香港应用科技研究院：空天地通感算一体化解决方案

引言

低空经济作为新质生产力的典型代表之一，已获得国家与香港特区政府的高度重视。近年来，全球低空经济呈现爆发式增长，无人机物流、城市空中交通（UAM）等业态快速迈向规模化应用。这一趋势对多机协同定位精度与任务动态调度能力提出更高要求。

不仅在低空领域，智能网联车与低空无人机的跨域协作已成为产业竞争新高地，头部企业已开始产品合作与场景布局，将打造全空间无人体系的技术竞逐拉开帷幕。香港已具备良好的地面车联网的研发建设基础，但因复杂城市环境、跨山跨海等应用场景条件限制，低空无人机+智能网联汽车如何配合打造全空间无人体系，空天地通感算一体化解决方案将成为破题关键。

通感算一体化网络是指同时具备物理-数字空间感知、泛在智能通信 与计算能力的网络。该网络内的各网元设备通过通感算软硬件资源的协同与共享，实现多维感知、协作通信、智能计算功能的深度融合、互惠增强，进而使网络具备新型信息流智能交互与处理及广域智能协作的能力。

一、优势与趋势

空天地一体化是指通过整合卫星网络（天基）、无人机及飞行器（空基）、地面通信设施（地基），构建一个覆盖全域、实时协同的立体化信息网络。卫星通信具有覆盖范围广、抗干扰能力强、部署灵活等特点，可以弥补地面网络在覆盖上的不足。

目前卫星网络根据飞行高度主要由3类轨道卫星组成。

1.         低轨卫星：距地面高度低于2,000公里传输时延较低（一般少于10毫秒）。

2.         中轨卫星：距地面高度在2,000公里至35,786公里之间，传输时延一般少于50毫秒。

3.         地球静止轨道卫星：距地面高度为35,786公里，链路损耗较大，信号传播时延一般超过250毫秒。

其中低轨卫星凭借超低时延（<10毫秒，较中轨卫星提升80%）、百兆级回传带宽及星间动态组网能力，使无人机在跨山跨海、密集城区执行单机或多机飞行任务时，通信定位更加稳定。同时，低轨卫星相比其他卫星具有轻型化、发射成本低、硬件资源容量丰富等优势。

图1：香港复杂的城市环境及跨山跨海独特的应用场景：高层峡谷效应显著，繁忙商业区山河相隔

二、研发挑战

空天地一体化通信技术、通感算技术在低空场景+地面场景结合的过程中，需突破三重挑战。

1.跨域感知

城市复杂环境中，卫星信号遮挡、传感器模态差异与动态环境的高不确定性形成多重技术壁垒。卫星定位依赖视距传播，而高楼峡谷导致信号频繁中断；激光雷达与视觉传感器的数据在时空分辨率、噪声特性上存在显著差异，跨模态数据对齐需克服几何畸变与语义鸿沟；动态障碍物（如行人、车辆）的随机运动进一步加剧感知模型的实时性压力。

2.多径效应

城市建筑反射引发的多径效应具有时变性与空间不可预测性。反射路径的动态组合导致信号干涉叠加，传统方法依赖信道估计与抑制技术，但在密集城区，反射信号强度可能超过直射信号，直接抑制反而造成信号损失。更复杂的是，多径效应与移动场景耦合（如无人机高速飞行时多普勒频移），导致信道冲激响应快速时变，难以通过静态建模实现干扰分离。

3.协同调度

无人机与网联车辆在有限空域、频谱、算力资源下需满足实时性、公平性、安全性等多目标优化，但动态环境下的资源需求预测误差、任务优先级的动态博弈（导致传统集中式调度算法失效。

三、技术实现

空天地通感算一体化解决方案主要通过天基通信保障、空基机动感知、地基协同控制三层的有机联动，形成支持无人机多智能体协同的通感算融合系统，满足复杂城市场景下的高精度自主导航需求。

1.天基

由低轨卫星和全球导航卫星系统 (GNSS)组成，承担全天候定位导航与数据中继职能。通过星间链路实现广域信号覆盖，为无人机群提供高精度定位基准，依托低轨卫星构建天地一体通信骨干网，确保高空数据实时回传至空基、地基层。

通过高空无人机搭载高精度全球导航卫星系统接收机，实时获取自身高精度定位结果，并与低空无人机的GNSS数据结合消除公共误差，解算两者间相对距离，有效解决动态环境下信号遮挡、多路径干扰等问题，确保高空与低空无人机的协同定位精度。

2.空基

采用异构无人机集群构建空基通信网络：大载荷、飞行位置较高的无人机搭载高增益天线与多智能体协作模块，作为移动基站填补地基通信盲区、天基坐标基准；轻量化无人机集群携带多模态感知设备（摄像头、雷达等），结合多传感器融合感知技术，对三维地基地理数据、车联网特征信息进行增强采集与协同推理。通过星间链路与边缘计算节点，实现多源数据（全球导航卫星系统、视觉同步定位与建图 (SLAM)、雷达点云）的融合，既向下兼容地基车联网协议栈，对现有地基感知补盲，又向上对接天基卫星中继，保障空天地间通信低时延、高稳定性。

3.地基

通过无人机激光雷达点云、摄像头视觉图像与路侧单元毫米波雷达的跨模态数据协同，构建多维环境感知模型，实现地面交通信息的交互与处理，将交通事件、道路标识、障碍物、建筑物等车联网信息系统向垂直维度扩展，打造覆盖低空场景高度的立体空间高精地图。

地基层通过分布式弹性算力分配机制，高效处理海量多传感器感知数据：轻量级特征提取任务（如目标检测）由无人机、网联车、边缘计算节点就近处理，复杂全局优化（如交通流博弈建模、多智能体实时路径规划）通过云控平台处理后上传，结合全球导航卫星系统修正与地基坐标系的高精度动态对准，构建空天地一体化的多智能体协作全局策略模型，支撑低空无人机+地面网联车的全空间无人体系的安全与智能化。

图2：空天地通感算一体化解决方案示意图

四、总结

以无人机、电动垂直起降飞行器 (eVTOL)、低空飞行汽车、智能网联汽车为载体的低空及网联全空间无人体系场景正不断涌现、更新、突破，香港应用科技研究院已率先迈出实践步伐——2025年3月，香港应用科技研究院作为香港特区政府第一批低空经济监管沙盒试点项目的技术支持单位之一，正协同业界合作研发验证空天地通感算一体化技术的落地路径，加速“未来”的到来。