文章刊登于《中國(guó)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(jìn)?？v觀歷史，從18世紀(jì)英國(guó)的蒸汽機(jī)時(shí)代（第一次工業(yè)革命）到19世紀(jì)歐洲的電氣時(shí)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(mén)檻上——21世紀(jì)的信息智能時(shí)代。這一時(shí)代以人工智能、機(jī)器人、量子計(jì)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?？茖W(xué)研究的支柱也從傳統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)，拓展到計(jì)算與智能，推動(dòng)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(shí)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(guó)戰(zhàn)略競(jìng)爭(zhēng)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵支柱。國(guó)家“數(shù)字中國(guó)”與“航天強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略的深入實(shí)施，明確將“空天科技”納入2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)的核心內(nèi)容，并在“十五五”規(guī)劃中予以重點(diǎn)布局，強(qiáng)化其國(guó)家戰(zhàn)略科技力量屬性。國(guó)家教育部已在“信息與通信工程”一級(jí)學(xué)科下設(shè)立“空天信息技術(shù)”二級(jí)學(xué)科，彰顯其前沿性與交叉性。其實(shí)質(zhì)任務(wù)，是構(gòu)建基于空、天、地、海等多平臺(tái)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(jì)轉(zhuǎn)型與國(guó)家綜合安全。這不僅是中國(guó)科技自立自強(qiáng)的內(nèi)在要求，也是中國(guó)在智能信息時(shí)代實(shí)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(jìn)展與重大突破

我國(guó)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(tái)的立體觀測(cè)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(lèi)遙感衛(wèi)星星座，到臨近空間的飛艇、無(wú)人機(jī)群，直至地面的微波臺(tái)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、?！币惑w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(jìn)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方向。

（一）新型SAR系統(tǒng)觀測(cè)的理論建模與信息感知能力飛躍

合成孔徑雷達(dá)（SAR）是全天時(shí)全天候感知的利器。研究重點(diǎn)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(cè)和對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)持續(xù)跟蹤能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)廣域持續(xù)監(jiān)視的戰(zhàn)略性技術(shù)。同時(shí)，多站協(xié)同觀測(cè)（如高軌雷達(dá)與空中飛艇平臺(tái)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(guò)將地基逆合成孔徑雷達(dá)與光學(xué)圖像融合，能夠構(gòu)建空間目標(biāo)的三維態(tài)勢(shì)，從而推動(dòng)新一代多基融合、異構(gòu)融合、智能協(xié)同的空間態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)的形成。

（二）微波視覺(jué)推動(dòng)雷達(dá)目標(biāo)智能識(shí)別

微波SAR圖像源于復(fù)雜的電磁散射機(jī)理，圖像不直觀、解讀困難。微波視覺(jué)核心在于融合電磁散射物理機(jī)理與人工智能，通過(guò)構(gòu)建物理驅(qū)動(dòng)的高通真仿真器、發(fā)展數(shù)據(jù)增強(qiáng)與對(duì)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(jī)、車(chē)輛等目標(biāo)識(shí)別及全極化地表分類(lèi)中得到成功驗(yàn)證，并帶動(dòng)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(kāi)辟電磁調(diào)控新維度

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

在智能感知方面：超表面可用于設(shè)計(jì)新型雷達(dá)天線與孔徑。例如，基于可編程超表面的智能雷達(dá)，可通過(guò)軟件實(shí)時(shí)重構(gòu)波束形狀與掃描方式，實(shí)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(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)控散射場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在多個(gè)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(wú)源中繼動(dòng)態(tài)優(yōu)化無(wú)線信道，補(bǔ)償信號(hào)衰減、克服障礙物遮擋，顯著提升衛(wèi)星通信、無(wú)人機(jī)中繼等場(chǎng)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(shí)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(dá)遙感拓展感知邊疆

我國(guó)深空探測(cè)任務(wù)為行星遙感提供了寶貴平臺(tái)。面向“嫦娥七號(hào)”任務(wù)，開(kāi)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(diǎn)選取。同時(shí)，火星表面/次表面雷達(dá)探測(cè)及小天體探測(cè)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(shí)空精準(zhǔn)定位與電離層智能探測(cè)

針對(duì)影響導(dǎo)航精度的電離層干擾，我國(guó)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(guò)智能同化物理模型與觀測(cè)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(cè)能力。

三、當(dāng)前面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)與深思

盡管我國(guó)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(jìn)。

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(tái)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(shí)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(shí)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(shì)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(guò)程缺乏可解釋性，在復(fù)雜地形、惡劣氣象、小目標(biāo)檢測(cè)等場(chǎng)景下性能波動(dòng)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(dòng)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(guó)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(wèn)題。一方面，信息產(chǎn)品與行業(yè)需求之間存在“語(yǔ)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(dòng)化，過(guò)度依賴人工判讀與經(jīng)驗(yàn)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(jī)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(lèi)人才總量不足，培養(yǎng)體系尚不健全。同時(shí)，在計(jì)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(guó)自主可控能力仍然較弱，大量依賴國(guó)外商用軟件，不僅存在成本與供應(yīng)鏈風(fēng)險(xiǎn)，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(kāi)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(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的戰(zhàn)略必需。

四、推動(dòng)空天信息科技高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略建議

面向未來(lái)，必須堅(jiān)持系統(tǒng)觀念，從頂層設(shè)計(jì)、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(dòng)空天信息科技實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。

第一，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)，實(shí)施國(guó)家專項(xiàng)。建議在國(guó)家層面設(shè)立“空天信息智能感知”科技重大專項(xiàng)，進(jìn)行中長(zhǎng)期系統(tǒng)性規(guī)劃與持續(xù)穩(wěn)定投入。專項(xiàng)應(yīng)聚焦國(guó)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(guò)專項(xiàng)實(shí)施，形成“需求牽引、技術(shù)推動(dòng)、應(yīng)用反饋”的良性循環(huán)。

第二，構(gòu)建開(kāi)放協(xié)同的“空天信息”基礎(chǔ)設(shè)施。推動(dòng)建設(shè)國(guó)家空天信息云平臺(tái)，打造數(shù)據(jù)共享、算法開(kāi)源、算力協(xié)同的一體化服務(wù)環(huán)境。平臺(tái)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(wèn)接口；建設(shè)開(kāi)放算法庫(kù)與模型市場(chǎng)，鼓勵(lì)產(chǎn)學(xué)研各方貢獻(xiàn)與共享AI模型；接入國(guó)家超算中心、人工智能算力中心等資源，提供彈性可擴(kuò)展的算力服務(wù)。通過(guò)平臺(tái)化運(yùn)營(yíng)，降低技術(shù)使用門(mén)檻，促進(jìn)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(jī)理驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)“1+1>2”的感知效能。三是實(shí)時(shí)智能處理芯片與算法：針對(duì)星上、機(jī)載等邊緣計(jì)算場(chǎng)景，研制低功耗、高性能的專用AI處理芯片及輕量化算法，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)即處理、數(shù)據(jù)即信息。四是高精度計(jì)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(chǎng)景的精細(xì)化建模與性能預(yù)測(cè)。

第四，打造示范應(yīng)用，賦能千行百業(yè)。選擇具有重大國(guó)家需求與產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)效應(yīng)的領(lǐng)域，打造國(guó)家級(jí)標(biāo)桿應(yīng)用，以應(yīng)用促技術(shù)、以市場(chǎng)育產(chǎn)業(yè)。如：在智慧國(guó)防領(lǐng)域，構(gòu)建全球高時(shí)效態(tài)勢(shì)感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)區(qū)域、移動(dòng)目標(biāo)的持續(xù)監(jiān)視與智能識(shí)別；在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域，研發(fā)地質(zhì)災(zāi)害早期識(shí)別、洪澇干旱動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、森林火險(xiǎn)預(yù)警等業(yè)務(wù)化系統(tǒng)，提升災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)防控能力；在智慧農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，開(kāi)展作物類(lèi)型識(shí)別、長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量預(yù)估、病蟲(chóng)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(yùn)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(jì)與海上安全。通過(guò)標(biāo)桿應(yīng)用的牽引，推動(dòng)空天信息技術(shù)與行業(yè)知識(shí)深度融合，形成可復(fù)制、可推廣的解決方案，帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的創(chuàng)新與升級(jí)。

五、結(jié)論與展望：邁向空天信息智能感知的新時(shí)代

空天信息科技正處于從“感知”走向“認(rèn)知”、從“數(shù)據(jù)”走向“決策”的關(guān)鍵躍升期。它不僅是觀測(cè)地球的工具，更是理解世界、預(yù)測(cè)未來(lái)、支撐決策的智慧中樞。面對(duì)新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革的歷史機(jī)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(kāi)放性的產(chǎn)業(yè)生態(tài)，全力推進(jìn)空天信息科技創(chuàng)新發(fā)展。

展望未來(lái)，一個(gè)以“全域覆蓋、實(shí)時(shí)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(shí)代正在到來(lái)。在這個(gè)新時(shí)代中，空天信息將如同水和電一樣，成為滲透經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展各領(lǐng)域的泛在基礎(chǔ)資源。通過(guò)持續(xù)創(chuàng)新與協(xié)同奮斗，我國(guó)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(lèi)命運(yùn)共同體、應(yīng)對(duì)全球性挑戰(zhàn)貢獻(xiàn)中國(guó)智慧與中國(guó)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。