北京信息科学与技术国家研究中心

Beijing National Research Center for Information Science and Technology

空天信息基础研究部

空天信息基础研究部

    一、研究部介绍
    空天信息基础研究部面向国家空天信息领域发展重大需求,以空天安全高效的组网通信理论研究为基础,探索空天网络构建、资源高效利用、信息安全组织应用的新方法和新手段,发展新一代安全高效的空天信息网络,为空天信息技术创新发展奠定坚实基础。

    二、主要研究方向
    主要研究方向包括:
    (1) 天网信息体系:探索新一代的信息网络理论,开展包括星地协同通信、多域资源管理、天基路由与交换、天基安全管控、天基按需信息服务等空天信息网络基础技术研究,重点研究天基网络发展的安全、效率和有序扩展等基础性、前瞻性问题。
    (2) 广域通信信息理论与应用:以海洋广域通信与服务为典型应用场景,从通信架构、信号处理及异构网络融合等方面成体系开展创新研究,探索融合通信、计算、存储资源,实现时、空、频多域协同的无线通信架构设计和构建方法,研究动态按需无缝覆盖、异构网络资源协同调度等关键技术,提升资源受限网络的服务能力。
    (3) 编码与安全网络:研究以可信执行环境和安全协议体系为核心的空天网络管控架构,发展融合物理和数学机制的编码安全协议,探索信息行为不可篡改不可逆的安全高效机制和方法;重点发展可信执行环境构建、去中心化安全计算、抗量子计算攻击的安全通信、安全芯片等技术,发展安全网络体系。
    (4) 空间信息知识图谱构建与应用:构建具有高度凝练性、规范性、关联性和可视化特征的空间信息知识图谱,对地球空间海量数据进行知识萃取、发现、认知关联和组织运用,探索地球空间信息的电磁知识图谱和光谱知识图谱实现方法。
    (5) 空间网络化测量控制:研究空间网络化测量控制的基础理论与方法,包括超长寿命和超远距离空间网络的构建、测量、控制等基础技术研究。
    (6) 新概念载荷与卫星工程:开展面向空天信息应用的微小卫星技术研究,包括卫星系统总体和任务设计、卫星控制和星上计算机、卫星有效载荷设计、卫星测控与自主导航、星座和卫星编队优化设计、航天专用芯片设计等。

    三、队伍情况

    研究生招生教师:

    陆建华匡麟玲葛宁詹亚锋黄振姜春晓倪祖耀靳瑾晏坚陈曦裴玉奎王有政殷柳国陶晓明冯伟

    四、重要研究成果
    空天信息基础研究部已完成多项国家重点科研项目,包括国家自然科学基金重大项目、973重点基础研究项目、863重大项目、国家科技重大专项等,取得了创新性研究成果,获得国家自然科学奖、技术发明奖和科技进步奖4项。在IEEE、AIAA等重要期刊、会议上发表学术论文三百余篇,国家发明专利已授权及已公开一百六十余项。
    空天信息基础研究部先后成功完成了临近空间实验系统、灵巧通信试验卫星工程等多项重大任务,参与我国月球探测、载人航天、火星探测、天地一体化信息网络等重大工程,有力支撑了信息学科的发展。
    空天信息基础研究部拥有空间产品研制、开发和试验所需的洁净间、测控站、信关站等基础设施,在轨运行管理灵巧通信试验卫星1颗。形成了由通信载荷、探测载荷、试验卫星及地面站、各类仪器设备构建的空天信息网络试验验证环境,为学科发展和开展高水平科学技术研究奠定了坚实基础。


卫星研制与测试洁净间

全自动化站务管理和卫星信息管理系统

    代表性成果一:灵巧通信试验卫星工程
    灵巧通信试验卫星(以下简称灵巧卫星)是清华大学联合信威通信产业集团研制的一颗空间通信试验小卫星,以开展通信小卫星创新设计和低轨移动通信创新技术试验为主要任务。

灵巧通信试验卫星

    灵巧卫星发射质量为131.2kg,运行于800km左右的太阳同步圆轨道。灵巧卫星采用星载智能天线、星上处理与交换、天地一体化组网、通信小卫星一体化集成设计等多项创新技术,为支撑发展星座通信网络积淀了坚实基础。2014年9月4日,灵巧卫星在我国酒泉卫星发射中心成功搭载发射,随后开展了大量的卫星在轨测试试验,成功实现手持卫星终端通话、手持卫星终端与手机通话、互联网接入、电磁频谱监测等业务试验,圆满完成了灵巧通信试验卫星工程任务,实现了我国首颗低轨移动通信卫星的重要突破。
    2014年11月,“我国首颗低轨移动通信卫星‘灵巧’完成在轨试验任务”入选《国际太空》和《卫星应用》行业杂志评选的2014年中国航天十大新闻。目前,卫星已在轨工作近四年,卫星状态良好。

    代表性成果二:空间通信LDPC编码技术及应用
    LDPC编码技术具有非常接近香农编码理论极限的纠错性能,在空间通信、新一代移动通信、大容量存储等领域具有广阔应用前景。清华大学面向我国空间和地面通信等领域应用需求和工程约束,开展LDPC编码技术应用基础研究,提出了结构化半随机LDPC码设计实现理论方法,并在结构化半随机超稀疏随机矩阵优化构造、稀疏随机码快速性能分析、快收敛译码算法优化、稀疏随机码的编译码器设计实现等方面取得了一系列创新突破,有效解决了星上资源极度受限条件下的LDPC编译码器实现难题。
    研制的LDPC编码器成功应用于我国嫦娥探月工程、卫星测控/数传系统、地面微波通信系统等,取得良好社会经济效益。相关成果获得国家技术发明奖二等奖。

    代表性成果三:海域宽带无线通信网络
    针对海域宽带信息覆盖缺乏有效的手段,安全生产、指挥调度等得不到高质量的通信保障等问题,研制成功广域宽带协同通信系统,通过引入时空信息,提出时空频多域资源协同利用架构,发展形成基站协同、终端协同通信方法,有效解决了大跨度传输下资源高效利用、异构多网融合等基础理论问题,实现大范围宽带移动覆盖。
    该系统及设备应用于大连至烟台近两百公里航线客货运输的安全监控与应急通信,解决了长期困扰海运的宽带信息覆盖难题,填补了我国海洋宽带无线移动通信的空白。相关成果获得了2016年国家技术发明奖二等奖。

海域宽带网络应用系统

    代表性成果四:中低空应急通信网
    中低空应用通信网基于临近空间平台构建,具备空-空 25M~50Mbps双向高速IP数据通信,空-空扩频低速信令,空间多点动态组网的能力。该网络设备为受灾区域提供不依赖于地面基础设施的应急通信手段,为普通手机用户提供及时信息服务。

    代表性成果五:空间通信LDPC编码技术及应用
    LDPC编码技术具有非常接近香农编码理论极限的纠错性能,在空间通信、军事通信、新一代移动通信、大容量存储等领域具有广阔应用前景。清华大学空天信息研究部面向我国空间通信、军事通信等领域应用需求和工程约束,开展LDPC编码技术应用基础研究,提出了结构化半随机LDPC码设计实现理论方法,并在结构化半随机超稀疏随机矩阵优化构造、稀疏随机码快速性能分析、快收敛译码算法优化、稀疏随机码的编译码器设计实现等方面取得了一系列创新突破,有效解决了星上资源极度受限条件下的LDPC编译码器实现难题。
    研制的LDPC编码器成功应用于我国嫦娥探月工程、卫星测控/数传系统、地面微波通信系统等,取得良好社会经济效益。相关成果获得国家技术发明奖二等奖。