近年来，伴随国际太空竞争日益激烈，无论是在国防安全还是国际贸易上，空天信息技术的重要性日益凸显。在太空轨位、频率、网络空间等方面，都呼唤着能有更加先进的空天技术进行技术支撑。

在日前召开的空天信息与数字经济创新发展论坛上，中国科学院院士、中国科学院空天信息创新研究院院长吴一戎提出：“要继续发展空天信息技术，把握好大数据和人工智能这两个关键，促进信息技术的进一步发展”。

吴一戎 | WuYirong

中国科学院院士、中国科学院空天信息创新研究院院长

伴随技术的不断优化，空天技术的成本也在日益下降，并加速服务于百姓生活。“低成本化主要得益于三个方面，”吴一戎介绍道，“一是进入空间的成本降低，比如火箭实现可回收；第二由于智能制造、材料器件更新等带来卫星整星的成本降低；最后是整个地面系统成本也在降低。”正是因为空天技术研究者们的不懈钻研，让曾经遥远的“上帝之眼”逐渐走进百姓生活。

“在空天信息发展并走入百姓生活的过程中，有不少值得关注的技术新创造。”吴一戎强调道。其中，天基互联网卫星系统和激光星际链路就是两个值得关注的重要代表。

随着世界各国的卫星互联网计划不断涌现，卫星互联网浪潮掩盖下的空间资源和利益争夺进入白热化。天基互联网卫星应运而生。吴一戎表示，“天基互联网”也叫“天际互联网”或“太空互联网”，“顾名思义，就是建立在外太空的互联网，把互联网搬到太空去，在组网完成后，人们将能够在世界任何地方使用网络”。

换言之，就是向空中发射一定量的通信卫星，利用大量卫星组成的网络覆盖全球，并且通过卫星进行数据传输实现全方位无死角的网络覆盖。而在地面，只需要信号配备相应的接收装置，避免目前通信网络因地形问题在信号弱或者通信不稳定的问题。同时也具有低成本、低延迟、高速度、高可靠性等优势。“天基互联网成立的重要前提是大幅度降低的卫星成本，五十万美金就可发射一颗卫星，一千美金左右就能建造一个地面接收系统，这在以前都是不可能的事。”吴一戎强调。

卫星互联网是互联网产业变革的重要组成部分。频率轨位资源的占有作为卫星互联网竞争力的重要指标，彰显着传统网络安全的措施已经失效。面对美国无线电频率的高占用比，中国亟需一套属于自己的卫星互联网系统。

“虹云工程”应运而生。作为中国航天科工五大商业航天工程之一，“虹云工程”计划发射156颗卫星，它们将在距离地面1000公里的轨道上组网运行，在此基础上构建一个星载宽带全球移动互联网络，实现网络无差别的全球覆盖。

激光星际链路则是指在空间卫星间相互连接的激光通信链路，也是空天技术的又一重要发展。

在卫星间建立直接通信链路，能增大连通性，扩展覆盖范围，扩大业务量并提高灵活性。空间激光通信经过多年探索取得了突破性进展，已成为解决微波通信瓶颈、构建天基宽带网、实现对地观测海量数据实时传输的有效手段。

激光通信终端具有体积小、质量轻、功耗低等特点，非常适合作为卫星有效载荷，能够满足航天活动日益增长的通信需求。我国空天技术科研工作者们通过对空间激光通信系统所涉及的各项关键技术展开全面深入的研究，已开发出多套卫星激光通信终端，并开始规划建设可覆盖全球的天基激光通信网络。

除此之外，还有以囊皮材料、艇体结构热力学、高空气象等为核心技术的临近空间飞行器，位于地表20~50km的临近空间飞行器对于城市检测和移动通信基站也有着至关重要的作用。正是这些不断创新发展的空天技术，让中国人的“上帝之眼”愈发清晰，让“上帝视角”不再遥远。

北斗卫星定位导航系统是空天技术创新的又一重要结晶。其空间段计划由35颗卫星组成，包括5颗静止轨道卫星，27颗中地球轨道卫星和3颗倾斜同步轨道卫星。具有精密授时、精确定位、短报文通信等功能。

北斗卫星导航系统是中国着眼于国家安全和经济社会发展需要，自主建设运行的全球卫星导航系统，是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要时空基础设施。

2018年12月27日，中国宣布北斗三号基本系统已经完成建设，开始提供全球服务。“这标志着北斗系统服务范围由区域扩展为了全球，北斗系统正式迈入全球时代。”吴一戎说。

北斗目前运用的领域非常广，创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能；可提供多个频点的导航信号，能通过多频信号组合使用等方式提高服务精度；其空间段采用高、中、低三种轨道卫星组成的混合星座，且高轨卫星更多，抗遮挡能力强，尤其在低纬度地区性能特点更为明显；北斗三号未来还将按照国际标准增加全球搜救、全球位置报告、星基增强等拓展服务。

目前，北斗卫星在公安、交通运输、农业等方面已经有了广泛应用。比如具有高度敏感性和保密性要求的反恐、维稳、警卫、安保等大量公安业务，推广应用北斗系统势在必行。基于北斗的公安信息化系统，实现了警力资源动态调度、一体化指挥，提高了响应速度与执行效率。主要包括公安车辆指挥调度、民警现场执法、应急事件信息传输、公安授时服务等应用。其中，应急事件信息传输使用了北斗特有的短报文功能。

除了北斗卫星系统，物联网也是空天技术发展的一个重要方向。在高可信网络、传感器和高精度时空基准的基础之上，物联网预计将迎来一个稳健发展的时期，并在2025年达到产值11兆美元的发展目标。

高分辨对地观测系统也是“上帝之眼”的重要组成部分。高分辨率对地观测系统工程统筹建设基于卫星、平流层飞艇和飞机的高分辨率对地观测系统，与其他观测手段结合，形成全天候、全天时、全球覆盖的对地观测能力。建成我国自主的陆地、海洋、大气先进对地观测系统，确保掌握信息资源自主权，促进形成室间信息产业链，满足国家经济建设和社会发展目的。“目前对地观测数据已被最高检察院作为可信的证据进行使用，在公诉厅中应用广泛。”吴一戎补充道。

正因为有这些强大的空天技术支持，空天建设系统功能也日益强大。北斗系统等已广泛应用于通信、交通、公共安全、农林渔业、水文监测、气象、电力调度、救灾减灾等领域，融入国家核心基础设施，已产生显著的经济效益和社会效益。

伴随人工智能和大数据的发展，空天技术与大数据的融合成为空天技术工作者需要攻克的又一个难题。

目前，世界每日观测覆盖达数千平方公里，数据量以TB计算，每天人类行为产生的信息以PB级计算。“但海量的数据，即‘数据大’不等于‘大数据’，一定要将大数据的定义弄明白。”吴一戎强调道。真正的大数据要在海量的数据中找到有价值的信息，这一有效的信息率往往极低。数据在质不在量，真正的大数据，是要从大量复杂类型碎片数据中挖掘隐藏于其中的有价值信息，从杂乱无序的数据中重建数据间的关联关系，并最终通过“加工”实现数据的增值。

一个良好的时空框架是提高数据信息率并实现增值的重要手段。在时空框架下的大数据同时具有时间和空间两大维度，现实世界中的数据超90%是时空数据，时空大数据是基础大数据和业务大数据的融合，即关于观测对象的基础信息加上各领域和行业的应用信息。

在此框架下解决问题，既能兼顾基础性的信息，也能针对其应用场景做出不同的归纳总结，有效提高了数据中的有效信息率。

除了数据的时空双维度之外，吴一戎强调：“信息的高效共享和智能化服务是决定大数据战略胜负的决定性因素。”空天学习与大数据的结合还应重视机器的自主学习能力，通过深度学习和多层隐态网突破过去传统学习模式的瓶颈，提高人工智能的泛化能力。“目前的计算机仍然不知道自己需要识别什么，而现在的发展方向是让计算机能够自己处理。”吴一戎总结道。

智能化是信息科学技术发展的主流趋势，也是空天信息技术与产业是信息技术与产业的主要发展方向。在未来，“上帝视角”会变得更加重要，大数据的分析计算也将让其更加有力量。