CN107103127A - 一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法，将获取到的各卫星光学载荷的原始图像数据载入模型仿真库中，调用库中的各个模型对原始图像数据进行模拟仿真，然后根据各模型的模拟仿真结果生成卫星光学载荷的模拟影像数据。对多种模式的原始数据，例如多源传感器、多分辨率、多工作模式的光学载荷进行模拟仿真，实现了分布式卫星集群结构构成的遥感网中各光学载荷的模拟仿真，有利于在地面上完成各类卫星光学载荷的仿真实验，具有较好的社会经济效益。此外，本发明实施例还针对实现卫星光学载荷的数据模拟仿真方法提供了相应的实现装置及系统，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置和系统具有相应的优点。

Description

一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及航天相机仿真技术领域，特别是涉及一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法、装置及系统。

背景技术

随着航天技术的发展，卫星遥感技术的运用越来越广。遥感技术根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术，卫星遥感技术指搭载遥感传感器的平台为卫星的遥感技术。卫星遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测，实时获取大量信息，在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用，例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。

为了满足突发事件的应急观察，例如自然灾害、事故、污染等以及基层用户多样化任务的及时响应，就需要卫星载荷实现多源传感器、多分辨率、多时相的丰富遥感影像，分布式可重构的卫星集群顺应而生。这种集群结构具有自主组网、强鲁棒性、强生存能力、功能可再定义的优势。但在实际应用中，集群结构的卫星遥感网的建立为一项长期工程，需要耗费大量的人力、财力与物力，为了缩短研制周期、降低研制成本、保证系统的安全性以及稳定性，那么大量的地面模拟仿真与实验是必不可少的。

现有技术中，卫星光学载荷的模拟只是对单一载荷的建模，只能对单一载荷进行仿真模拟，对集群卫星间的姿态、轨迹以及相互位置关系几乎没有研究。而分布式可重构的卫星集群中各卫星的相互状态、载荷分辨率、成像模式不完全相同，因此需要将各种类型的遥感数据融合，生成模拟影像数据。

鉴于此，如何在分布式卫星集群结构构成的遥感网中对光学载荷进行模拟仿真是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法、装置及系统，实现了针对多源传感器、多分辨率、多工作模式光学载荷进行模拟仿真，以解决分布式卫星集群结构构成的遥感网中对光学载荷进行模拟仿真的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案：

本发明实施例一方面提供了一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法，包括：

获取各卫星光学载荷的原始图像数据；

调用模型仿真库中的模型对各所述原始图像数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型；

根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据。

可选的，在所述根据模拟仿真的结果生成模拟影像数据之后还包括：

将所述模拟影像数据进行存储。

可选的，在所述根据模拟仿真的结果生成模拟影像数据之后还包括：

将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式，并将转化格式后的模拟影像数据进行输出。

可选的，所述将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式为：

接收用户输入的设置格式的指令；

根据所述指令将所述模拟影像数据的格式转化为用户设置的格式。

可选的，所述将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式为：

获取航天相机输出数据的格式；

将所述模拟影像数据的格式转化为所述航天相机输出数据的格式。

本发明实施例另一方面提供了一种卫星光学载荷的数据模拟仿真装置，包括：

获取数据模块，用于获取各卫星光学载荷的原始图像数据；

模拟仿真模块，用于调用模型仿真库中的模型对各所述原始数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型；

生成模拟数据模块，用于根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据。

可选的，还包括：

存储模块，用于将所述模拟影像数据进行存储。

本发明实施例还提供了一种卫星光学载荷的数据模拟仿真系统，包括：

采集数据设备、模拟仿真服务器以及多个数据源模拟器；

其中，所述采集数据设备与所述模拟仿真服务器相连，用于采集各卫星光学载荷的原始数据；

所述模拟仿真服务器用于获取各卫星光学载荷的原始图像数据；调用模型仿真库中的模型对各所述原始图像数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型；根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据；

各所述数据源模拟器通过以太网与所述模拟仿真服务器相连，用于保存所述模拟影像数据；并将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式进行输出。

可选的，所述数据源模拟器包括模拟器上位机以及模拟输出板卡；

其中，所述模拟输出板卡通过PCI-E接口与所述模拟器上位机相连。

可选的，所述模拟器上位机还包括：

显示器，以提供人机交互界面用来控制模拟输出板卡的输出。

本发明实施例提供了一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法，将获取到的各卫星光学载荷的原始图像数据载入模型仿真库中，调用库中的各个模型对原始图像数据进行模拟仿真，然后根据各模型的模拟仿真结果生成卫星光学载荷的模拟影像数据。

本申请提供的技术方案的优点在于，对多种模式的原始数据，例如多源传感器、多分辨率、多工作模式的光学载荷进行模拟仿真，实现了分布式卫星集群结构构成的遥感网中各光学载荷的模拟仿真，有利于在地面上完成各类卫星光学载荷的仿真实验，具有较好的社会经济效益。

此外，本发明实施例还针对卫星光学载荷的数据模拟仿真的方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性，所述装置以及系统具有相应的优点。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一个示例性应用场景的框架示意图；

图2为本发明实施例提供的一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的卫星光学载荷的数据模拟仿真装置的一种具体实施方式的结构图；

图5为本发明实施例提供的卫星光学载荷的数据模拟仿真装置的另一种具体实施方式的结构图装置的结构图；

图6为本发明实施例提供的卫星光学载荷的数据模拟仿真系统的一种具体实施方式的结构图；

图7为本发明实施例提供的模拟输出板卡的一种具体实施方式的结构图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

本申请的发明人经过研究发现，现有的卫星光学载荷的模拟只是对单一载荷的建模，只能对单一载荷进行仿真模拟，对集群卫星间的姿态、轨迹以及相互位置关系几乎没有研究，故无法实现分布式可重构的卫星集群中各卫星数据的模拟仿真。鉴于此，本申请通过在模拟仿真服务器中建立模型库，通过库中的各个模型对不同模式的载荷数据进行仿真，从而实现多源传感器、多分辨率、多工作模式光学载荷的模拟仿真。

基于上述本发明实施例的技术方案，下面首先结合图1对本发明实施例的技术方案涉及的一些可能的应用场景进行举例介绍，图1为本发明实施例提供的一个示意性例子。

如图1所示，卫星光学载荷的数据模拟仿真系统包括模拟仿真服务器以及多个数据源模拟器，各数据源模拟器通过以太网与模拟仿真服务器相连。模拟仿真服务器将获取各卫星光学载荷的原始图像数据；并调用模型仿真库中的模型对各原始数据进行模拟仿真，根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据；各数据源模拟器用于保存模拟影像数据；并将模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式进行输出。

需要注意的是，上述应用场景仅是为了便于理解本申请的思想和原理而示出，本申请的实施方式在此方面不受任何限制。相反，本申请的实施方式可以应用于适用的任何场景。

在介绍了本发明实施例的技术方案后，下面详细的说明本申请的各种非限制性实施方式。

首先参见图2，图2为本发明实施例提供的一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法的流程示意图，本发明实施例可包括以下内容：

S201：获取各卫星光学载荷的原始图像数据。

各个卫星可为彼此间有联系的卫星群，也可为各个独立毫无关系的卫星，可以为载荷相同的卫星，也可为载荷互不相同、且工作模式不同的卫星，也可为成像模式不同的卫星，这均不影响本申请的实现。

原始图像数据可为不同格式的图像数据，也可为不同工作模式的载荷数据，也可为分辨率不同的图像数据，各个卫星的原始图像数据可为相同，也可为不同，本申请对此不做任何限定。

S202：调用模型仿真库中的模型对各所述原始图像数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型。

模型仿真库为模型仿真服务器建立的模型库，存储着用于对原始图像数据进行仿真的模型。模型仿真库中可包括相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型，当然，也可包括其他模型，本申请对此不做任何限定。

模型仿真时可采用光线追踪法，即采用一种统一的模型来模拟光源和环境入射光在物体表面产生的漫反射、镜面反射和散射、介质中产生的透射、折射以及衰减等光学现象，实现场景消隐、阴影生成、水面波动、大气效果等复杂特效的渲染。将光线追踪法引入到分布式维纳遥感网模拟系统中可更真实的模拟遥感影像。

S203：根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据。

将各个原始图像数据输入相应的模型中，经过各模型的处理后，将其生成仿真后的数据，举例来说，将原始图像数据输入卫星姿轨模型中，可模拟出各个原始图像数据对应的卫星的姿态、轨迹以及相互关系。

由上可知，本申请对多种模式的原始数据，例如多源传感器、多分辨率、多工作模式的光学载荷进行模拟仿真，实现了分布式卫星集群结构构成的遥感网中各光学载荷的模拟仿真，有利于在地面上完成各类卫星光学载荷的仿真实验，具有较好的社会经济效益。

在一种具体实施方式中，请参阅图3，基于上述实施例还可包括：

S204：将所述模拟影像数据进行存储。

将数据进行存储有利于后续在需要调用该数据，或者用于纠错，或者在模拟仿真过程中由于某些外部原因导致系统运行崩溃，之前模拟仿真的数据进行保存，在进行重启时，就可以不用对这些数据进行仿真，有利于提高系统的安全性与工作效率。

为了进一步提高用户的使用体验，提高整个系统的灵活性，基于上述实施例，请参阅图3，本申请还提供了另外一个实施例。

S205：将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式，并将转化格式后的模拟影像数据进行输出。

由于不同的用户需要的数据格式不同，为了增加该系统的适用性与普遍性，可以将生成的模拟影像数据转换为用户所需求的格式，有利于提高用户的使用体验。

可选的，对于S205在一种实施方式下，具体的可为：

S2051：接收用户输入的设置格式的指令；

S2052：根据所述指令将所述模拟影像数据的格式转化为用户设置的格式。

通过为用户提供设置界面，让用户进行选择，或自定义制定所需要格式。有利于提高系统的灵活性，提高用户的使用体验。

可选的，对于S205在另外一种实施方式下，具体的可为：

S2051：获取航天相机输出数据的格式；

S2052：将所述模拟影像数据的格式转化为所述航天相机输出数据的格式。

可直接获取当前系统中，数据输出端所连接的用于输出数据的设备，通过获取该设备所支持的数据格式，从而将模拟影像数据的格式进行转化。通过自动获取输出格式，有利于提高整体系统的工作效率。

本发明实施例还针对卫星光学载荷的数据模拟仿真方法提供了相应的实现装置，进一步使得所述方法更具有实用性。下面对本发明实施例提供的卫星光学载荷的数据模拟仿真装置进行介绍，下文描述的卫星光学载荷的数据模拟仿真装置与上文描述的卫星光学载荷的数据模拟仿真方法可相互对应参照。

参见图4，图4为本发明实施例提供的卫星光学载荷的数据模拟仿真装置在一种具体实施方式的结构图，该装置可包括：

获取数据模块401，用于获取各卫星光学载荷的原始图像数据。

模拟仿真模块402，用于调用模型仿真库中的模型对各所述原始数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型。

生成模拟数据模块403，用于根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据。

可选的，在一种具体的实施方式中，请参阅图5，所述装置还可包括：

存储模块404，用于将所述模拟影像数据进行存储。

在另一种具体的实施方式中，请参阅图5，所述装置例如还可包括：

输出模块405，用于将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式，并将转化格式后的模拟影像数据进行输出。

本发明实施例所述卫星光学载荷的数据模拟仿真装置的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

本申请提供的技术方案的优点在于，对多种模式的原始数据，例如多源传感器、多分辨率、多工作模式的光学载荷进行模拟仿真，实现了分布式卫星集群结构构成的遥感网中各光学载荷的模拟仿真，有利于在地面上完成各类卫星光学载荷的仿真实验，具有较好的社会经济效益。

本发明实施例还提供了一种卫星光学载荷的数据模拟仿真系统，参见图6，可包括：

采集数据设备601、模拟仿真服务器602以及多个数据源模拟器603；

其中，所述采集数据设备601与所述模拟仿真服务器602相连，用于采集各卫星光学载荷的原始数据；

所述模拟仿真服务器602用于获取各卫星光学载荷的原始图像数据；调用模型仿真库中的模型对各所述原始图像数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型；根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据；

各所述数据源模拟器603通过以太网与所述模拟仿真服务器602相连，用于保存所述模拟影像数据；并将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式进行输出。

可选的，在一种具体的实施方式中，数据源模拟器603包括模拟器上位机6031以及模拟输出板卡6032；

其中，模拟输出板卡6032通过PCI-E接口与模拟器上位机6031相连。

模拟板卡6032通过PCI-E接口将模拟器上位机6031中的模拟影响数据保存在存储器(例如DDR3SDRAM)中进行缓存，然后根据所模拟的卫星载荷的实际工作模式，FPGA将从存储器中读取数据转换为预设格式的数据进行输出，例如将模拟影响数据转化为CameraLink标准的数据格式进行输出。

模拟输出板卡6032的结构图可参阅图7所示，可包括FPGA板卡、电源、存储器以及各个接口，存储器可为DDR3存储器以及Flash存储器；接口为通信接口以及CL接口，CL接口用于输出Camera Link格式的数据。当然，也可为其他结构的输出板卡，本申请对此不做任何限定。

模拟上位机可用于存储模拟仿真服务器产生的卫星载荷模拟数据，并可提供人机交互界面以控制模拟输出板卡的输出。

所述模拟器上位机6031还包括：

显示器60311，以提供人机交互界面用来控制模拟输出板卡的输出。

人机交互界面可向提供原始图像数据读取路径，以及加载模型后生成的模拟影像指定存储路径，可提供原始图像数据以及生成模拟影响数据的相关参数，例如亮度、色彩、分辨率等等。当然，还可显示其他设置界面，这均不影响本申请的实现。

本发明实施例所述卫星光学载荷的数据模拟仿真系统的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

本申请提供的技术方案的优点在于，对多种模式的原始数据，例如多源传感器、多分辨率、多工作模式的光学载荷进行模拟仿真，实现了分布式卫星集群结构构成的遥感网中各光学载荷的模拟仿真，有利于在地面上完成各类卫星光学载荷的仿真实验，具有较好的社会经济效益。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法、装置及系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种卫星光学载荷的数据模拟仿真方法，其特征在于，包括：

获取各卫星光学载荷的原始图像数据；

调用模型仿真库中的模型对各所述原始图像数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型；

根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据之后还包括：

将所述模拟影像数据进行存储。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据之后还包括：

将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式，并将转化格式后的模拟影像数据进行输出。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式为：

接收用户输入的设置格式的指令；

根据所述指令将所述模拟影像数据的格式转化为用户设置的格式。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式为：

获取航天相机输出数据的格式；

将所述模拟影像数据的格式转化为所述航天相机输出数据的格式。

6.一种卫星光学载荷的数据模拟仿真装置，其特征在于，包括：

获取数据模块，用于获取各卫星光学载荷的原始图像数据；

模拟仿真模块，用于调用模型仿真库中的模型对各所述原始数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型；

生成模拟数据模块，用于根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

存储模块，用于将所述模拟影像数据进行存储。

8.一种卫星光学载荷的数据模拟仿真系统，其特征在于，包括：

采集数据设备、模拟仿真服务器以及多个数据源模拟器；

其中，所述采集数据设备与所述模拟仿真服务器相连，用于采集各卫星光学载荷的原始数据；

所述模拟仿真服务器用于获取各卫星光学载荷的原始图像数据；调用模型仿真库中的模型对各所述原始图像数据进行模拟仿真，所述模型为相机光学系统模型、相机辐射相应模型、大气影响模型或卫星姿轨模型；根据各模型的模拟仿真结果生成所述卫星光学载荷的模拟影像数据；

各所述数据源模拟器通过以太网与所述模拟仿真服务器相连，用于保存所述模拟影像数据；并将所述模拟影像数据的格式转化为预设的输出格式进行输出。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数据源模拟器包括模拟器上位机以及模拟输出板卡；

其中，所述模拟输出板卡通过PCI-E接口与所述模拟器上位机相连。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述模拟器上位机还包括：

显示器，以提供人机交互界面用来控制模拟输出板卡的输出。