"空间信息网络基础理论与关键技术"

重大研究计划2015年度项目指南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、2015年度重点资助领域和研究方向2015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的研究,重点部署空间组网、传输与信息处理、试验平台与试验方法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,开展基于各类空间设施集成演示方案的综合论证.
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(3项).
(1)基于空间站的集成演示系统设计与试验方法研究.
以空间信息网络重大研究计划各研究方向新理论、新技术与新成果的集成演示和验证为目标,密切结合国家重大工程迫切需求,利用空间站、试验卫星等资源开展关键技术的空间试验与验证方法研究,设计能够反映空间信息网络主要特征的原型系统及空间等效试验平台,提出特定任务场景下的天地一体多功能综合集成演示方案、试验数据处理分析与效能评估方法,进行初步演示验证,为国家重大工程建设和后续空间信息网络重大研究计划集成演示提供支撑.

考核目标:完成空间信息网络综合集成演示方案及其原型系统和空间等效试验平台设计;演示方案涉及各要素具备2020年左右完成空间试验条件;原型系统需体现空间信息网络的主要特征;空间等效试验平台具备集成演示空间信息网络重大研究计划各研究方向新理论、新技术与新成果的能力.

(2)无人机/临近空间平台与卫星综合组网机理与演示验证.
无人机、临近空间飞行器等大型空中平台是空间信息网络的重要组成部分,相比于卫星系统具有规划部署快、平台高度低、时空尺度小等特点,在应急救援、对地观测等方面具有反应迅速、观测精准等优势.
针对空间信息网络全域覆盖与局部增强和多类业务接入组网等应用需求,探索无人机/临近空间平台与卫星综合组网通信的体系架构、网络优化理论和协同工作机制,研究各类异质空间平台高动态组网机理与方法,解决由于空间平台作业环境强干扰、易遮挡所导致的信息传输难题,设计并构建特定任务背景下的动态组网演示模型,完成体现大范围、超视距、长航时、跨平台特质的典型应用演示验证方案设计与效能评估方法研究.

考核目标:提出天-空-地一体化空间信息网络模型与跨平台、高动态组网方法;提出系统设计方案与关键技术指标;设计大范围、超视距、长航时、跨平台的典型应用演示验证系统;完成关键技术演示方案及评估方法研究.

(3)基于任务驱动的动态重构空间信息网络体系设计与关键技术研究.
研究空间信息网络在航天测控、对地观测及空间科学实验等领域的应用保障模式,针对空间信息网络节点类型多样、能力差异大、技术体制不一、在轨硬件升级难度大等问题,开展基于任务驱动的动态重构空间信息网络体系设计和多任务规划研究,借鉴软件定义网络(SDN)等理念,开展各类空间信息网络节点资源(如天线、功率、频率、计算、存储等)虚拟化研究,构建屏蔽底层硬件差异全网统一的资源控制管理模型,突破适用于空间网络特征的资源虚拟化映射和动态调度控制等关键技术,完成面向任务可动态重构的空间信息网络原型系统设计.

考核目标:提出基于任务驱动的动态重构空间信息网络体系架构;建立基于资源虚拟化的空间信息网络控制和资源管理模型;完成包括高、中、低轨及空中节点在内的面向任务可动态重构空间信息网络原型系统设计.

2.
培育项目的研究方向(共4项).
(1)空间信息网络多协议优化与仿真验证;(2)空基通信与导航定位融合设计方法;(3)空间信息网络光/射频/分组混合交换机制与方法;(4)基于群智感知的空间信息网络资源调度与协同组网方法.
(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)业务驱动的空间通信传输与接入方法.
面向未来移动通信、应急通信等发展需求,针对服务多样化与随需覆盖等问题,探索业务驱动的空间通信传输与接入方法,根据业务分布与特性要求,研究灵活高效的随需覆盖方法,建立区域综合信道状态反馈机制与高效多址接入模型,探索自适应新型通信波形设计与优化方法;结合智能天线/有源天线阵列等技术研究,发展空间机动服务与自适应通信接入的新机理、新方法,开展关键技术演示验证,为支持未来区域机动信息服务及多样灵活接入奠定理论和技术基础.

考核目标:支持通信、遥感、测控等多种业务和大容量、高速移动等多样用户需求,满足带宽、实时性、差错率等不同服务质量要求,能够覆盖山地、海洋、城市等多种地形,随业务变化调整快速灵活,具有高效的频谱与能量效率,提出相关理论方法及关键技术演示方案.

(2)空地网络协同信息分发的传输模型与关键技术.
面向移动互联网发展,针对带宽受限条件下的大容量媒体广域服务问题,围绕空地联合组网下的信息分发与传输,探索信息分发传输效率与异构网络架构鲁棒性/可靠性的基本关系,研究高效组播服务的大容量媒体分发模型与大用户量服务关键技术,结合通信与广播融合理论,探索信息分发传输的新途径、新技术,为构建空-地互联网协同体系架构提供理论基础和技术手段.

考核目标:支持高清等大容量流媒体分发,具备广域大容量用户服务能力,适应降水、仰角等不同信道条件下的高效传输,提出系统设计和关键技术演示方案.

2.
培育项目的研究方向(共3项).
(1)支持物联网应用大容量节点数目的卫星通信接入方法;(2)星地协同的频谱共享使用技术;(3)面向区域机动服务的自适应高速高效接入方法.
(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)机-星-地遥感网灾害实时动态监测关键技术与验证.
监测与应急救援对实时信息服务的迫切需求,研究空天地协同一体化的空间遥感信息远距离实时传输、遥感数据精确定位与机上处理、灾害信息实时分发与服务的理论方法体系,突破机-星-地协同条件下实时传输数据的连续性与可靠性、多源遥感数据的高精度定位与时空统一、空地一体的遥感数据机上处理与实时分发、受灾环境变化动态检测与异常分析、多源异质影像灾情信息智能提取等关键技术,并在典型区域实现示范验证,为灾害应急实时处理、评估与辅助决策提供理论与技术基础.

考核目标:验证平台具有航空(包含远程无人机)载荷与中继卫星实时通信能力;实现机-星-地遥感数据实时传输与协同处理;遥感影像自主定位精度≤10米,灾害信息提取与分发时间≤1分钟,典型灾情信息提取精度不小于90%.

(2)空间信息网络时间位置获取与时空基准统一的关键理论与方法.
针对空间信息网络高动态、分层节点多的特点,研究时空基准及其统一与转换方法,建立由空间参考框架(包括惯性参考框架和地固框架)、相对参考系组成的空间及全球高精度三维动态参考框架体系,建立统一时空表示模型和表征方法,基于统一时空框架构建分级时空基准,研究时间基准建立所涉及的误差传播机理与误差处理方法;围绕空间信息网络时间与位置信息获取,探索适应不同类型分层节点的网络自主星-空/星-星定位与时间同步的理论与方法,突破高动态环境下基于少量基准源的短弧轨道测定、快速单向双向定位和迅捷时间建立与维持等关键技术,分析将时间位置信息已知的节点作为新基准源的机理.
开展技术途径论证与关键技术演示验证,为空间信息网络架构与重组、信息交互和数据在线精确处理奠定理论和技术基础.

考核目标:建立高效和精确的统一时空表示模型及转换方法;提出的时间位置信息获取方法应满足全球适应性、较低定位基准源冗余度以及同一类型节点多种方法互为备份等不同条件;提出相关理论方法及关键技术演示方案.

(3)空间信息网络对海上目标连续观测基础理论与关键技术.
围绕航运安全、交通管制和海洋监测等重大需求,以实现全球海域实时综合感知和大范围海域重要目标的连续跟踪为目标,研究空间信息网络多节点、多尺度、异类传感器协同对海上目标连续观测的基础理论与关键技术.
主要包括:海上多目标连续监测跟踪的顶层设计;海杂波背景下目标不变特征描述与快速提取、快速关联与联合识别以及多目标融合跟踪.

考核指标:设计基于空间信息网络的全球海上目标连续观测系统方案,并给出系统的主要性能指标;提出有针对性的多节点、多尺度、多传感器融合检测与跟踪方法;建立仿真系统,对理论和关键技术进行仿真和实测数据验证.

2.
培育项目的研究方向(6项).
(1)空间网络分布式虚拟存储与管理的理论和方法;(2)基于在线学习的星地协同空天图像压缩;(3)视频图像在轨特征提取与压缩传输新方法;(4)空基传感器平台的时敏目标在线融合处理和检测识别;(5)基于光子晶体陀螺航天器姿态基准与导航;(6)基于稀疏表示模型的图像重建理论及应用研究.
四、2015年度资助计划本重大研究计划2015年度计划资助"直接费用"约4000万元.
资助培育项目约13项,直接费用的平均资助强度约80万元/项,资助期限为3年,申请书中研究期限应填写"2016年1月-2018年12月";资助重点支持项目约8项,直接费用的平均资助强度约340万元/项,资助期限为4年,申请书中研究期限应填写"2016年1月-2019年12月".
申请人只填写"直接费用"预算,"间接费用"及总经费由系统自动生成.

五、申报要求及注意事项(一)申请人条件.
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者工作站内从事研究以及正在攻读研究生学位的科学技术人员不得申请.

(二)限项规定.
1.
具有高级专业技术职务(职称)的人员,申请或者参与申请本次重大研究计划项目与处于评审阶段(申请和参与申请的项目在国家自然科学基金委员会做出资助与否决定之前)和正在承担(包括负责人和主要参与者)的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、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、国家重大科研仪器研制项目(含承担科学仪器基础研究专款项目和国家重大科研仪器设备研制专项项目)、优秀国家重点实验室研究项目,以及资助期限超过1年的应急管理项目.

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),本年度不得再申请重大研究计划项目.

(三)申请注意事项.
1.
本重大研究计划项目申请书采用在线方式撰写.
对申请人具体要求如下:(1)申请人在填报申请书前,应当认真阅读本项目指南和《2015年度国家自然科学基金项目指南》中申请须知的相关内容,不符合项目指南和相关要求的申请项目不予受理.

(2)本重大研究计划旨在紧密围绕核心科学问题,将对多学科相关研究进行战略性的方向引导和优势整合,成为一个项目集群.
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.

(3)申请人登录科学基金网络信息系统(以下简称ISIS系统,没有系统账号的申请人请向依托单位基金管理联系人申请开户),按照撰写提纲及相关要求撰写申请书.

(4)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.

(5)申请人应当按照重大研究计划申请书的撰写提纲撰写申请书,应突出有限目标和重点突破,明确对实现研究计划总体目标和解决核心科学问题的贡献.
如果申请人已经承担与本重大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.

(6)申请人完成申请书撰写后,在线提交电子申请书及材料,下载打印最终PDF版本申请书,向依托单位提交签字后的纸质申请书原件.

(7)申请人应当保证纸质申请书与电子版内容一致.
2.
依托单位应当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国家自然科学基金委员会.
具体要求如下:(1)应在规定的项目申请截止日期(2015年5月29日16时)前提交本单位电子申请书及材料,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)及要求报送的纸质材料.

(2)提交电子申请材料时,应当通过ISIS系统逐项确认.
(3)报送纸质申请材料时,还应当包括本单位公函和申请项目清单,材料不完整不予接收.

(4)可将纸质申请材料直接送达或者邮寄至国家自然科学基金委员会项目材料接收工作组.
采用邮寄方式的,请在项目申请截止时间前(以发信邮戳日期为准)以快递方式邮寄,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.

3.
申请书报送日期为2015年5月25日至29日16时.
申请书由国家自然科学基金委员会项目材料接收工作组负责接收,信息科学部负责受理及后续工作.

通讯地址:北京市海淀区双清路83号国家自然科学基金委员会项目材料接收工作组(行政楼101房间)邮编:100085联系电话:010-62328591(四)其他注意事项.
1.
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当承诺遵守相关数据和资料管理与共享的规定,项目执行过程中须关注与本计划其他项目之间的相互支撑关系.

2.
为加强项目的学术交流,促进项目群的形成和多学科交叉与集成,本重大研究计划每年将举办一次资助项目的年度学术交流会,不定期地组织相关领域的学术研讨会.
获资助项目负责人有义务参加本重大研究计划指导专家组和管理工作组所组织的上述学术交流活动.