金亞秋院士：發(fā)展空天信息科技 構(gòu)筑全球智能感知與決策新基石

文章刊登于《中國科技產(chǎn)業(yè)》雜志

202602期“院士專論

當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，科技革命與產(chǎn)業(yè)變革深入推進。縱觀歷史，從18世紀(jì)英國的蒸汽機時代（第一次工業(yè)革命）到19世紀(jì)歐洲的電氣時代（第二次工業(yè)革命），再到20世紀(jì)下半葉以電子技術(shù)、空間技術(shù)（衛(wèi)星遙感、通信、導(dǎo)航）和互聯(lián)網(wǎng)為代表的第三次工業(yè)革命，每一次科技浪潮都深刻重塑了世界格局。如今，我們正站在第四次科學(xué)與工業(yè)革命的門檻上——21世紀(jì)的信息智能時代。這一時代以人工智能、機器人、量子計算、清潔能源和生物技術(shù)為標(biāo)志，呈現(xiàn)出物理世界、數(shù)據(jù)世界與生物世界深度融合的特征。科學(xué)研究的支柱也從傳統(tǒng)的理論與實驗，拓展到計算與智能，推動著從科學(xué)發(fā)現(xiàn)到產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的快速轉(zhuǎn)化。

一、空天信息科技的戰(zhàn)略地位與時代使命

在上述宏大背景下，空天信息科技作為集航天技術(shù)、信息科學(xué)與人工智能于一體的戰(zhàn)略性交叉領(lǐng)域，已成為大國戰(zhàn)略競爭與經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵支柱。國家“數(shù)字中國”與“航天強國”戰(zhàn)略的深入實施，明確將“空天科技”納入2035年遠景目標(biāo)的核心內(nèi)容，并在“十五五”規(guī)劃中予以重點布局，強化其國家戰(zhàn)略科技力量屬性。國家教育部已在“信息與通信工程”一級學(xué)科下設(shè)立“空天信息技術(shù)”二級學(xué)科，彰顯其前沿性與交叉性。其實質(zhì)任務(wù)，是構(gòu)建基于空、天、地、海等多平臺的電磁信息感知系統(tǒng)，涵蓋遙感、通信、導(dǎo)航及相關(guān)科學(xué)技術(shù)，最終服務(wù)于數(shù)字經(jīng)濟轉(zhuǎn)型與國家綜合安全。這不僅是中國科技自立自強的內(nèi)在要求，也是中國在智能信息時代實現(xiàn)崛起、突破“卡脖子”困境、參與全球治理的關(guān)鍵路徑。

二、空天電磁信息智能感知的研究進展與重大突破

我國在空天信息科技領(lǐng)域持續(xù)投入，已構(gòu)建起從深空到地表、覆蓋多平臺的立體觀測體系。該體系以電磁信息感知為核心，涵蓋從36000公里高的地球同步軌道衛(wèi)星、700~500公里低的各類遙感衛(wèi)星星座，到臨近空間的飛艇、無人機群，直至地面的微波臺站、海上艦船，并與網(wǎng)絡(luò)空間深度融合，形成了一張“空、天、地、海”一體化的感知巨網(wǎng)。在具體技術(shù)研究層面，取得了系列重大進展，主要體現(xiàn)在以下幾個方向。

（一）新型SAR系統(tǒng)觀測的理論建模與信息感知能力飛躍

合成孔徑雷達（SAR）是全天時全天候感知的利器。研究重點已從傳統(tǒng)低軌SAR向高軌SAR（地球同步軌道）拓展。高軌SAR具有覆蓋范圍廣、重訪周期短、可持續(xù)觀測和對動態(tài)目標(biāo)持續(xù)跟蹤能力強等優(yōu)勢，是實現(xiàn)廣域持續(xù)監(jiān)視的戰(zhàn)略性技術(shù)。同時，多站協(xié)同觀測（如高軌雷達與空中飛艇平臺結(jié)合）和多源信息融合重構(gòu)技術(shù)得到大力發(fā)展。通過將地基逆合成孔徑雷達與光學(xué)圖像融合，能夠構(gòu)建空間目標(biāo)的三維態(tài)勢，從而推動新一代多基融合、異構(gòu)融合、智能協(xié)同的空間態(tài)勢感知系統(tǒng)的形成。

（二）微波視覺推動雷達目標(biāo)智能識別

微波SAR圖像源于復(fù)雜的電磁散射機理，圖像不直觀、解讀困難。微波視覺核心在于融合電磁散射物理機理與人工智能，通過構(gòu)建物理驅(qū)動的高通真仿真器、發(fā)展數(shù)據(jù)增強與對抗學(xué)習(xí)策略，形成智能解譯能力。該技術(shù)已在艦船、飛機、車輛等目標(biāo)識別及全極化地表分類中得到成功驗證，并帶動了從二維到三維重構(gòu)、多模態(tài)融合等一系列關(guān)聯(lián)技術(shù)發(fā)展。

（三）超表面智能感知與通信開辟電磁調(diào)控新維度

超表面作為由亞波長結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成的人工電磁材料，能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁波振幅、相位、極化及傳播模式的靈活、動態(tài)調(diào)控，為空天智能感知與通信系統(tǒng)帶來了顛覆性潛力。

在智能感知方面：超表面可用于設(shè)計新型雷達天線與孔徑。例如，基于可編程超表面的智能雷達，可通過軟件實時重構(gòu)波束形狀與掃描方式，實現(xiàn)多目標(biāo)跟蹤、高分辨率成像與低概率截獲，顯著提升系統(tǒng)的敏捷性與隱蔽性。此外，超表面還能用于研發(fā)智能隱身蒙皮，通過動態(tài)調(diào)控散射場，實現(xiàn)平臺在多個頻段的自適應(yīng)隱身。

在通信方面：超表面能夠構(gòu)建智能反射面，作為無源中繼動態(tài)優(yōu)化無線信道，補償信號衰減、克服障礙物遮擋，顯著提升衛(wèi)星通信、無人機中繼等場景下的鏈路質(zhì)量與覆蓋范圍。在星載多波束天線中，超表面有助于實現(xiàn)更輕、更薄、性能更優(yōu)的天線陣列，支撐高通量衛(wèi)星通信發(fā)展。

（四）行星雷達遙感拓展感知邊疆

我國深空探測任務(wù)為行星遙感提供了寶貴平臺。面向“嫦娥七號”任務(wù)，開展了月球雙頻高分辨率全極化SAR技術(shù)研究，用于月表成像、特征分析與著陸點選取。同時，火星表面/次表面雷達探測及小天體探測技術(shù)研究，將地球微波遙感技術(shù)體系成功推向深空。

（五）導(dǎo)航時空精準(zhǔn)定位與電離層智能探測

針對影響導(dǎo)航精度的電離層干擾，我國發(fā)展了基于“掩星-衛(wèi)星-地基”多源數(shù)據(jù)融合的智能反演技術(shù)。通過智能同化物理模型與觀測數(shù)據(jù)，建立了高分辨率、高效率的電離層參數(shù)反演系統(tǒng)，顯著提升了導(dǎo)航定位精度和空間環(huán)境監(jiān)測能力。

三、當(dāng)前面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)與深思

盡管我國空天信息科技發(fā)展迅速，但仍面臨一系列深層次挑戰(zhàn)，制約著其向更高水平邁進。

其一，多源信息融合之困。當(dāng)前，光學(xué)、紅外、微波等多頻段遙感數(shù)據(jù)，以及衛(wèi)星、航空、地面等多平臺數(shù)據(jù)之間，尚未形成高效統(tǒng)一的融合感知體系，“數(shù)據(jù)孤島”現(xiàn)象依然突出。不同傳感器數(shù)據(jù)在分辨率、時相、坐標(biāo)系、物理含義等方面存在差異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)融合難度大、成本高、效果不穩(wěn)定。尤其在應(yīng)急響應(yīng)等時敏任務(wù)中，如何快速集成多源數(shù)據(jù)，形成統(tǒng)一、清晰、可靠的態(tài)勢圖景，仍是亟待解決的技術(shù)與管理難題。

其二，智能感知的深度與可信度亟待提升。盡管AI在遙感解譯中取得顯著成效，但其“黑箱”特性導(dǎo)致模型決策過程缺乏可解釋性，在復(fù)雜地形、惡劣氣象、小目標(biāo)檢測等場景下性能波動大。此外，當(dāng)前AI模型多依賴于大量標(biāo)注數(shù)據(jù)，而在遙感領(lǐng)域，高質(zhì)量標(biāo)注數(shù)據(jù)稀缺，且標(biāo)注成本高昂。如何發(fā)展小樣本學(xué)習(xí)、自監(jiān)督學(xué)習(xí)、領(lǐng)域自適應(yīng)等新型AI方法，提升模型在數(shù)據(jù)稀缺條件下的泛化能力與魯棒性，是推動智能感知走向?qū)崙?zhàn)應(yīng)用的關(guān)鍵。

其三，從信息到?jīng)Q策的“最后一公里”尚未完全打通。空天信息產(chǎn)生后，如何快速精準(zhǔn)地轉(zhuǎn)化為國防、應(yīng)急、農(nóng)業(yè)、交通等不同行業(yè)可用的決策支持產(chǎn)品，仍存在鏈條脫節(jié)問題。一方面，信息產(chǎn)品與行業(yè)需求之間存在“語言鴻溝”，遙感專家不懂行業(yè)業(yè)務(wù)，行業(yè)用戶不理解遙感數(shù)據(jù)的潛力和局限；另一方面，從信息處理到?jīng)Q策支持的流程尚未標(biāo)準(zhǔn)化、自動化，過度依賴人工判讀與經(jīng)驗傳遞，導(dǎo)致響應(yīng)速度慢、決策效率低。這要求我們不僅要關(guān)注上游的數(shù)據(jù)獲取與處理技術(shù)，更要重視下游的應(yīng)用集成與服務(wù)模式創(chuàng)新。

其四，頂尖人才與自主工業(yè)軟件生態(tài)存在短板。空天信息科技是高度交叉的領(lǐng)域，急需一批既精通電磁物理、遙感機理，又掌握人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)的復(fù)合型頂尖人才。目前，這類人才總量不足，培養(yǎng)體系尚不健全。同時，在計算電磁學(xué)仿真、遙感數(shù)據(jù)處理、高端圖形圖像軟件等核心工業(yè)軟件方面，我國自主可控能力仍然較弱，大量依賴國外商用軟件，不僅存在成本與供應(yīng)鏈風(fēng)險，更制約了技術(shù)創(chuàng)新的自主性與安全性。構(gòu)建健康的軟件開源生態(tài)、加大基礎(chǔ)軟件研發(fā)投入，已成為支撐行業(yè)長遠發(fā)展的戰(zhàn)略必需。

四、推動空天信息科技高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略建議

面向未來，必須堅持系統(tǒng)觀念，從頂層設(shè)計、基礎(chǔ)設(shè)施、技術(shù)攻關(guān)、應(yīng)用生態(tài)等多維度綜合施策，推動空天信息科技實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

第一，強化頂層設(shè)計，實施國家專項。建議在國家層面設(shè)立“空天信息智能感知”科技重大專項，進行中長期系統(tǒng)性規(guī)劃與持續(xù)穩(wěn)定投入。專項應(yīng)聚焦國家戰(zhàn)略需求，凝聚高校、科研院所、企業(yè)等戰(zhàn)略科技力量，突破共性關(guān)鍵技術(shù)，研制重大核心裝備，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，避免重復(fù)投入與碎片化發(fā)展。通過專項實施，形成“需求牽引、技術(shù)推動、應(yīng)用反饋”的良性循環(huán)。

第二，構(gòu)建開放協(xié)同的“空天信息”基礎(chǔ)設(shè)施。推動建設(shè)國家空天信息云平臺，打造數(shù)據(jù)共享、算法開源、算力協(xié)同的一體化服務(wù)環(huán)境。平臺應(yīng)集成多源遙感數(shù)據(jù)資源，提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)訪問接口；建設(shè)開放算法庫與模型市場，鼓勵產(chǎn)學(xué)研各方貢獻與共享AI模型；接入國家超算中心、人工智能算力中心等資源，提供彈性可擴展的算力服務(wù)。通過平臺化運營，降低技術(shù)使用門檻，促進跨領(lǐng)域協(xié)作創(chuàng)新。

第三，聚力攻克核心關(guān)鍵技術(shù)。研發(fā)投入應(yīng)向關(guān)鍵瓶頸領(lǐng)域傾斜。一是物理機理驅(qū)動的AI：發(fā)展融合電磁散射模型、輻射傳輸方程與深度學(xué)習(xí)的下一代智能解譯框架，提升模型的可解釋性與外推能力。二是全頻段數(shù)據(jù)融合技術(shù)：研究多模態(tài)遙感數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表征、配準(zhǔn)、融合與協(xié)同反演方法，實現(xiàn)“1+1>2”的感知效能。三是實時智能處理芯片與算法：針對星上、機載等邊緣計算場景，研制低功耗、高性能的專用AI處理芯片及輕量化算法，實現(xiàn)觀測即處理、數(shù)據(jù)即信息。四是高精度計算電磁學(xué)軟件：集中力量突破大型電磁仿真軟件的自主可控，支持復(fù)雜目標(biāo)與場景的精細化建模與性能預(yù)測。

第四，打造示范應(yīng)用，賦能千行百業(yè)。選擇具有重大國家需求與產(chǎn)業(yè)帶動效應(yīng)的領(lǐng)域，打造國家級標(biāo)桿應(yīng)用，以應(yīng)用促技術(shù)、以市場育產(chǎn)業(yè)。如：在智慧國防領(lǐng)域，構(gòu)建全球高時效態(tài)勢感知系統(tǒng)，實現(xiàn)對重點區(qū)域、移動目標(biāo)的持續(xù)監(jiān)視與智能識別；在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，研發(fā)地質(zhì)災(zāi)害早期識別、洪澇干旱動態(tài)監(jiān)測、森林火險預(yù)警等業(yè)務(wù)化系統(tǒng)，提升災(zāi)害風(fēng)險防控能力；在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，開展作物類型識別、長勢監(jiān)測、產(chǎn)量預(yù)估、病蟲害預(yù)警等精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)服務(wù)，助力糧食安全與鄉(xiāng)村振興；在全球航運領(lǐng)域，建立基于SAR與AIS數(shù)據(jù)融合的全球船舶跟蹤與行為分析系統(tǒng)，服務(wù)海洋經(jīng)濟與海上安全。通過標(biāo)桿應(yīng)用的牽引，推動空天信息技術(shù)與行業(yè)知識深度融合，形成可復(fù)制、可推廣的解決方案，帶動整個產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新與升級。

五、結(jié)論與展望：邁向空天信息智能感知的新時代

空天信息科技正處于從“感知”走向“認知”、從“數(shù)據(jù)”走向“決策”的關(guān)鍵躍升期。它不僅是觀測地球的工具，更是理解世界、預(yù)測未來、支撐決策的智慧中樞。面對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的歷史機遇，我們必須以前瞻性的戰(zhàn)略布局、系統(tǒng)性的技術(shù)攻關(guān)、開放性的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，全力推進空天信息科技創(chuàng)新發(fā)展。

展望未來，一個以“全域覆蓋、實時感知、智能處理、精準(zhǔn)服務(wù)”為特征的空天信息智能感知新時代正在到來。在這個新時代中，空天信息將如同水和電一樣，成為滲透經(jīng)濟社會發(fā)展各領(lǐng)域的泛在基礎(chǔ)資源。通過持續(xù)創(chuàng)新與協(xié)同奮斗，我國必將能夠在空天信息科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)從跟跑、并跑到領(lǐng)跑的跨越，為構(gòu)建人類命運共同體、應(yīng)對全球性挑戰(zhàn)貢獻中國智慧與中國方案，真正構(gòu)筑起服務(wù)于全球治理與可持續(xù)發(fā)展的智能感知與決策新基石。