正在博士后流动站或工作站内从事研究、正在攻读研究生学位以及《国家自然科学基金条例》第十条第二款所列的具有博士学位或者有2名与其研究领域相同、具有高级专业技术职务(职称)科技人员推荐的科学技术人员均不得申请。

  (二)限项规定。

  1. 具有高级专业技术职务(职称)的人员,申请或参与申请本次发布的重大研究计划项目与正在承担(包括负责人和主要参与者)以下类型项目合计限为3项:面上项目、重点项目、重大项目、重大研究计划项目(不包括集成项目和指导专家组调研项目)、联合基金项目(指同一名称联合基金项目)、青年科学基金项目、地区科学基金项目、优秀青年科学基金项目、国家杰出青年科学基金项目(申请时不限项)、国际(地区)合作研究项目(特殊说明的除外)、科学仪器基础研究专款项目、国家重大科研仪器设备研制专项项目、国家重大科研仪器研制项目、优秀国家重点实验室研究专项项目,以及资助期限超过1年的委主任基金项目和科学部主任基金项目等。

  已达到3项的,不得申请或参与申请本次发布的重大研究计划项目。

  处于评审阶段(自然科学基金委做出资助与否决定之前)的申请,计入本限项申请规定范围之内。

  2. 申请人(不含参与者)同年只能申请1项重大研究计划项目。上一年度获得重大研究计划项目资助的项目负责人(不包括集成项目和指导专家组调研项目),本年度不得再申请该重大研究计划项目。

  (三)申请注意事项。

  1. 申请人在填报申请书前,应当认真阅读本项目指南,不符合项目指南的申请项目不予受理。

  2. 本重大研究计划2014年度只接收培育项目和重点支持项目。

  3. 根据项目指南公布的拟资助研究方向,申请人可自行拟定项目名称、科学目标、研究内容、技术路线和相应的研究经费等。

  申请书的报告正文应当按照重大研究计划正文提纲撰写。如果申请人已经承担与本研究计划相关的国家其他科技计划项目,应当在报告正文的“研究基础”部分论述申请项目与其他相关项目的区别与联系。

  本重大研究计划旨在将相关领域研究进行战略性的方向引导和优势整合,成为一个协调的综合“项目群”。申请书须具有明确的关键科学问题,并应论述与项目指南最接近的科学问题的关系,以及对解决核心科学问题和实现项目总体目标的贡献。

  4. 培育项目的申请书中研究期限应填写“2015年1月-2017年12月”;重点支持项目的申请书中研究期限应填写“2015年1月-2018年12月”;

  培育项目和重点支持项目的合作研究单位不得超过2个。

  5. 为实现重大研究计划总体科学目标和多学科集成,获得资助的项目负责人应承诺遵守相关数据和资料管理与共享的规定。

  6. 本重大研究计划采用在线撰写申请书方式,对申请人具体要求如下:

  (1) 申请人向依托单位索取用户名和密码,登录ISIS系统,申请书中的资助类别选择“重大研究计划”,亚类说明选择“培育项目”或“重点支持项目”,附注说明选择“空间信息网络基础理论与关键技术”,根据申请的具体研究内容选择相应的申请代码。以上选择不准确或未选择的项目申请将不予受理。

  (2)申请人完成申请书撰写后,在线提交电子申请书,下载并打印最终PDF版本申请书,向依托单位提交签字后的纸质申请书原件。

  (3)申请人应保证纸质申请书与电子版内容一致。

  7. 本重大研究计划申请报送日期为2014年4月21至25日16时。由项目材料接收工作组负责接收申请书(联系电话:010-62328591)。

  8. 依托单位应对本单位申请人所提交申请材料的真实性和完整性进行审核,并在规定时间内将申请材料报送自然科学基金委。具体要求如下:

  (1)依托单位应在自然科学基金委规定的项目申请截止日(4月25日16时)前提交本单位电子申请书,并统一报送经单位签字盖章后的纸质申请书原件(一式一份)及要求报送的纸质附件材料。

  (2)依托单位报送纸质申请材料时,还应包括本单位公函和申请项目清单。材料不完整不予接收。

  (3)依托单位提交电子申请书时,应通过ISIS系统对申请书逐项确认。

  (4)依托单位可将纸质申请书直接报送或邮寄至北京市海淀区双清路83号国家自然科学基金委项目材料接收工作组(行政楼101房间,邮编100085)。采用邮寄方式的,请在项目申请截止日期前(以发信邮戳日期为准)以速递方式邮寄,并在信封左下角注明“重大研究计划项目申请材料”。请勿使用邮政包裹,以免延误申请。

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