星上遥感影像在轨处理进展研究

从星地数传、高时敏任务等对星上遥感影像在轨处理的需求出发,本文对美国、欧洲以及国内主要的星上遥感影像在轨处理进展进行了研究;以此为基础,结合星上遥感影像在轨处理框架与深度学习等智能处理技术,分析了高性能星上智能处理平台构建、基于深度学习的遥感影像在轨智能处理、多源遥感影像数据在轨融合处理、星地协同数据处理及在轨更新等星上遥感影像在轨处理关键技术;最后,对星上遥感影像在轨处理未来发展趋势进行了总结,为进一步提升遥感卫星在轨应用效能提供参考。     

遥感卫星在轨可用性约束条件分析及对策

从任务注入、设备控制、信息获取、数据传输、能源平衡五个维度,分析了制约遥感卫星在轨可用性的瓶颈因素;提出新一代遥感卫星运控策略,采用"宏指令"取代"指令模板",提升卫星操控性;采用"动态规划"取代"静态规划",提升星载资源在轨使用效率;采用"自主指令序列优化"取代"被动执行预设指令",提升成像获取和数据传输任务的执行效率。某领域遥感卫星在轨测试和地面仿真表明,与传统运控模式相比,任务注入效率提升了约5倍,操作接口复杂度降低了约94%,并显著提升了星载能源、存储资源、对地数据传输资源的使用效率。     

高分多模卫星星地一体化快速响应系统设计与在轨验证

高分多模卫星采用星地一体化设计,实现了星上处理及信息快速生成分发,将遥感信息的快速响应时间缩短到了分钟级。文章详细描述了高分多模卫星基于星上处理系统(区域提取与处理单元)、数据传输与分发系统(数传分系统),以及地面接收与处理系统的星地一体化快速响应系统架构;开展了辐射校正、几何校正等星地一体化设计方法论证,以及在轨图像定位精度关键指标精度分析。通过高分多模卫星在轨试验完成了快速响应时间及关键指标的在轨评估验证,快速响应时间达到了2 min以内,在一定侧摆角度下图像定位精度可以达到经度方向-50.36 m,纬度方向29.18 m。     

高分多模卫星星地一体化专项工程研究与应用

高分多模(GFDM-1)卫星是我国民用空间基础设施规划中的首颗高分辨率光学对地成像敏捷遥感卫星,其最高分辨率达到0.42 m,成像模式灵活且丰富.为实现卫星设计、研制与应用的紧密结合,确保卫星入轨后实现高成像质量、高成图效率、高应用效益,切实解决用户业务中的实际问题,开展了星地一体化专项工作,在卫星像质保证、任务定制、数据处理、在轨综合效能评估等方面部署了研究课题,在卫星工程研制和在轨测试阶段全程同步实施.通过技术研究、产品开发、测试与应用,并在卫星入轨后迅速支持卫星任务定制、载荷定标、数据处理与业务应用,实现了星地一体化同步协调发展,提高了空间基础设施应用效益.     

高分多模卫星星地任务管理方案设计与验证

高分多模卫星工作模式复杂,工作模式组合变化多,卫星单轨和1天内可执行任务数量大幅增加。为了解决这些问题,在工程上实现卫星灵活、高效的工作过程精准执行,在操作上实现地面段任务管理的简洁、易用,在应用效能上实现卫星能力的充分发挥与卫星安全性的兼顾,参考国内外遥感卫星技术发展,提出"目标、需求、元任务、动作、指令"的5层次星地任务管理架构,明确了以"元任务"作为星地任务接口,并实现算法开发、地面验证和在轨应用。高分多模卫星星地任务管理方案大幅降低了地面任务管理人员对卫星操作的复杂程度,提高了任务上注效率、执行效率和组合使用灵活性,使得卫星的应用潜能得到完全发挥。     

新型智能遥感卫星技术展望

从遥感卫星技术与信息技术深度融合的角度,阐述了未来遥感卫星运营模式和服务模式可能的变革方向。提出了未来新型智能遥感卫星的总体概念设想及一种具备开放软件平台、网络接入、可以支持第三方灵活开发并上注应用程序(APP)的智能遥感卫星,给出了一种由智能遥感卫星、云服务中心、星地网络组成的智能遥感卫星系统,并对支撑该系统建设的网络通信架构、APP软件架构进行了初步设计,对星上智能处理技术进行了分析。     

星地协同光学遥感影像目标识别技术验证研究

为了提高光学遥感卫星信息处理的时效性,文章提出了星地协同光学遥感影像在轨目标智能识别技术框架。将基于遥感大数据的深度学习、神经网络模型训练等数据量大、运算量大、计算复杂、要求较高的处理任务部署在地面服务器,将深度学习训练得到的模型进行压缩并上注至卫星,卫星在轨利用轻量化模型对影像进行推理计算,最后把目标识别结果下传至用户。为了对所提出的技术框架进行验证,在高性能服务器和嵌入式开发板上进行了验证试验,利用YOLO-v5算法和DIOR遥感数据集进行了测试,结果表明:在模拟星载计算环境下,处理100km~2范围1m分辨率遥感影像耗时17.74s,平均精确度(Mean Average Precision,mAP)为87.2%。文章提出的星地协同智能目标识别技术框架实时性和精度上能够满足应用需求,具备一定的可行性,可以进一步开展在轨验证试验。     

基于星上动态指令调度的卫星使用效能提升技术

针对传统任务管理模式采用静态约束指令序列导致卫星使用效能的不足,提出一种基于有向图模型的动态约束自适应任务管理方案。采用面向用户的星地任务控制接口,利用地面仿真和星上实时遥测获取任务运行过程的动态约束参数,星载计算机据此动态生成任务指令序列。针对某高性能光学卫星的仿真试验表明,与传统任务管理模式相比,卫星操作接口复杂度减少88.5%,任务注入效率提升699%,有效载荷数据传输效率提升10%,全球数据获取能力提升11%,对我国区域的实时数据获取能力提升100%。方案对遥感卫星在轨运行管理具有借鉴意义。     

遥感卫星平台与载荷一体化设计综述

随着遥感卫星使用效能的提升,整星和载荷的规模都在逐渐增大,遥感卫星现有的研制模式从构型布局、发射段抗力学以及在轨段微振动抑制等各个方面都限制了整星和载荷的研制能力,平台载荷一体化设计将成为解决大中型遥感卫星研制的重要手段。文章从一体化设计概念出发,提出了围绕载荷和基于平台的两种一体化设计理念,以一体化技术发展路线和实现目标的角度,深入探讨了平台载荷一体化设计的3个层级划分,并概要描述了遥感卫星一体化研制现状,最后明确了一体化设计的任务目标,可为后续遥感卫星平台载荷一体化研制提供借鉴。     

服务“一带一路”沿线国家的卫星综合智能管控系统设想

本文为了统筹管理和协调使用"一带一路"沿线国家的通信、导航、遥感卫星和地面站资源,提高星地资源的综合使用效能,针对沿线国家不同类型用户复杂多样的卫星使用需求,开展了卫星综合智能管控系统的需求分析、设计与仿真评估,重点研究多类型用户需求智能化辅助分析、多星多任务协同规划与调度、星地一体化的效能评估等关键内容。提出了"一带一路"智能化卫星综合调度和管控总体架构设想,设计了与通信卫星、气象/海洋/资源卫星、导航卫星、沿线国家卫星的运行流程及接口关系。通过综合调度沿线国家通导遥卫星,提供覆盖"一带一路"沿线的通信、遥感、导航服务,可以在应急减灾、气象预报、海洋监测等方面提升服务能力,在"一带一路"发展框架下,更好地利用空间资源为沿线国家和地区提供服务。     

多源卫星信息在轨融合处理分析与展望

针对自然灾害监测、海洋目标监视等多星协同探测应用场合,首先分析了多源卫星信息在轨融合处理的必要性,其次总结了国内外卫星数据在轨处理的研究现状和存在的问题,然后在此基础上从星上探测、通信和计算资源出发,分析了适应在轨处理的在轨自主任务规划、目标信息表征、多源卫星信息目标在轨关联、多源卫星信息在轨特征融合、星地协同数据处理与动态交互等多源卫星信息在轨融合处理的相关问题和关键技术,最后,给出未来发展趋势展望。     

“齐鲁”卫星赋能遥感应用创新发展

<正>“齐鲁”卫星是由济南市、中国科学院与山东产业技术研究院共同打造的空天信息领域科技创新平台,是国内首次采用“天基互联+小卫星”模式的创新型遥感应用项目,在卫星联网基础上构建开放的卫星信息应用服务体系,提供先进的对地观测能力、先进的互联与通信能力及星地协同开放互联的卫星人工智能(AI)平台,可用于城市管理、农业、环保和海洋管理等多个重要行业的遥感信息智能管理。     

深空探测智能遥感技术展望

在深空探测背景下,采用传统遥感方式进行探测带有一定的局限性,文章以美国为例介绍了智能遥感技术的发展情况。分析了深空探测任务对于传统遥感器的新需求,提出在深空探测信息智能化获取模式、深空探测遥感器参数智能化调整和在轨数据智能化处理3个方面开展深空目标智能遥感研究,以解决传统遥感器在深空探测中面临的局限。重点阐述了实现深空探测智能遥感的关键技术。最后提出中国深空探测智能遥感技术的发展建议。     

基于天基边缘计算的在轨智能技术

针对低轨互联网星座的发展以及天基应用不断拓展对计算能力的需求,开展基于天基边缘计算的在轨智能技术研究,这对提升星地带宽利用率和实时决策效率具有重要意义。提出了以低轨卫星为核心的天基边缘计算架构,在此基础上,进一步提出了一种基于深度模仿学习的智能计算卸载模型,以及该模型的在轨分布式联邦学习训练方案。基于空天地海一体化网络,开展了面向移动应用的实时计算卸载决策,以及空间数据、模型的在轨学习及训练方法研究。该方案在保障空间数据隐私的基础上,可进一步降低程序运行时延和提升模型的决策准确率。结果表明:与传统方法相比,该技术最多降低了54.96%的程序运行时延。     

卫星可变编码调制系统设计与验证

可变编码调制系统(VCM)具备改变编码方式、调制方式、速率的能力,十分适合低轨卫星使用。文章根据我国遥感卫星主要依靠地面站完成数据接收,其接收仰角大范围变化的特点,设计了卫星可变编码调制的系统方案,分析了工作流程、切换门限、物理层帧格式等参数,说明了可变编码调制器的设计方案和实现结果。目前,该方案已在高分七号卫星上完成了可变编码调制系统的在轨试验验证。在轨试验结果表明:传输速率相对于固定编码调制系统(CCM)提升了30%,显著提升了高分七号卫星的星地数传链路的传输能力。     

遥感卫星系统能力指标体系构建模式研究

近20年来,遥感卫星在中国得到快速发展,但每颗卫星的效能如何,缺少科学的评价。构建科学的指标体系是进行效能评估的基本前提。针对合理建立能力指标体系、定量评估遥感卫星系统基本能力的迫切要求,文章从遥感卫星系统作为信息获取手段的基本任务要求入手,基于信息完备性、准确性、时效性等要素,并按照系统的空间域、时间域、信息域、数量域、形式域等行为特性,初步构建了遥感卫星系统能力评估的基本框架和层次化指标体系,对于开展遥感卫星系统效能评估技术研究有一定参考价值。     

在轨实时引导多星成像任务规划方法研究

针对遥感卫星在轨自主任务规划的强时效需求和依赖地面系统的现状,通过分析卫星的轨道特性和多载荷工作配合的方式,提出了一种面向在轨实时引导成像的多星自主任务规划方法。文章首先根据成像的要求,将卫星载荷对目标的可见性,统一转化为"时间-姿态"信息,在保留有效信息的前提下对轨道递推模型合理简化,设计了卫星成像的无冲突任务序列生成方法,并为优化成像收益设计了临机调整策略。仿真结果表明:面向在轨实时引导成像的多星自主任务规划方法能实现将多目标向多星系统的分配,增加临机调整策略后,可实时地通过用高收益目标替代低收益目标的方式提高整个规划方案的成像收益,所提出的方法有效,研究结果可为多星在轨自主任务规划技术研究提供参考。     

多任务在轨服务模块化智能航天器技术研究

首先介绍了在轨服务技术的分类及国内外近期研究进展,结合各国已开展项目的验证情况,分析了在轨服务模式、适应多任务在轨服务航天器的发展思路。为适应卫星发射和在轨服务的任务需要,提出了多任务服务航天器的方案设想,以期降低在轨服务操作的难度,提升在轨服务系统执行多任务的能力。最后初步分析了用于演示验证任务的服务航天器总体参数及任务规划。     

面向微纳卫星应用的激光数传技术

针对遥感微纳卫星对地高速数传需求,开展面向微纳卫星的激光数传技术研究,突破微纳卫星激光通信终端星地快速捕获建链和协同高精度稳定跟踪、天基终端轻小型化、复合光电组件等关键技术。完成微纳卫星的天基激光终端和地面激光终端研制,并开展星地传输试验验证,实现 1 230 km、10/50/100 Mbps 的星地数据传输,验证了相关技术,为后续我国微纳卫星对地遥感应用提供了理想的星地数传手段。     

遥感卫星在轨故障统计与分析

对遥感卫星1988年—2014年的在轨故障数据进行分类研究发现:控制、载荷、测控和数传是遥感卫星在轨故障发生比例最高的4个分系统;故障主要发生于在轨第1年;环境、设计和器件类故障为主要的在轨故障类型;大多数故障可以通过在轨自主诊断、地面操作等方式及时予以解决, 对遥感卫星完成任务的固有能力影响较小;各分系统的在轨故障特点各不相同。文章最后针对故障原因, 提出了增加遥感卫星的地面试验与测试、加强抗辐射加固设计和开展基于在轨故障规律的分系统技术状态控制等对策, 以降低卫星的在轨故障率, 保证卫星在轨可靠、安全运行。