基于FPGA的CCSDS星载数据无损压缩系统设计

星载数据的无损压缩对星载数据的存储和传输具有重要意义.CCSDS推荐的RICE算法对于实现数据的无损压缩具有很好的效果.本文针对RICE算法中k值选择算法计算量大的缺点,利用预处理样本最大值优化k值的方法,使优化后的算法计算复杂度更低,资源占用率更小,运行时间更短,但压缩比相近.利用FPGA进行硬件实现并通过仿真和试验测试,使星载数据的压缩比达到1.5以上,可以满足星载系统对数据压缩的要求,为星上其他载荷提供更多资源.     

基于卫星遥感数据的Noah-MP地表反照率关键参数优化

地表反照率是影响地–气相互作用的关键因子,而准确描述地表反照率是改进陆面模型水热模拟能力的关键。当前Noah-MP (the Noah land surface model with Multiple Parameterizations)土壤反照率估算主要依赖于查找表方法,该方法基于土壤颜色获得不同土壤类型的反照率,但在区域尺度上土壤颜色等级尚未得到有效率定,直接影响了区域反照率模拟水平。此外,裸土反照率的计算还高度依赖于土壤水分。针对这一问题,以同化得到的土壤水分数据作为输入,计算得到不同土壤颜色等级对应的反照率时间序列。在此基础上,以MODIS反照率为参照,同时排除高植被覆盖和积雪的影响,逐步筛选得到青藏高原区域0.25°格点尺度下最优的土壤颜色等级。评估结果表明,优化得到的土壤颜色等级空间分布规律符合土壤质地与反照率之间的物理规律,且改进了研究区域70%空间网格内的Noah-MP模型反照率估计。     

卫星云图数据的同步技术

卫星云图的帧周期变化,数据是突发性的。为了提取帧同步信号,研制出“定位孔径技术”,可靠地提取帧同步信号。利用孔径技术的子帧保护,应用于实际系统,能连续、稳定、可靠的工作。     

基于策略的遥感卫星管控方法研究

针对遥感卫星管理控制中业务应用与底层调度紧耦合导致的操作复杂、人工干预多等问题,提出一种基于策略的遥感卫星管控方法。在搭建策略管控模型的基础上,采用分层控制闭环结构,构建卫星控制闭环;提出卫星集群分域管理方法,并设置策略部署机制;详细论述了基于策略的遥感卫星管控实现方法;以海上失联舰船搜救任务为典型案例进行仿真,验证该方法可以完成异构卫星集群基于事件驱动的闭环控制。基于策略的管理方法能够有效降低遥感卫星管控业务的复杂度,实现遥感卫星集群的自动控制。     

基于卫星遥感的岛礁影像多类目标智能化提取

卫星遥感影像具有背景复杂、目标尺度不一、观测方向各异、纹理不清晰等特点,主流的深度学习目标检测算法不能直接适用于卫星遥感影像的目标检测。改进了RetinaNet,使其适用于卫星遥感影像。首先设计了一种新的特征融合方式,融合ResNet50输出的特征图,使得融合后的特征图同时具有高层语义信息和低层纹理细节信息。为了减弱遥感影像复杂背景对目标特征的影响,设计了特征感知模块,在减弱噪声对特征图影响的同时增强有用特征。挑选DOTA数据集中船只、飞机和存储罐图像进行训练和测试。改进的算法与RetinaNet相比,飞机、船只和存储罐的平均精度分别提高了41%、25%、24%。基于高分二号卫星（GF 2）真实影像数据的试验结果表明,提出的算法能够用于卫星遥感岛礁影像的多类目标智能化提取。     

基于YOLOv8的卫星遥感图像快速目标检测方法

目标检测相关技术已经广泛应用于空间目标监视、卫星自动寻轨等领域,也是计算机视觉领域最重要和最具有挑战性的研究分支之一,逐渐成为国内外军事领域的应用热点.在现代空天对抗中,通过卫星遥感图像获取近地飞行器目标,借以快速判断敌方部队的有生力量,将使我方部队占据战略优势.针对卫星观测距离过远、遥感图像背景复杂等问题,研究基于一阶段轻量化网络YOLOv8的小样本目标检测算法.通过图像翻转、马赛克数据增强及mixup数据增强等图像增强手段提高了模型的泛化性能;通过多次调整优化函数、降低类别损失增益及降低掩模比等参数调整策略提高了模型的平均精度;通过使用参数预设及加载原优化函数导出的模型提高了模型的运算效率.提出的方法在公开的飞行器数据集进行了验证,验证指标包括查准率-查全率(precision-recall)、平均精度(mAP)和画面每秒传输帧数(FPS).结果表明本文提出的改进型网络模型能满足卫星遥感图像的快速目标检测需要.     

基于数据驱动的移动目标卫星任务规划

卫星任务规划是卫星地球观测的重要前提。传统的卫星任务规划主要针对固定地面目标,不能满足日益复杂的任务需求。针对移动目标的卫星观测任务,提出了一种基于数据驱动的移动目标卫星任务规划方法。该方法在大量的移动目标数据的基础上,通过改进的长短期记忆神经网络算法预测了目标的未来轨迹和位置信息,并通过约束满足型遗传算法规划了基于预测算法结果的移动目标卫星观测任务。鉴于移动目标观测中约束和任务冲突的复杂性,约束满足型遗传算法以条件形式将约束嵌入到遗传算法中,并在算法中特别设计了冲突消除算子以解决任务冲突问题。仿真结果证明了该方法在解决移动目标卫星任务规划问题上具有优良的效率,并获得了很高的观测精度。     

基于DVB-S2的遥感卫星自适应编码调制分析与仿真

针对传统遥感卫星数据传输中存在的资源浪费问题,提出了自适应数据传输的概念;重点介绍了第二代数字卫星电视广播标准(DVB-S2)中的自适应编码调制技术(ACM);在此基础上对自适应编码调制技术在遥感卫星数据传输中的应用做了详细分析,通过链路计算与信噪比估计两种方法得出自适应系统与非自适应系统相比在数据传输中性能提升很大,其中固定降雨备余量情况下通过链路计算得出自适应系统传输的数据量是非自适应系统的1.66倍,而基于动态信道模型的信噪比估计方法使得系统性能提升更加显著,传输的数据量是非自适应系统的8.14倍;最后对影响ACM性能的因素进行了分析,仿真结果表明信噪比估计误差和延时对系统性能影响很大,移位门限技术可以有效的降低信噪比估计误差对系统性能的影响,而延时则需要对信道状态的预测来减小其影响。     

基于ATML标准的卫星控制系统通用化测试平台

针对卫星控制系统测试通用化需求,提出了基于ATS（automated test system）结构及ATML（automatic test markup language）标准的测试平台实现方案.将通用测试平台分为通用测试站、测试适配器、综合开发及运行环境三部分.通过ATML标准及面向信号的系统描述方式,使得测试需求和测试能力解耦.根据通用测试平台提供的测试能力,按照不同卫星的测试需求对其进行配置,能够实现测试平台的通用化.     

基于NOAA卫星数据的辐射带质子投掷角分布研究

利用NOAA-12卫星数据对空间环境平静时期太阳同步轨道处辐射带质子投掷角分布进行了研究. 根据投掷角分布的经验公式,计算出90°投掷角的质子方向强度和各向异性指数n. 质子投掷角分布按n的取值范围可分为三类,即90°峰值分布、平顶分布和蝴蝶形分布. 观测证实,对于辐射带质子,三种分布类型均存在并且具有明显的空间区域特征. 在内辐射带边缘地区90°峰值分布占主要优势;在外辐射带高L值区域,90°峰值分布明显减少,平顶分布和蝴蝶形分布逐渐增多. 针对90°峰值分布,研究了质子强度各向异性的区域分布特征,对于内辐射带区域,n值随L值的增大而增大,对于外辐射带,n值表现为逐渐下降的趋势. 为了研究质子投掷角分布对磁地方时的依赖关系,分析了能量为250～800keV的质子在两个不同磁地方时范围的投掷角分布规律. 结果显示,在内辐射带,质子强度的投掷角分布相对稳定,随磁地方时的变化并不显著;而在外辐射带的高L值区域,质子强度的投掷角分布随磁地方时变化明显,与磁地方时之间有明显的依赖关系.     

面向星载应用的空间域四叉树层次化图像压缩算法

为满足卫星应用领域对高分辨率遥感图像实时传输与存储的要求，针对该类图像特征，提出基于空间域四叉树数据结构的图像数据亚采样与多模式自适应预测编码相结合的压缩算法。该算法使用四叉树数据结构与三种预测编码模式，针对图像块纹理差别，自适应地选取相应的亚采样与量化编码方式，通过采样方式与量化方式的变化，达到保存高分辨率遥感图像细节与小目标绝不丢失的要求，实现了对遥感图像中目标边缘和变化剧烈的细节的高保真效果，同JPEG相比，恢复图像峰值信噪更高、图像纹理细节保持能力更强。利用具有可编程序门阵列器件物理实现上述算法，获得高速图像压缩专用芯片，该芯片数据处理速度达到288Mbit／s，功耗低于1W。     

地下核试验监测中的卫星遥感技术及应用

卫星遥感技术在发现、监测、识别、定位和分析地下核试验中具有不可替代的独特作用, 且使得事先阻止核爆炸试验成为可能. 地下核试验的卫星核查与遥感监测是一个高度复杂的综合决策过程. 本文结合几个具体实例, 介绍了其中一些有效的遥感分析识别技术, 如图像序列分析、图像融合、变化检测、K-L变换、D-InSAR、数字三维地形、GIS数据库等. 卫星遥感的局限性在于, 其难以从物理上确认地下核爆炸事件且不可避免地存在虚警和漏警.     

面向星载应用的图像压缩专用芯片研制

以高数据吞吐量和低系统结构复杂性为优化目标,根据图像传感器输出特点,综合应用双缓存、数据流驱动、并行处理与流水线设计、同步电路设计等多项关键技术,设计了具有数据处理速度和超大规模集成电路VLSI(Very Large Scale Integrated)结构复杂性最佳匹配的空间域重采样压缩算法VLSI结构,该结构的压缩性能仅与图像宽度相关,与图像传感器输出时序无关,既可以采用外部时钟,又可使用与图像传感器相同的时钟源,在这2种情况下,都能够保证在无限长时间内,在连续工作状态下,每个时钟周期实时处理一个图像数据.实践证明,基于该VLSI结构的压缩专用芯片,处理速度快,功耗低,满足星载应用高速实时与低功耗要求.      

遥感卫星高速数传信息流设计

随着卫星遥感技术水平的提高,遥感数据的类型和数据量快速增加。为适应多类型、高速率遥感数据传输的复杂需求,对数传信息流进行了顶层设计,定义了数传与遥感系统数据接口以及数传帧格式,对遥感数据传输所需码速率进行了分类计算,为设计固定的下行数传码速率提供了依据。进而针对不同类型的遥感数据提出了基于分组优先级虚拟信道动态调度策略的数传信息流设计方案,确保不同类型遥感数据的传输满足不同的应用需求。对高速遥感数据确保满足较低的缓存容量需求,对低速遥感数据确保满足实时性传输需求。采用动态仿真技术对数传信息流设计方案进行了试验验证。设计方案可为后续新一代遥感卫星数传系统设计提供参考。     

GNSS遥感探测卫星星座设计

随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System,GNSS）掩星大气探测技术的兴起,GNSS遥感探测数据在气象数据资源中逐步占据重要地位,但是目前的掩星探测数量远不能满足数值天气预报等应用的需求,未来更需要充分利用GNSS信号资源,开展更大规模的GNSS掩星卫星星座探测.本文以世界气象组织发布的大气海洋数据需求为参考,提出新一代GNSS遥感探测星座任务需求与设计约束.在理想大气模型假设下,利用几何解析方法研究了探测卫星星座构型参数对探测性能的影响,并建立了新一代GNSS遥感探测卫星星座设计基本准则.以风云卫星为子星座,给出了星座规模同为40颗的三种GNSS遥感探测微纳卫星星座设计方案.研究结果表明,具备该规模的探测星座可满足数值天气预报等气象应用的最低数据需求,三种构型方案中,由高、中、低倾角三组Walker子星座与风云卫星子星座组建的GNSS遥感探测星座探测性能最优.     

遥感卫星动力学频谱规划

频谱规划是无线通信领域的概念.介绍了在遥感卫星动力学设计中的动力学频谱规划方法,通过合理的动力性频率设计,避免星上周期性活动部件与低频密集模态的挠性附件因频率接近而发生耦合振动,确保高精度遥感探测卫星具有足够的指向精度和姿态稳定度.以某高轨遥感卫星为例,通过规避5项干扰力矩对卫星的影响,确保指向精度和稳定度指标的实现.     

卫星遥感图像信息作为姿态敏感器的应用研究

陆标敏感器可以从卫星遥感图像信息中提取卫星的姿态信息,它根据卫星实时图像与基准图像之间的偏移量,计算出卫星的姿态。对陆标敏感器的总体方案进行了设计,在图像匹配技术中采用基于区域特征的先粗匹配、后精匹配的匹配算法,在姿态确定算法中对可能达到的姿态测量精度进行了理论分析,研究表明陆标敏感器可以获得较高精度的卫星姿态信息,作为新型光学姿态敏感器具有重要的研究意义。     

Technology Progress Report for Microwave Remote Sensing

In this presentation, technological progress for China's microwave remote sensing is introduced. New developments of the microwave remote sensing instruments for China's lunar exploration satellite (Chang'E-1), meteorological satellite FY-3 and ocean dynamic measurement satellite (HY-2) are reported.     

地球静止轨道遥感卫星相机太阳规避设计

地球静止轨道成像式遥感卫星的光学成像相机在轨工作期间需要避免阳光的照射,针对现有滚动轴姿态机动算法存在规避开始时初始角速度过大的问题,提出一种改进的滚动轴机动太阳规避算法。该算法在规避开始与结束时,设计一定的规避角度余量,将建立机动初始状态的过程由达到规避角度的瞬间延伸到角度余量区间中,延长建立初始状态的时间,减小初始角速度。系统数学仿真和测试验证证明该算法简单可靠,在开始规避时,初始角速度由0.2（°）/s减小到0.014（°）/s,整个规避过程平稳,具有良好的工程应用价值。