金亞秋院士：發展空天信息科技 構筑全球智能感知與決策新基石

文章刊登于《中國科技產業》雜志

202602期“院士專論

當今世界正經歷百年未有之大變局，科技革命與產業變革深入推進。縱觀歷史，從18世紀英國的蒸汽機時代（第一次工業革命）到19世紀歐洲的電氣時代（第二次工業革命），再到20世紀下半葉以電子技術、空間技術（衛星遙感、通信、導航）和互聯網為代表的第三次工業革命，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與工業革命的門檻上——21世紀的信息智能時代。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為標志，呈現出物理世界、數據世界與生物世界深度融合的特征。科學研究的支柱也從傳統的理論與實驗，拓展到計算與智能，推動著從科學發現到產業應用的快速轉化。

一、空天信息科技的戰略地位與時代使命

在上述宏大背景下，空天信息科技作為集航天技術、信息科學與人工智能于一體的戰略性交叉領域，已成為大國戰略競爭與經濟發展的關鍵支柱。國家“數字中國”與“航天強國”戰略的深入實施，明確將“空天科技”納入2035年遠景目標的核心內容，并在“十五五”規劃中予以重點布局，強化其國家戰略科技力量屬性。國家教育部已在“信息與通信工程”一級學科下設立“空天信息技術”二級學科，彰顯其前沿性與交叉性。其實質任務，是構建基于空、天、地、海等多平臺的電磁信息感知系統，涵蓋遙感、通信、導航及相關科學技術，最終服務于數字經濟轉型與國家綜合安全。這不僅是中國科技自立自強的內在要求，也是中國在智能信息時代實現崛起、突破“卡脖子”困境、參與全球治理的關鍵路徑。

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域持續投入，已構建起從深空到地表、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星、700~500公里低的各類遙感衛星星座，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，并與網絡空間深度融合，形成了一張“空、天、地、海”一體化的感知巨網。在具體技術研究層面，取得了系列重大進展，主要體現在以下幾個方向。

（一）新型SAR系統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、可持續觀測和對動態目標持續跟蹤能力強等優勢，是實現廣域持續監視的戰略性技術。同時，多站協同觀測（如高軌雷達與空中飛艇平臺結合）和多源信息融合重構技術得到大力發展。通過將地基逆合成孔徑雷達與光學圖像融合，能夠構建空間目標的三維態勢，從而推動新一代多基融合、異構融合、智能協同的空間態勢感知系統的形成。

（二）微波視覺推動雷達目標智能識別

微波SAR圖像源于復雜的電磁散射機理，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，通過構建物理驅動的高通真仿真器、發展數據增強與對抗學習策略，形成智能解譯能力。該技術已在艦船、飛機、車輛等目標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、多模態融合等一系列關聯技術發展。

（三）超表面智能感知與通信開辟電磁調控新維度

超表面作為由亞波長結構單元構成的人工電磁材料，能夠實現對電磁波振幅、相位、極化及傳播模式的靈活、動態調控，為空天智能感知與通信系統帶來了顛覆性潛力。

在智能感知方面：超表面可用于設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波束形狀與掃描方式，實現多目標跟蹤、高分辨率成像與低概率截獲，顯著提升系統的敏捷性與隱蔽性。此外，超表面還能用于研發智能隱身蒙皮，通過動態調控散射場，實現平臺在多個頻段的自適應隱身。

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

（四）行星雷達遙感拓展感知邊疆

我國深空探測任務為行星遙感提供了寶貴平臺。面向“嫦娥七號”任務，開展了月球雙頻高分辨率全極化SAR技術研究，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研究，將地球微波遙感技術體系成功推向深空。

（五）導航時空精準定位與電離層智能探測

針對影響導航精度的電離層干擾，我國發展了基于“掩星-衛星-地基”多源數據融合的智能反演技術。通過智能同化物理模型與觀測數據，建立了高分辨率、高效率的電離層參數反演系統，顯著提升了導航定位精度和空間環境監測能力。

三、當前面臨的關鍵挑戰與深思

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

其一，多源信息融合之困。當前，光學、紅外、微波等多頻段遙感數據，以及衛星、航空、地面等多平臺數據之間，尚未形成高效統一的融合感知體系，“數據孤島”現象依然突出。不同傳感器數據在分辨率、時相、坐標系、物理含義等方面存在差異，導致數據融合難度大、成本高、效果不穩定。尤其在應急響應等時敏任務中，如何快速集成多源數據，形成統一、清晰、可靠的態勢圖景，仍是亟待解決的技術與管理難題。

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”特性導致模型決策過程缺乏可解釋性，在復雜地形、惡劣氣象、小目標檢測等場景下性能波動大。此外，當前AI模型多依賴于大量標注數據，而在遙感領域，高質量標注數據稀缺，且標注成本高昂。如何發展小樣本學習、自監督學習、領域自適應等新型AI方法，提升模型在數據稀缺條件下的泛化能力與魯棒性，是推動智能感知走向實戰應用的關鍵。

其三，從信息到決策的“最后一公里”尚未完全打通。空天信息產生后，如何快速精準地轉化為國防、應急、農業、交通等不同行業可用的決策支持產品，仍存在鏈條脫節問題。一方面，信息產品與行業需求之間存在“語言鴻溝”，遙感專家不懂行業業務，行業用戶不理解遙感數據的潛力和局限；另一方面，從信息處理到決策支持的流程尚未標準化、自動化，過度依賴人工判讀與經驗傳遞，導致響應速度慢、決策效率低。這要求我們不僅要關注上游的數據獲取與處理技術，更要重視下游的應用集成與服務模式創新。

其四，頂尖人才與自主工業軟件生態存在短板。空天信息科技是高度交叉的領域，急需一批既精通電磁物理、遙感機理，又掌握人工智能、大數據技術的復合型頂尖人才。目前，這類人才總量不足，培養體系尚不健全。同時，在計算電磁學仿真、遙感數據處理、高端圖形圖像軟件等核心工業軟件方面，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鏈風險，更制約了技術創新的自主性與安全性。構建健康的軟件開源生態、加大基礎軟件研發投入，已成為支撐行業長遠發展的戰略必需。

四、推動空天信息科技高質量發展的戰略建議

面向未來，必須堅持系統觀念，從頂層設計、基礎設施、技術攻關、應用生態等多維度綜合施策，推動空天信息科技實現高質量發展。

第一，強化頂層設計，實施國家專項。建議在國家層面設立“空天信息智能感知”科技重大專項，進行中長期系統性規劃與持續穩定投入。專項應聚焦國家戰略需求，凝聚高校、科研院所、企業等戰略科技力量，突破共性關鍵技術，研制重大核心裝備，建立標準規范體系，避免重復投入與碎片化發展。通過專項實施，形成“需求牽引、技術推動、應用反饋”的良性循環。

第二，構建開放協同的“空天信息”基礎設施。推動建設國家空天信息云平臺，打造數據共享、算法開源、算力協同的一體化服務環境。平臺應集成多源遙感數據資源，提供標準化數據訪問接口；建設開放算法庫與模型市場，鼓勵產學研各方貢獻與共享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。通過平臺化運營，降低技術使用門檻，促進跨領域協作創新。

第三，聚力攻克核心關鍵技術。研發投入應向關鍵瓶頸領域傾斜。一是物理機理驅動的AI：發展融合電磁散射模型、輻射傳輸方程與深度學習的下一代智能解譯框架，提升模型的可解釋性與外推能力。二是全頻段數據融合技術：研究多模態遙感數據的統一表征、配準、融合與協同反演方法，實現“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，實現觀測即處理、數據即信息。四是高精度計算電磁學軟件：集中力量突破大型電磁仿真軟件的自主可控，支持復雜目標與場景的精細化建模與性能預測。

第四，打造示范應用，賦能千行百業。選擇具有重大國家需求與產業帶動效應的領域，打造國家級標桿應用，以應用促技術、以市場育產業。如：在智慧國防領域，構建全球高時效態勢感知系統，實現對重點區域、移動目標的持續監視與智能識別；在防災減災領域，研發地質災害早期識別、洪澇干旱動態監測、森林火險預警等業務化系統，提升災害風險防控能力；在智慧農業領域，開展作物類型識別、長勢監測、產量預估、病蟲害預警等精準農業服務，助力糧食安全與鄉村振興；在全球航運領域，建立基于SAR與AIS數據融合的全球船舶跟蹤與行為分析系統，服務海洋經濟與海上安全。通過標桿應用的牽引，推動空天信息技術與行業知識深度融合，形成可復制、可推廣的解決方案，帶動整個產業鏈的創新與升級。

五、結論與展望：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“數據”走向“決策”的關鍵躍升期。它不僅是觀測地球的工具，更是理解世界、預測未來、支撐決策的智慧中樞。面對新一輪科技革命與產業變革的歷史機遇，我們必須以前瞻性的戰略布局、系統性的技術攻關、開放性的產業生態，全力推進空天信息科技創新發展。

展望未來，一個以“全域覆蓋、實時感知、智能處理、精準服務”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，成為滲透經濟社會發展各領域的泛在基礎資源。通過持續創新與協同奮斗，我國必將能夠在空天信息科技領域實現從跟跑、并跑到領跑的跨越，為構建人類命運共同體、應對全球性挑戰貢獻中國智慧與中國方案，真正構筑起服務于全球治理與可持續發展的智能感知與決策新基石。