CN102197605B - 用于接收并存储卫星数据的地面站网格 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种被称为卫星网格的设备，包括多个接收和存储地面站(5)，多个接收和存储地面站(5)具有存储单元(13)，每个站(5)包括用于从围绕地球进行轨道运行的至少一个卫星接收观测数据的单元。每个站(5)连接到至少一个数字网络(15)，并且包括至少一个管理模块，使得不同的站一起协作，以便提供对来自至少一个卫星的、并存储在不同站(5)中的所述观测数据的持久的并且透明的共享访问，其中，所述卫星网格适合于作为来自所述网络(15)中的任何接入点的单个计算机资源来进行访问和查看。

Description

用于接收并存储卫星数据的地面站网格

技术领域

本发明涉及一种在全文中成为“卫星网格(satellite grid)”的设备，包括相互通信的多个数据接收和记录陆地站。数据接收和记录陆地站是一种具有用于接收来自位于围绕地球的轨道中的至少一个卫星的观测数据的单元以及用于存储这些数据的单元(大容量存储器)的站。

本发明还涉及一种观测设备，尤其是用于观测地球的设备，包括：部署在围绕地球的轨道中的至少一个卫星星座，每个卫星包括至少一个观测数据捕获设备以及用于将这些观测数据发送到位于地球表面的接收天线的至少一个设备；分布在地球表面的多个观测数据接收和记录陆地站，每个接收和记录陆地站连接至至少一个接收天线，尤其是连接到属于该接收和记录陆地站的接收天线，这些站相互通信；每个卫星的发送设备用于将观测数据发送到位于该发送设备视野内的任何接收天线，每个接收天线用于在该接收天线位于卫星的发送设备视野内时接收由所述卫星发送的观测数据。

背景技术

通常，在全文中，术语“观测”是指任何数据捕获，包括物理参数(温度、辐射、地形数据、各种可见或不可见波长形式的图像等等)的测量，而术语“地球观测”是指对与地球有关的观测数据(尤其是来自地球的观测数据)的任何捕获。

提供一种用于地球观测的设备尤其(虽然不是专门)是本发明的一个目的，该设备更具体地旨在捕获并提供地面观测图像，并具有较高的地面分辨率(10米或更小，特别是以一米为量级)以及较高的地球全覆盖频率(2星期或更少，特别是以一天为量级)。

在全文中，地球全覆盖频率是指观测设备能够获得地球的完整图像的频率。

随着专用于气象学的装置的开发，由卫星上的装置进行地球观测开始于20世纪50年代。从那时起，就持续不断地开发这种装置，同时还支持地面分辨率或刷新频率，这取决于预期应用。

目前，存在大量的陆地观测装置，包括LANDSAT、MODIS、IKONOS、QUICK BIRD、EROS、SPOT-5、SPOT-4等。这些装置能够满足各种领域(例如农业、制图、地籍测量、国防、环境、城市规划、电信、风险管理、可再生资源管理等)中的大量的图像需求。在所有情况中，在中央处理和存档站点收集由地面站接收的来自卫星的观测数据，中央处理和存档站点能够以选定的方式对这些各种数据进行合理化、对这些数据进行更新、以及使这些数据相互相关。这种中央站点还能够相对于观测数据的日期及其内容来向用户相关地并均匀地分发观测数据。卫星观测数据向中央站点的这种迁移常常由于这些数据的超大容量而引起连接和带宽问题。例如，GB2432486提出了重用星座中的卫星，以便将数据迁移到地面用户站。这种方案是十分昂贵和复杂的，并且在总体上并不令人满意。

装置IKONOS、QUICK BIRD、EROS等是具有很高分辨率的卫星，其允许以一米为量级的地面分辨率。另一方面，它们具有的整个地球刷新速率却大于一个月。

装置MODIS、MERIS等是具有较低分辨率但具有较高的整个地球刷新速率(以3天到一个星期为量级)的装置。

换句话说，鉴于现有技术，对用于捕获并提供观测卫星数据(尤其是用于陆地观测)的装置的设计受到相冲突的约束的影响。从而，在具有高空间分辨率(以一米为量级)但低全覆盖频率(以一个星期或一个月为量级)的装置与具有高全覆盖频率(以一天为量级)但低空间分辨率(以100米为量级)的装置之间存在选择。

已经提出了另外的方案，以便能够从预定的特定区域的高覆盖频率中获益，同时从有利的空间分辨率中获益。这些方案包括采用配备有用于图像捕获的光学装置的一个或多个卫星，该一个或多个卫星允许这些光学装置的重新校准。特别地，在卫星自然轨迹之外捕获图像的能力允许在卫星的几个连续旋转期间对相同的地理区域进行观测。

例如，SPOT卫星星座提供了能够每天捕获地球的预定区域的图像的捕获能力和刷新速率。该星座包括多个卫星，多个卫星设置在相对于地球同相的太阳同步的、圆形极轨道上。每个卫星具有的周期为26日。每个卫星包括光学装置、数据记录器以及用于将图像发送到地面上的接收站的系统。光学装置适合于确保得到可参数化的间接目标(oblique sighting)，使得在26日的周期的过程中，可以数次观测相同区域。在卫星对于地面站不可见时，数据记录器能够在卫星上(on board)存储图像。

从而，该星座可以具有地球特定区域的较高的覆盖频率。但是，全覆盖频率不能少于26天。此外，如果对该星座进行设置使得在26天的周期期间执行大量的重新校准操作，那么地球的全覆盖频率可能比26天多得多。

此种方案的另一个缺点在于具有重新校准能力的卫星星座的制造、安装、管理和维护成本。具体地，此种星座需要在地面上安装并管理多个地面站，其中多个地面站相对于彼此以自主的方式进行操作，并且考虑到其分布，适合于将所接收到的图像发送到中央服务器进行图像备份。此外，由一组专家从地面控制每个卫星中的每个装置，其中，该组专家负责根据需求来确定并优化光学装置的重新校准。另外，每个卫星必须包括记录器，以便克服对地面站可见性的缺乏。每个卫星进一步包括用于向地面进行发送的专用系统。

此外，这种方案将会遭遇主要的实际困难。具体地，以提供具有以一米为量级的空间分辨率以及以一天为量级的全覆盖频率的图像为目的，采用这种卫星星座覆盖整个地球，需要中央服务器每天管理1500太字节(terabyte)量级的数据，也就是说，每秒钟管理170吉字节(gigabyte)，这大大超出了采用当前可用的服务器技术和架构可达到的卫星传输能力和地面处理能力。此外，对于来自于卫星的用于观测空间的装置的数据，将会产生相同的问题。

发明内容

本发明的目的是克服这些缺点，以解决这些困难，并提供卫星观测数据记录设备的新的构思，该设备能够以非常高的数据速率(尤其是可能超过每秒100吉字节的速率)进行记录。更具体地，本发明的一个目的是提供一种不需要用于分发和/或记录数据的中央服务器的设备。

本发明的又一个目的是提供一种用于在互联网上供应大量可用的信息介质的设备，尤其是观测设备。

为此，本发明涉及一种包括多个数据接收和记录陆地站的设备，所述多个数据接收和记录陆地站具有用于存储数据的存储单元，每个接收和记录陆地站与用于接收来自围绕地球的轨道中的至少一个卫星的观测数据的单元相关联，其中：从至少一个卫星(特别是所述至少一个卫星中的每个卫星)接收的观测数据分布在并且保持分布在各个接收和记录陆地站的所述存储单元中；每个接收和记录陆地站由至少一个数字网络功能性地连接至其它的接收和记录陆地站，并具有被称为管理模块的至少一个模块，管理模块适合于使得根据被称为卫星网格的架构，由各个管理模块将各个接收和记录陆地站经由所述至少一个数字网络彼此互联，所述卫星网格适合于允许对来自至少一个卫星(尤其是所述至少一个卫星中的每个卫星)的所述观测数据的持久的并且透明的共享访问，其中，所述观测数据以分布式的方式被记录在各个接收和记录陆地站的所述存储单元中，所述卫星网格适合于使得将以分布式方式记录在各个接收和记录陆地站中的全部观测数据作为来自所述至少一个数字网络的任何接入点的单组观测数据进行访问和查看。

根据本发明的这种卫星网格制定了对并入该卫星网格的卫星观测装置的设计和操作模型进行充分改革的新目标，在该卫星网格中，用于接收并记录卫星数据的多个陆地站功能性地彼此连接，以自动地、持久地并完全透明地共享观测数据，所述观测数据记录在并保持记录在每个站中，从而分布在各个接收和记录陆地站中，而不需要迁移到中央站点。具体地，根据本发明的这种卫星网格是一个或多个观测设备的组成元素，以至于在不具有根据本发明的卫星网格的情况下，这种观测设备变得完全不起作用。

此外，根据本发明的设备具有新颖性的功能：这种设备的记录容量实质上是无限的，这是因为足以倍增接收和记录陆地站的数量以增加记录容量和数据速率(在数据速率的范围内，可以由相应的卫星进行发送)；不需要用于标注数据或用于分发数据的中央服务器；可从网格的任何接入点立即地并实时地获得所有观测数据；自动地保证设备的操作，而不需要任何特定的维护(具体地，通常任何一个接收和记录陆地站的故障都不对其它接收和记录陆地站以及设备的操作造成影响)；其可以动态地与一个或多个卫星和/或一个或多个卫星星座相关联；可以以非常简单、安全并可靠的方式使其对用户是可用的，其中对访问控制进行所有可能的以及适当的变形，来读取和/或写入和/或管理在各个站中记录的数据。

有利地，根据本发明的设备还是如下一种设备：其中，每个接收和记录陆地站还与用于向至少一个卫星广播数据的单元相关联，并且每个接收和记录陆地站包括至少一个远程控制模块，该远程控制模块适合于产生针对至少一个卫星的至少一个命令，并能够在卫星网格上发送这种命令。从而，根据本发明的设备不仅可以用于接收卫星观测数据以及对这些数据的分布式记录，还可以用于控制与根据本发明的设备相关联的每个卫星。

有利地并根据本发明，所述卫星网格的所述数字网络包括公共陆地数字网络，具体地，是诸如互联网的公共陆地数字网络。

此外，有利地，根据本发明的设备还可以是如下一种设备：其包括被称为地理门户服务器(geoportal server)的陆地服务器，该地理门户服务器被所述数字网络连接至所述网格，用户经由该数字网络可以访问该地理门户服务器，并且该地理门户服务器适合于管理对用户访问该网格的授权。但是，这种地理门户服务器不是用于记录或标注数据的中央服务器。从而，根据本发明的设备不需要用于记录和/或标注和/或分发观测数据的任何中央服务器。

如上文提到的，本发明扩展到一种观测设备，其包括根据本发明的由所述接收和记录陆地站形成的陆地设备。换句话说，在根据本发明的观测设备中，将所有的接收和记录陆地站互联，以便形成根据本发明的陆地设备(卫星网格)。

从而，在根据本发明的观测设备中，每个接收和记录陆地站功能性地连接至至少一个数字网络，并具有被称为管理模块的至少一个模块，所述管理模块适合于使得根据被称为卫星网格的架构，经由所述至少一个数字网络将各个接收和记录陆地站彼此互联，所述卫星网格适合于允许对记录在各个接收和记录陆地站的存储单元中的观测数据进行持久并透明的共享访问，所述卫星网格适合于作为来自所述至少一个数字网络的任何接入点的单个计算机资源进行访问并查看。

根据本发明的设备中的每个接收和记录陆地站的管理模块可以由网格模块形成，其本质上是已知的，能够产生计算机网格(就是说，基于网络的计算机架构)，并允许异构系统和应用透明的共享数据和/或计算机资源(具体参看http://fr.wikipedia.org/wiki/Grid_computing，Globus ToolKit，或者软件套件gLite(EGGEE)，UNICORE或Synfiniway(Fujitsu)，或者软件e-mule)。但是，没有类似的内容阻止开发特定的网格模块。

计算机网格技术尤其能够通过将功能强大的计算机单元进行联网以及互联，来分发并共享大的计算容量。因此，这些技术主要由具有较大处理能力需求的研究中心和企业来使用。

虽然在设计观测设备(尤其是用于地球观测的装置)的过程中，计算能力不是决定性因素，但是，本发明人已经确定出将网格技术用于对用于接收并记录观测数据的陆地站进行持久的互联，能够给予新颖性功能，并实际上获得分布式观测设备，分布式观测设备能够以极低的成本获得无比的性能。具体地，观测数据可以分布在各个接收和记录陆地站中，然而可以从网络的任何接入点立即地并实时地进行访问。而且，根据需求或所施加的约束，可以在接收和记录陆地站之间完全透明地传输和/或交换观测数据。类似地，以网格形式对接收和记录陆地站进行互联，能够有助于从地面来远程控制卫星星座。

尤其有利地是，本发明可应用于记录地球观测数据。具体地，有利地，根据本发明的设备还是一种如下的设备：其中，每个卫星的观测数据捕获设备具有预定的视野，该预定的视野与对该捕获设备可见的地球表面区域相对应，并且其中，每个接收和记录陆地站包括用于存储观测数据的单元，所述观测数据来自被称为所记录的观测区域的至少一个陆地区域，所记录的观测区域包括每个卫星的捕获设备的视野的至少一个轮廓，接收和记录陆地站的接收天线位于该轮廓中，对所述各个接收和记录陆地站的数量和分布进行调节，使得所述相应所记录的观测区域是互补的并且允许覆盖要观测的陆地表面，与要观测的该表面相对应的各种观测数据分布在各个接收和记录陆地站的存储单元中，所述卫星网格是存储网格，对该存储网格进行调节，使得将各个接收和记录陆地站所存储的全部观测数据作为来自所述卫星网格的数字网络的任何接入点的单个计算机资源持久地进行访问。

应当注意的是，在根据本发明的设备中，可能以虚拟的方式创建与接收和记录陆地站相关联的所记录的观测区域，该所记录的观测区域不必与接收和记录陆地站的接收天线的可视范围相对应，也不必与飞跃该天线的卫星的视野相对应。因此，有利地并根据本发明，至少一个接收和记录陆地站的所记录的观测区域包括位于卫星的视野的轮廓外部的至少一个区域，所述轮廓内包含接收和记录陆地站的接收天线。这一方面使得观测数据能够在各个接收和记录陆地站之间优化地进行分布，以及根据存储容量和观测数据的使用效率来进行上述操作(具体地，通过对每个潜在用户与记录相应观测数据的接收和记录陆地站之间的距离进行最小化，以降低对网络的占用)。但是，也使得卫星能够将观测数据发送到任何一个接收和记录陆地站，其中，该任何一个接收和记录陆地站可以是或者可以不是最初从卫星接收这些观测数据的接收和记录陆地站。这是因为，各个接收和记录陆地站的网格架构允许根据预定的协议(其可以是任何类型的)将观测数据自动、简单并透明地路由到适当的接收和记录陆地站。

在本发明的有利变形中，每个接收和记录陆地站适合于对所记录的观测区域与其自己相邻的每个接收和记录陆地站的观测数据进行搜索，并将该观测数据合并入其存储单元中，使得每个接收和记录陆地站合并入与其自己相邻的各个所记录的观测区域的局部拼接图(local mosaic)。

此外，有利地并根据本发明，由卫星的每个发送设备根据并入元数据和/或数据的格式来发送观测数据，其中，该元数据和/或数据被被称为地理位置数据，其表示观测区域的位置以及观测日期。因此，在陆地观测的情况下，由每个卫星发送的地球观测数据是“地理定位的”，也就是说，地球观测数据并入了能够确定其相对应的地球表面的部分的信息，使得可以由网格将地球观测数据自动地路由到将存储所述地球观测数据的接收和记录陆地站，并随后响应于用户请求而经由网格自动地选择所述地球观测数据。为此，应当注意的是，在卫星发送的观测数据被记录在接收和记录陆地站的处理单元中之前，这些数据经历了由接收和记录陆地站(与接收这些数据的接收天线相关联的接收和记录陆地站和/或记录这些数据的接收和记录陆地站)进行的至少一个处理操作。然而，无论哪种情况，该处理操作保存地理位置数据。

此外，在有利的变形中，根据本发明的设备还是如下的一种设备：其中，每个接收和记录陆地站还与用于向卫星进行广播的天线相关联，并且其中，接收和广播天线、卫星的发送设备以及接收和记录陆地站适合于在卫星与接收和记录陆地站之间建立双向交换。具体地，这允许以简单的并分散的方式来控制卫星星座，使得不必再提供单一的控制中心，并且可以将命令随时从网格的任何接入点发送到每个卫星。因此，根据本发明的设备有利地包括：至少一个远程控制模块，适合于向每个卫星发送命令，并且每个远程控制模块连接至所述数字网络和接收和记录陆地站的网格，其中，远程控制模块将要被发送到卫星的每个命令指引到所述数字网络和接收和记录陆地站的网格。

在第一变形中，远程控制模块确定命令所针对的、并且负责将该命令发送到目标卫星的至少一个接收和记录陆地站。

在另一变形中，由与广播天线相关联的所有接收和记录陆地站同时发送所述命令。然后，每个卫星从连接至离该卫星最近的广播天线的接收和记录陆地站接收这种命令。该命令包括该命令所针对的卫星的标识码，并且每个卫星可以确定该命令是否是针对其的。

可以使用特定的链路和通信单元将空间卫星星座连接至接收和记录陆地站的卫星网格，其中，特定的链路和通信单元没有构成形成该卫星网格的数字网络的组成部分。然而，根据本发明的有利以及优选变形，每个卫星自身也可以包括网格模块，以被并入到由各个接收和记录陆地站以及将这些陆地站连接起来的数字网络所形成的卫星网格中。

因此，在根据本发明的设备中，每个卫星与每个接收和记录陆地站一样，是卫星网格中的节点，使得十分有助于通信，并且通信可以从这种卫星网格所允许的优点和所有先进功能中受益(对数据共享进行简化的和透明的管理、对各个卫星访问各个接收和记录陆地站进行简化管理、对各个接收和记录陆地站访问各个卫星进行简化管理、例如在一个卫星或一个接收和记录陆地站发生故障时的操作鲁棒性等等)。

有利地并根据本发明，所述卫星网格的数字网络是尤其支持各个接收和记录陆地站之间的链路的公共陆地数字网络，尤其是互联网。已经注意到，在这方面中，网格的各个节点之间的物理通信链路的特性是不重要的，并且可以是任何类型的，并且可以在相同的网格内变化(有线链路、光纤链路、经由通信卫星的链路、GSM类型等的蜂窝链路等等)。实际上，网格模块可以是在操作中添加到一个或多个网络上的、与所有格式的网络和平台兼容的软件层。

此外，根据本发明的观测设备有利地包括：被称为地理门户服务器的陆地服务器，其由所述陆地数字网络连接至所述卫星网格，用户经由该公共数字网络是可以访问该地理门户服务器的，并且该地理门户服务器适合于管理对用户访问网格的授权。为此，应当注意的是，这种地理门户服务器没有构成中央站点或者中央服务器，在中央站点或中央服务器中存储将要传送至用户的观测数据，为了确定构成用户请求的主题的观测数据的记录位置和/或为了将所述观测数据迁移到每个用户，需要中央站点或中央服务器。实际上，在根据本发明的设备中，网格使得与连接至该网格的每个用户透明地并自动地共享观测数据成为可能，而不需要任何中央站点来选择或发送信息。在根据本发明的观测设备中，地理门户服务器只具有对用户对形成该设备的网格的访问控制进行管理的功能。

优选地，在根据本发明的观测设备中，所述观测数据是能够以图像形式显示的数据，每个接收和记录陆地站适合于处理其从每个卫星接收的观测数据，以形成可以由用户直接使用的相应图像并将这些图像记录在存储单元中，这样形成的卫星网格使得所有的观测图像对用户是可直接访问的，所述观测图像是来自于各个卫星的、针对各个观测区域的并被记录在各个接收和记录陆地站中。具体地，每个接收和记录陆地站在其自己的存储单元中不断地更新由其自己的所记录的观测区域以及其它接收和记录陆地站的各个相邻的所记录的观测区域形成的局部拼接图，对各种相应的观测数据进行统一的格式化、校准以及处理，以便能够由用户直接使用这些观测数据。

为此，本发明的数种变形是可能的。根据本发明的第一替换实施例，每个接收和记录陆地站的管理模块适用于使得存储单元中最新记录的观测数据在卫星网格上是动态、实时可用的。换句话说，在该替换的实施例中，每个用户可以经由地理门户服务器获得相应接收和记录陆地站中最近接收并记录的、任何观测区域的最新观测数据。该替换的实施例能够持久地提供由卫星星座扫描的各种观测区域的最新图像，并从而在星座的卫星的数量足够时能够提供地球的最新图像。

在第二变形中，另一方面，并不妨碍各个接收和记录陆地站所接收的各种观测数据成为定期(例如，每天或者每星期)收集处理的主题，以便进行更新，从而形成对用户可用的最新观测数据的完全集合，例如，以便以表示地球的方式来经由地理门户服务提供数据。

本发明尤其应用于能够采用上文提到的特征获得地球整个表面的观测的设备。因此，有利地并根据本发明，每个卫星具有覆盖F以及低轨道，使得其可以在一天内描绘比一大的数量(ORB)的轨道，并且可以调节卫星的数量，使得要被观测的陆地表面与地球的整个表面相对应。然而，本发明还应用于其它的卫星星座，该其它的卫星星座在其观测范围方面更受限制和/或用于观测太空。

因此，本发明代表了设计地球观测设备的突破，基于对其各个组成部分(接收和记录陆地站和/或卫星和/或天线)进行透明的、持久的并且自动的网格互联，该网格构成了观测设备的基本元件。

本发明还涉及一种设备，尤其是一种观测设备，其特征在于上文或下文提到的所有特征或一些特征的组合。

附图说明

通过阅读下面的描述并参考附图，本发明的其它特征、目的和优点将变得很明显，下面的描述通过非限制性的例子给出了本发明的实施例；在这些附图中：

图1是根据本发明的实施例用于捕获并分发地球观测数据的设备的示意图；

图2是根据本发明的实施例形成卫星网格的陆地设备的示意图；

图3是根据本发明的实施例的卫星网格中的接收和记录陆地站的示意图。

具体实施方式

为了解释和清楚的原因，在附图中并没有考虑尺寸和比例。

如图1中所示的，根据本发明的地球观测设备包括卫星4的星座以及相互进行通信的多个数据接收和记录陆地站5，从而形成了根据本发明的被称为卫星网格的陆地设备。

每个卫星4还包括用于以固定的目标来进行观测数据捕获的至少一个设备，尤其是光学设备。

例如，这种观测数据捕获设备是朝向地球的固定摄像机，并用于对卫星4飞跃的陆地大气层和/或表面的区域的多光谱观测数据(尤其是图像)进行捕获。

根据本发明可能的实施例，这种卫星是例如WO2005110848中所描述的光学降落伞(parachute)。因此，根据本发明的设备中的卫星4不需要特定的对准程序，这大大降低了制造以及维护成本。

每个卫星4还包括：用于发送观测数据的至少一个模块，其用于在卫星4的观测数据捕获设备捕获了每个观测数据之后，将所捕获的观测数据发送到陆地层(站5)。这种广播模块可以是任何已知类型的，在本文中不进行详细描述。

根据本发明的设备包括形成卫星网格的多个接收和记录陆地站5。

每个接收和记录陆地站5包括：至少一个观测数据接收模块12，其用于接收来自进行观测数据捕获的空间层的观测数据。

如图3中所示的，每个记录陆地站5还包括：处理模块11，其用于对该记录陆地站5的接收模块12所接收的观测数据9进行处理。

例如，记录陆地站5的观测数据处理模块11是计算处理模块(尤其是微计算机类型的)，其包括用于处理信息的硬件和软件单元(微处理器、相关联的只读以及随机存取存储器、操作系统和其它软件应用程序、外围设备和外围驱动器、相应的卡和总线、人机接口等等)。具体地，模块11用于能够执行对观测数据的处理和记录以及连接到至少一个数字网络15。

每个记录陆地站5尤其包括用于存储由处理模块11处理的观测数据的单元13。这些存储单元13在本地连接至处理模块，并且可以是任何类型的。例如，这些存储单元13由大容量存储器(例如具有一个或多个硬盘的存储器)形成。

每个记录陆地站5还包括到数字网络15的连接14，使得一方面连接至其它记录陆地站5，另一方面，可选地在由被称为地理门户服务器的服务器授权以后，能够使得由其存储单元13所存储的观测数据对于连接到该数字网络15的用户是可用的，其中地理门户服务器本身也连接至数字网络15并且允许对用户访问网格的授权进行行政和财政管理。

每个记录陆地站5到数字网络15的这种连接14通过被称为管理模块8的模块进行管理，管理模块8由每个接收和记录陆地站5的处理模块11装载并执行，使得各个接收和记录陆地站5根据网格计算机架构经由所述数字网络15持久地彼此互联，其中，网格计算机架构允许对计算机资源进行透明地并且持久地共享，尤其是对各个记录陆地站5的存储单元13中所记录的(来自卫星4的星座的)观测数据的透明地并且持久地共享访问。因此，每个记录陆地站5的主要功能在于，一方面能够在本地大容量存储器(存储单元13)上存储观测数据，另一方面能够经由卫星网格互联并共享读取这些观测数据，使得可以从该卫星网格的任何接入点来查看这些观测数据。

因此，经由数字网络15互联的各个接收和记录陆地站5形成了卫星网格，该卫星网格可从所述数字网格15的任何接入点来进行访问，并可以作为单个的以及全局的计算机资源从这种接入点进行查看。具体地，由地理门户服务器授权的、制定与观测数据(例如，陆地表面的给定区域的观测数据)有关的请求的用户直接地或经由地理门户服务器地访问如此形成的整个网格，使得透明地经由网格来访问其相应的观测数据以进行读取，并且可选地能够将这些观测数据下载到用户，而不管存储该信息的源记录陆地站5。

因此，在根据本发明的观测设备中，由各个接收和记录陆地站5以及数字网络15形成的卫星网格实际上是该观测设备的组成部分，这是因为如果网格的全部或者部分不可操作，那么观测设备的功能就消失了或者不论如何会大大地退化。在图2中示意性地示出了这种卫星网格。

管理模块8可以由任何已知的计算机网格模块(尤其是Globus ToolKit)形成，或者从软件套件gLite(EGEE)、UNICORE、或Synfiniway(Fujitsu)、或者软件e-mule(www.emule-project.net)当中进行选择。

每个接收和记录陆地站5由链路7连接到至少一个接收天线6，尤其是连接到属于该接收和记录陆地站5的单个天线6。该链路可以是任何类型的。例如，该链路7可以是有线链路、无线链路、wifi等。

接收天线6可以离记录陆地站5更远或者更近。优选地，每个记录陆地站在本地包括接收天线6。作为一种变形，每个接收天线6形成独立接收站的一部分，独立接收站包括计算处理模块，接收天线6连接至该计算处理模块，并且该计算处理模块与记录接收站5的计算处理模块相分离。在该情况下，每个接收站连接到计算机网络15并也包括管理模块8，以便被并入卫星网格中，并从而与记录陆地站5互联。

根据本发明的设备的以这种方式形成的卫星网格首先具有下述功能：使得每个记录陆地站5的每个大容量存储器13中存储的观测数据在数字网络15上是自动、透明并实时可用的。

此外，在最常见的情况中，其中这些观测数据适合于以图像的形式进行显示，将这些观测数据处理成直接可用于用户的图像，并且每个记录陆地站5适合于在其大容量存储器13中不仅存储正好与其可视范围相对应的观测数据，还存储与紧邻的记录陆地站5(也就是说，可视范围与记录陆地站5的可视范围相邻的记录陆地站)相对应的全部观测数据。因此，每个记录陆地站5在其大容量存储器13中保持与其所记录的观测区域以及其所记录的关系中的该区域与紧邻区域之间的边界相对应的全部观测数据的局部拼接图。此外，每个记录陆地站5的该局部拼接图对于用户而言，是可以经由网格直接访问的。

这样形成的卫星网格还能够在相反的方向上以非常简单并可靠的方式来执行对卫星4的远程控制。为此，每个记录陆地站5(或者至少一些记录陆地站)还与广播天线相关联，其中，该广播天线能够建立去往经过该广播天线的可视区域的任何卫星4的上行链路。这种广播天线可以形成记录陆地站5的组成部分，或者相对于接收天线6作为上文描述的变形，形成分离的独立广播站的一部分，独立广播站本身也连接至卫星网格，并且独立广播站具有管理模块8。

经由卫星网格向卫星4发送这种远程控制命令是非常简单的。具体地，首先可以由本质上公知的、适当的远程控制模块来构造该远程控制命令，并且该控制命令是针对一个或多个卫星4的。远程控制模块本身一方面可以确定每个目标卫星，另一方面可以确定负责发送该远程控制命令的每个陆地站5，并可以将每个目标卫星和/或每个接收和记录陆地站的标识数据插入到远程控制命令的地址和/或元数据和/或数据中。作为优选的变形，远程控制模块在网格上广播远程控制命令，并且网格中与至少一个广播天线相关联的每个陆地站5用于将该远程控制命令发送到经过该广播天线的广播区域的每个卫星，各个卫星4接收远程控制命令，并且每个卫星4确定该远程控制命令是否是针对其的。

对地球表面和卫星4的星座上的接收天线6以及可选的广播天线的数量和分布进行调节，以使得：每个卫星4飞跃至少一个接收天线6以及可选地至少一个广播天线；每个接收天线6以及可选地每个广播天线由至少一个卫星4所飞跃。

根据本发明的优选实施例，该设备还包括M个接收和记录陆地站，其中

r是与连接至记录陆地站5的接收模块12的接收天线6相关联的可视范围的平均半径，并且α是能够确保可视范围重叠的预定系数。

α是能够确保与接收模块相关联的天线的各个可视范围重叠的系数。实际中，α位于1.1和1.25之间，这能够获得可视区域的10％和25％之间的重叠因子。

因此，无论卫星的位置在哪里，卫星对于至少一个接收天线6是可见的。

根据优选的实施例，系数α固定为1.2，这能够获得20％的重叠因子。

根据本发明的优选实施例，陆地观测数据记录设备中的记录陆地站5的数量等于进行观测数据捕获的空间层1的卫星4的数量。

与记录陆地站5的接收模块12相关联的接收天线6可以是任何类型的。具体地，天线6可以具有各种可视范围，具体地取决于其高度。根据本发明的一个实施例，每个天线6具有的可视范围等于2500km。

根据该实施例，根据本发明的设备可以包括与分布在地球表面上的二十五个接收和记录陆地站相关联的二十五个天线6。

在数字网络15是互联网的情况下，建立根据本发明的设备是特别容易的和经济的。

此外，在接收天线6和/或广播天线远离记录陆地站5的情况下，这些天线的接收和/或广播站与记录陆地站5之间的链路还有利地由数字网络15来形成，并且所述链路优选地由记录陆地站5和数字网络15所形成的网格来形成该链路，也就是说，具有这些天线的站本身也连接至数字网络15，并且也具有网格模块8，网格模块8被配置使得经过每个天线的全部信息和数据由该管理模块8进行管理，并且所述全部信息和数据从而在卫星网格上被共享。具体地，管理模块8被配置为具有处理模块11的至少一个目录，该目录专用于记录观测数据，并被配置为允许来自在卫星网格上进行访问的任何用户的对该目录的访问(至少用于读取该目录)。

有利地并根据本发明，卫星4本身各自也具有处理模块与管理模块8，使得将卫星4也集成到由记录陆地站5和数字网络15经由卫星4和记录陆地站5之间所建立的通信链路而形成的网格中。因此，在根据本发明的设备中，可以对卫星4进行配置，以便使得观测数据在网格上可用，从而使得该信息对于记录陆地站5是可直接评估的，记录陆地站5随后可以对该信息进行处理，以便将该信息作为特别是用户可直接访问的图像记录在其特定的存储单元13中。

换句话说，根据本发明的观测设备可以被看成是包括多个服务器的网络网格，一方面，该网络网格由记录陆地站5、接收天线6和/或广播天线形成，另一方面，该网络网格由轨道中用于捕获观测数据的卫星4形成。

进行观测数据捕获的空间层与陆地观测数据记录设备之间的通信可以是任何类型的。

例如，根据本发明的优选实施例，进行观测数据捕获的空间层与陆地观测数据记录设备之间的通信使用UMTS协议。

根据另一实施例，该通信可以使用其它的协议，例如基于诸如OFDM(正交频分复用)或HSPA技术(高速下行链路分组接入)之类的未来技术的协议。

根据本发明的优选实施例，在将观测数据发送到陆地观测数据记录设备之前，在卫星4上对这些观测数据进行压缩。该压缩可以是任何类型的，例如JPEG压缩。

例如，根据本发明的观测设备能够以简单的并且经济的方式获得整个地球的每天的度量图像。

有利地，如果需要地话，可以在被批准的用户所连接的服务器的控制之下，通过网格来分布这些图像。

为此，如上文所指示的，根据本发明的设备有利地包括被称为地理门户服务器的服务器，该服务器由公共数字网络15连接至记录陆地站5的网格。

该服务器包括：用于接收来自远程用户的连接请求的单元；用于分析该请求的单元；用于验证该用户的访问权限的单元；以及用于授权或拒绝该用户对网格的访问的单元。

然而，应当注意的是，这种地理门户服务器没有以任何方式构成存储或管理各种信息的中央站点或中央服务器，恰恰相反，这是因为在由网格互联的各个记录陆地站5的存储单元13中对用户可访问的各种信息或图像进行处理和分布。

由根据本发明的观测设备所获得的地球图像分布在地球表面上。另一方面，对于用户而言，考虑到经由网格自动地迁移观测数据并使得观测数据对用户可用，所以这种分布是透明的，其中，该观测数据形成了用户经由属于他的网格模块所请求的主题。

例如，这种地理门户服务器是微计算机，其包括运算单元、存储单元以及用于分析请求并处理请求的软件等。

根据本发明的观测设备能够捕获并提供信息，特别是具有较高空间和时间分辨率(特别是分别以一米和一天为量级)的陆地观测的图像。

根据本发明的观测设备在物理上在地球上分布全部所捕获的观测数据，这能够迁移并处理数据。具体地，所使用的带宽与现在可用的技术是相兼容的。

根据本发明的观测设备不需要对卫星上的观测数据捕获设备进行任何重新校准。

此外，根据本发明的观测设备不需要用于记录和/或标注和/或分布观测数据的任何中央服务器。将观测数据不断地分布在地球上，并存储在各个接收和记录陆地站的存储单元中。

根据本发明的设备特别适合于向连接至互联网类型的公共数字网络的用户提供地球观测数据。具体地，根据本发明的设备允许连接至该网络的任何用户恢复地球一部分的图像，其中该图像具有以一米和短于一天为量级的分辨率。从而，本发明为许多新的应用开辟了道路，尤其是农业、制图、安全、国防、环境、城市规划、电信、风险管理、可再生资源管理等领域。

本发明可以是未具体描述的各种变形的主题。具体地，根据本发明的设备可以包括其它观测数据捕获设备，这些其它观测数据捕获设备布置在其它飞行平台上或者甚至布置在陆地建筑物(例如高层大厦)的顶部，根据本发明的设备通过电信层将所捕获的观测数据发送到观测数据处理层。这种电信层还可以包括用于将观测数据从观测数据捕获层传送到根据本发明的用于记录观测数据的陆地设备的各种附加设备。例如，这些附加设备是中继天线、中间网络等。根据本发明用于记录观测数据的陆地设备可以包括分布在地球表面上的各种接收和记录陆地站。这些接收和记录站可以是连接至公共网络(例如，互联网)的微计算机，并且通常是适合于接收图像(或其它观测数据)、处理图像、在大容量存储器中记录图像并使图像对网络用户可用的任何设备。

此外，记录陆地站5可以连接至多个数字网络，尤其是连接至除了互联网以外的至少一个数字网络，例如，连接至特定的数字网络(虽然该特定的数字网络本身也可能完全地或部分地基于经由互联网的通信)。此外，根据本发明的陆地设备不仅可以与上文描述的卫星4的星座一起使用，而且如果需要的话，还可以与多个卫星星座并行地使用。例如，根据本发明的同一陆地设备可以接收第一卫星星座(其执行可视范围内的观测)传递的观测数据，另一方面还可以接收来自第二卫星星座的观测(例如，其执行对太空和/或陆地环境物理参数的观测)，例如磁场测量和/或微波范围内的观测。

Claims (15)

1.一种包括多个数据接收和记录陆地站（5）的设备，所述多个数据接收和记录陆地站（5）具有用于存储这些数据的存储单元（13），每个陆地站（5）与用于接收来自围绕地球的轨道中的至少一个卫星的观测数据的单元相关联，其中：

从至少一个卫星接收的观测数据分布在并且保持分布在各个接收和记录陆地站（5）的所述存储单元（13）中；

每个接收和记录陆地站（5）通过至少一个数字网络（15）功能性地连接至其它的接收和记录陆地站（5），并具有被称为管理模块（8）的至少一个模块（8），管理模块（8）适合于使得根据被称为卫星网格的架构，由各个管理模块（8）将所述各个接收和记录陆地站（5）经由所述至少一个数字网络（15）彼此互联，所述卫星网格适合于允许对来自至少一个卫星的所述观测数据的持久的并且透明的共享访问，其中，所述观测数据以分布式方式被记录在所述各个接收和记录陆地站（5）的所述存储单元（13）中，所述卫星网格适合于使得将以分布式方式记录在所述各个接收和记录陆地站（5）中的全部观测数据作为来自所述至少一个数字网络（15）的任何接入点的单组观测数据进行访问和查看。

2.如权利要求1所述的设备，其中，每个接收和记录陆地站（5）还与用于向至少一个卫星（4）发送数据的单元（10）相关联，并且其中，每个接收和记录陆地站（5）包括至少一个远程控制模块，所述远程控制模块适合于产生针对至少一个卫星（4）的至少一个命令并在所述卫星网格上发送这种命令。

3.如权利要求1和2中的一项所述的设备，其中，所述卫星网格的所述至少一个数字网络（15）是公共陆地数字网络（15）。

4.如权利要求1至2中的一项所述的设备，其中，所述观测数据是适合于以图像形式显示的数据，每个接收和记录陆地站（5）适合于处理其从每个卫星（4）接收的所述观测数据，以形成能够由用户直接使用的相应图像并将这些图像记录在其存储单元（13）中，从而形成的卫星网格使得所述各个接收和记录陆地站（5）中记录的全部观测图像对于用户而言是能够直接访问的。

5.如权利要求1至2中的一项所述的设备，其包括：

部署在围绕地球的轨道中的卫星（4）的至少一个星座，每个卫星（4）包括至少一个观测数据捕获设备以及用于将这些观测数据发送到位于地球表面的接收天线（6）的至少一个发送设备，每个接收和记录陆地站（5）与至少一个接收天线（6）相关联；

每个卫星（4）的所述发送设备适合于将观测数据发送到位于该发送设备的视野内的任何接收天线（6），每个接收天线（6）适合于在该接收天线（6）位于所述卫星（4）的所述发送设备的视野内时接收由所述卫星（4）发送的观测数据。

6.如权利要求5所述的设备，其中，每个卫星（4）的观测数据捕获设备适合于捕获地球的观测数据，并具有与对于该捕获设备而言可见的地球表面区域相对应的预定视野，并且其中，每个接收和记录陆地站（5）包括用于存储来自被称为所记录的观测区域的至少一个陆地区域的观测数据的单元（13），所记录的观测区域至少包括每个卫星（4）的捕获设备的视野的轮廓，其中，该接收和记录陆地站的接收天线（6）位于该轮廓内，其中，对所述各个接收和记录陆地站（5）的数量以及分布进行调节，以使得所述相应的所记录的观测区域是互补的并且允许覆盖要观测的陆地表面，与要观测的该表面相对应的各种观测数据分布在所述各个接收和记录陆地站（5）的所述存储单元（13）中，所述卫星网格是存储网格，其中，对该存储网格进行调节，以使得将所述各个接收和记录陆地站（5）所存储的全部观测数据作为来自所述卫星网格的所述至少一个数字网络（15）的任何接入点的单个计算机资源来持久地进行访问。

7.如权利要求6所述的设备，其中，至少一个接收和记录陆地站（5）的所记录的观测区域包括位于所述卫星（4）的视野的所述轮廓外部的至少一个区域，该轮廓内包含该接收和记录陆地站（5）的所述接收天线（6）。

8.如权利要求6和7中的一项所述的设备，其中，每个接收和记录陆地站（5）适合于对所记录的观测区域与其自己的所记录的观测区域相邻的每个接收和记录陆地站（5）的观测数据进行搜索，并将该观测数据合并入其存储单元（13）中，从而使得每个接收和记录陆地站（5）并入与其自己的所记录的观测区域相邻的各个所记录的观测区域的局部拼接图。

9.如权利要求5所述的设备，其中，卫星（4）的每个发送设备适合于根据并入被称为地理位置数据的元数据和/或数据的格式来发送所述观测数据，所述元数据和/或数据表示观测区域的位置以及观测的日期。

10.如权利要求5所述的设备，其中，每个接收和记录陆地站（5）还与用于向卫星（4）进行广播的天线（10）相关联，并且其中，接收和广播天线（10）、卫星（4）的发送设备以及陆地站（5）适合于使在所述卫星（4）和所述陆地站（5）之间建立双向交换成为可能。

11.如权利要求10所述的设备，其包括至少一个远程控制模块，该远程控制模块适合于使向每个卫星（4）发送命令成为可能，并且其中，每个远程控制模块连接至所述至少一个数字网络（15），并连接至接收和记录陆地站（5）的所述卫星网格，每个远程控制模块将要发往卫星（4）的命令指引到所述至少一个数字网络（15）和所述卫星网格，所述命令由所有接收和记录陆地站（5）同时发送。

12.如权利要求5所述的设备，其中，每个卫星（4）还包括管理模块（8），以被并入卫星网格中，该卫星网格是由所述各个接收和记录陆地站（5）以及连接所述各个接收和记录陆地站（5）的所述数字网络（15）形成的。

13.如权利要求5所述的设备，其中，所述卫星网格连接至公共陆地数字网络（15）。

14.如权利要求5所述的设备，其中，每个接收和记录陆地站（5）适合于处理其从每个卫星（4）接收的所述观测数据，以形成能够由用户直接使用的相应图像并将这些图像记录在其存储单元（13）中，从而形成的卫星网格使得来自所述各个卫星的、针对各个观测区域的、被记录在所述各个接收和记录陆地站（5）中的全部观测图像对于用户而言是能直接访问的。

15.如权利要求5所述的设备，其中，每个接收和记录陆地站（5）的所述管理模块（8）适合于使得最新记录在存储单元（13）中的观测数据在所述卫星网格上是动态能用的。

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