「地球觀測與導航」重點專項 2018年度項目申報指南建議

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為落實《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006—2020年)》提出的任務，國家重點研發計劃啟動實施「地球觀測與導航」重點專項。根據本重點專項實施方案的部署，現提出2018年度項目申報指南建議。

本重點專項總體目標是：面向國家經濟轉型升級與生態文明建設、「一帶一路」戰略實施與新型城鎮化發展規劃實施、地球科學研究等重大需求，應對全球變化與區域響應等嚴峻挑戰，瞄準地球觀測與導航技術國際發展前沿，顯著提升地球觀測與導航綜合信息應用水平與技術支撐能力，重點突破信息精準獲取、定量遙感應用等關鍵技術和複雜系統集成共性技術，開展地球觀測與導航前瞻性技術及理論、共性關鍵技術、應用示範等技術研究，為構建綜合精準、自主可控的地球觀測與導航信息應用技術系統奠定基礎。

本重點專項按照新機理新體制先進遙感探測技術、空間輻射測量基準與傳遞定標技術、高性能空天一體化組網監測系統技術、地球系統科學與區域監測遙感應用技術、導航定位新機理與新方法、導航與位置服務核心技術、全球位置框架與位置服務網技術體系、城市群經濟區域與城鎮化建設空間信息應用服務示範、重點區域與應急響應空間信息應用服務示範等9個創新鏈(技術方向)，共部署45個重點研究任務。專項實施周期為5年（2016—2020年）。

1. 新機理新體制先進遙感探測技術

1.1空間量子成像技術（基礎/前瞻類）

研究內容：面向同時兼顧高空間解析度、夜間弱光成像和全天時對地觀測能力的各類區域性監測任務需求，開展基於激光、太陽光、自發輻射等光量子探測技術的空間量子成像技術研究，包括：星載量子成像天地一體化總體技術研究、基於熱光源的計算量子成像方法研究、反射信號與計算信號關聯成像遙感技術、概率性單光子探測模式下的超高靈敏度量子成像等關鍵技術研究；完成機載原理樣機研製並進行機載飛行試驗驗證，為未來近地軌道量子成像衛星的在軌應用奠定技術基礎。

考核指標：完成成像距離不小於50km、像素點不低於1k、數據採集速率不小於5幀/秒、解析度不低於1m（50km成像距離）的量子成像樣機系統設計方案，超4倍及以上衍射極限成像能力的機載原理樣機一套，，並完成機載飛行演示驗證試驗。

1.2光絲激光大氣多組份監測技術（基礎/前瞻類）

研究內容：針對傳統激光雷達難以對排放在大氣中的多氯聯苯、苯並[α]芘、氟利昂、金屬等重要污染物進行化學成分遙感監測的問題，突破高集成度高功率飛秒激光器、光絲空間分布調控、高靈敏度光譜分辨技術、光絲和物質相互作用動力學、多組份大氣污染識別等關鍵技術；研製原理樣機，開展地面驗證試驗，為大氣污染多組分監測提供堅實科學技術基礎。

考核指標：機載原理樣機一套，實現掃描視場±35°、觀測譜段為320 nm ~ 950 nm、激光器峰值功率達到TW級 （脈衝寬度~ 30 fs、重複頻率 1 kHz、脈衝能量 30 mJ）、污染物化學成分種類多於20 種（包含多氯聯苯、苯並[α]芘、氟利昂124、四氟甲烷、六氟乙烷、鉛、鉻、砷、汞、鋅等）、在乾淨大氣背景條件下化學濃度測量靈敏度優於50ppm （探測距離 1 km）等探測能力。

1.3全天時主動式高光譜激光雷達成像技術（基礎/前瞻類）

研究內容：面向全天時空間三維-光譜信息獲取的應用需求，結合高光譜成像與激光雷達測距的技術優勢，開展基於激光主動探測的、地物光譜與測距信息一體化獲取的全天時高光譜激光雷達新型成像技術攻關。研究基於寬譜段激光發射與多波段回波探測的高光譜激光雷達成像機理、高脈衝能量寬譜段激光光源技術、多波段激光回波的測距及光譜信息接收技術、空間三維-光譜數據處理技術；研製涵蓋可見光-近紅外譜段的高光譜激光雷達原理樣機，為航天高光譜激光雷達載荷研製奠定技術基礎。

考核指標：研製高光譜激光雷達成像原理樣機，實現覆蓋從可見光到近紅外的全天時三維空間及光譜信息一體化主動成像，原理樣機的平均光譜解析度優於10nm、激光點間距不大於1mrad、波段數不少於50、激光全波形回波數字採集量化位數不低於12、測距解析度達到毫米級，其寬譜段激光器平均光譜功率密度不低於10mW/nm。

2. 空間輻射測量基準與傳遞定標技術

2.1太陽反射譜段空間輻射基準載荷技術（關鍵技術攻關類）

研究內容：突破太陽反射譜段空間輻射觀測基準溯源、寬譜段低雜訊參量下轉換相關光子探測、空間應用穩定性及環境適應性設計等關鍵技術，研製太陽總輻照度和地球觀測基準載荷，以及太陽光譜輻照度觀測相關光子自校準基準載荷原理樣機；開展精度與穩定性地面驗證。

考核指標：太陽總輻照度測量：光譜範圍0.2mm~35mm，探測SNR大於3000，絕對測量不確定度小於0.05%。太陽光譜輻照度測量：光譜範圍380nm~2350nm，光譜解析度優於10nm，光譜定標精度0.2nm~0.5nm，探測SNR大於500，絕對測量不確定度小於0.3%。地球反射輻射觀測：光譜範圍380nm~2350nm，光譜解析度優於10nm，光譜定標精度0.2nm~0.5nm，探測SNR大於300；星下點空間解析度優於100m；幅寬不低於50km；絕對光譜輻亮度不確定度小於1%。

2.2紅外發射譜段空間輻射基準載荷技術（關鍵技術攻關類）

研究內容：開展高精密干涉式紅外高光譜對地觀測基準載荷技術研究，突破高精度紅外定標溯源、紅外超光譜寬波段高靈敏度干涉探測、高穩定度干涉調製、顫振抑制、光譜與輻射定標等關鍵技術，研製紅外超高光譜輻射基準載荷原理樣機，完成精度驗證。

考核指標：光譜覆蓋600 cm~2700cm，光譜解析度優於0.5cm，IFOV（瞬時視場）17km，探測靈敏度0.1K@270K，黑體發射率大於0.999，絕對定標不確定度小於0.2K。

2.3空間輻射基準傳遞定標及地基驗證技術（關鍵技術攻關類）

研究內容：面向定量遙感信息技術高速發展對提高我國遙感產品質量的迫切應用需求，針對空基標準輻射定標系統向光學遙感業務衛星高精準傳遞輻射測量基準和各類光學遙感衛星數據產品輻射質量可追溯的輻射定標前沿問題，突破高精準空間輻射基準一致性傳遞、國際網路化地基自主輻射定標、空間輻射基準傳遞定標系統外場測試、國際定標基準溯源與不確定性分析等關鍵技術，研製空間輻射測量基準傳遞定標數據處理與溯源分析系統，形成天-地一體化空間輻射定標基準傳遞技術體系。在平流層高度開展空間輻射基準傳遞定標外場綜合測試，進行可見-熱紅外譜段遙感載荷的空間輻射基準傳遞定標及地基驗證示範應用，實現多系列光學衛星產品輻射質量與一致性評估。

考核指標：空間輻射測量基準從基準載荷傳遞至待定標載荷的不確定度：太陽反射譜段優於2%、紅外發射譜段優於0.2K；單載荷相對輻射定標精度：太陽反射譜段優於1%、紅外發射譜段優於0.2K。基於國際等效互認的輻射定標場，開展升空高度不小於18km的空間輻射基準傳遞定標外場測試，光學載荷輻射定標結果地基驗證不確定度：太陽反射譜段4%、紅外發射譜段1K。形成相關國家標準不少於3項。

2.4 國產多系列遙感衛星歷史資料再定標技術（關鍵技術攻關類）

研究內容：針對我國氣象、資源、海洋等民用系列遙感衛星積累的近三十年的空間對地觀測數據，開展長時間序列遙感衛星歷史數據精細化再定標研究。突破衛星軌道漂移與通道衰變複合分析、全球穩定自然目標甄別與特徵建模、多載荷時空與光譜匹配等關鍵技術，分析遙感載荷的定標參數變化趨勢及其響應物理機理，完成基於再分析資料的衛星觀測輻射模擬及驗證，構建國產系列遙感衛星歷史數據再定標系統。實現長時間序列衛星歷史數據再定標。在此基礎上，開展典型產品生成應用示範。

考核指標：形成10-30年氣象、海洋、資源等民用國產遙感衛星長時間序列一致性定標後的初級氣候數據集（FCDR）。在儀器工作正常條件下，太陽反射波段輻射定標精度誤差：5%~7%（當前業務星與早期業務星）；8%~10%（當前試驗星與早期試驗星）；紅外波段輻射定標精度：0.5K~1K（業務星與試驗星）；微波吸收通道輻射定標精度：0.8K~1.5K，窗區通道定標精度1K~2K。生成5種以上典型氣候產品（TCDR）專題數據集。

3. 地球系統科學與區域監測遙感應用技術

3.1全球綜合觀測成果管理及共享服務系統關鍵技術研究（關鍵技術攻關與應用示範類）

研究內容：面向互聯網環境下多源、多尺度、多類型、大規模全球動態綜合觀測成果管理及相應的空間信息、地學知識、應用模型的關聯融合、管理維護、共享服務需求，研究基於互聯網的全球綜合觀測成果典型要素的智能發現、快速關聯、融合處理技術；突破全球巨量觀測成果的動態組織、高效管理與多模綜合檢索等技術；突破基於全球時空大數據的領域知識建模與共享、服務加速等技術；研製海量綜合觀測數據知識化管理平台，建立基於統一標準與介面的分布式數據中心和領域模型服務中心，實現需求驅動的全球觀測成果主動發現、動態聚合、高效管理與智能服務應用示範。

考核指標：全自主知識產權的綜合觀測大數據管理平台，支持PB級（或1億條）全球綜合觀測成果的動態高效管理；全球綜合觀測成果能依據主題關聯和基於位置關聯或混合關聯；提出3種以上基於圖像的智能檢索方法；基於圖像、文本及時空約束的混合檢索響應時間不超出3秒；支持互聯網環境下不少於3類典型要素的混合觀測-分析-製圖任務在線聚合；支持不少於1萬個並發用戶的全球綜合觀測成果智能搜索、主動推送、關聯分析與深度共享；支持不少於5個領域的知識建模；提出不少於10種典型應用場景的動態信息服務模板。

4.導航定位新機理與新方法

研究內容：面向衛星導航信號易受到有意或無意干擾，威脅到北斗/GNSS安全使用的問題。開展針對導航信號特徵的城市敏感區域及機場等重點設施干擾檢測與定位技術研究，突破干擾源特徵識別、區域干擾監測網系統設計、干擾源檢測定位、干擾威脅評估等關鍵技術，建立空地協同的GNSS干擾測試檢測平台，開展演示驗證示範。

考核指標：1）干擾監測信號：北斗、GPS、GLONASS、GALILEO導航信號，重點針對B1、B2、L1、L2、L5信號；2）影響GNSS服務性能的電磁干擾檢測成功率達95%，典型的電磁干擾定位精度0.08*R（R為檢測系統與干擾源的距離）、定位成功率達90%；3）測試平台檢測干擾源包括：窄帶、寬頻、脈衝。4）演示驗證區域不少於50km，高度0m~1500m。

5.導航與位置服務核心技術

5.1 自適應導航軟硬體技術（關鍵技術攻關類）

研究內容：針對衛星導航的脆弱性問題，開展自適應智能導航理論與方法研究，構建多感測器自適應導航軟硬體融合體系，突破多源異構感測器自適應抗差、防欺騙與完好性、智能自適應融合，以及基於低功耗和晶元化多感測器的硬體自適應集成等關鍵技術，研發多感測器自適應導航軟硬體融合系統，實現載體在複雜環境下連續可靠的導航定位，提升載體導航定位系統的堅韌性。

考核指標：複雜環境下載體連續導航定位精度為亞米級；自適應導航軟硬體初始化時間優於0.01s，載體運動異常識別及響應時間優於0.1s；信號異常識別率優於90%；具備防止轉髮式和生成式兩種欺騙模式的能力，感測器種類不少於6類；研製的自適應導航核心組件體積小於600立方毫米，功耗小於100毫瓦。

6. 全球位置框架與位置服務網技術體系

6.1全球位置框架與編碼系統（前瞻性技術類）

研究內容：面向全球位置信息服務、全球戰略分析等重大應用需求，在多重時空框架的基礎上，發展面向真實橢球地球空間下的位置表達與空間剖分統一數學模型、多尺度位置變換與語義融合等理論，突破全球陸海空一體化的位置框架與多解析度網格空間的地表特徵表達、絕對與相對全球位置聯合編碼與一致性維護、全球位置框架下的地物特徵語義描述與共享關聯等前沿關鍵技術，構建全球網格位置計算系統與查找表、全球網格構建與分析系統。

考核指標：全球位置編碼解析度優於1米級，全球陸海空一體化的位置統一描述標準框架國家標準（建議稿）一套；全球位置統一編碼國家標準（建議稿）一套；編碼系統和編碼查找表一套，地物特徵目標載體超過2000萬個；全球格網構建與分析軟體系統一套，自主核心專利5項；面向重大應用的示範系統一套。

7. 城市群經濟區域與城鎮化建設空間信息應用服務示範

7.1新型城鎮化建設與管理空間信息綜合服務及應用示範（系統集成與應用示範類）

研究內容：面向中小城市和特色小城鎮的規劃建設管理需求，利用北斗衛星導航定位系統、國產高解析度衛星及航空遙感、全息地理信息系統等手段，突破精準時空信息快速獲取與處理、多源信息動態融合分析與多維動態表達、多層級信息綜合協同管理應用等關鍵技術，重點研究城鎮空間資源綜合規劃與利用分析、城鎮重要基礎設施與建築安全監測評估、城鎮地質災害綜合防範、歷史文化名城名鎮保護利用監測評價、城鎮固廢垃圾遙感監測、特色鎮人居環境與產業發展動態監測等技術，研製適合中小城市和小城鎮的規劃建設管理空間信息綜合服務平台，開展中小城市和特色小城鎮規劃建設管理空間信息綜合服務應用示範，為促進新型城鎮化發展提供堅實的科技支撐。

考核指標：用於城鎮空間資源綜合規劃與利用分析、歷史文化名城名鎮保護利用監測評價和特色鎮人居環境與產業發展動態監測的時空信息的空間解析度達到0.2m，重要基礎設施與建築位移監測精度達到毫米級；城鎮空間信息綜合服務平台可容納多種實時感測器數據和毫米級建築信息模型數據，具備集成10類以上PB級時空數據的能力；在10~15個中小城市和小城鎮（優先選擇全國重點鎮）開展綜合應用服務示範並在業務主管部門實現業務化運行。

8. 重點區域與應急響應空間信息應用服務示範

8.1城鎮公共安全立體化網路構建與應急響應示範（系統集成與應用示範類）

研究內容：面向城鎮突發公共安全事件，開展網格化城鎮安全管理系統集成技術和安全可疑目標空地協同監測應用技術研究，實現區域網格化、信息採集智能化、管理精細化，有效提升城鎮突發事件應急救援能力；針對城鎮敏感區域與重要設施，建立完善的立體化監測體系，開展遙感信息、地面智能化視頻監控信息、地形地貌、建築物分布、人口分布、警情等多源信息綜合分析技術集成研究，準確識別潛在安全隱患的空間分布，實現協同偵測與突發事件應急處置；選取「一帶一路」典型城鎮具有重大影響的突發公共安全及自然災害事件，開展城鎮突發安全事件協同應急響應應用示範。

考核指標：構建城鎮網格化管理、立體化協同偵測與突發公共安全事件應急響應指揮技術體系，建立城鎮突發事件立體監測網路與應急響應標準規範，實現重點區域亞米級基礎數據，以及城鎮敏感區域與重要設施亞米級空間信息獲取；遙感數據獲取後1小時內，完成信息提取與情報分析；應用示範選擇「一帶一路」沿線重點城鎮，構建至少2個網格化城鎮公共安全空間信息服務與應急響應平台，並實現業務化運行服務。

（來源：科技部）

檢校：李建榮

審核：韓士德

編輯：陳瑩

美編：楊帆

來源：銳動源編輯部

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