CN109150282A - 适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，该地面运控网络系统包括卫星运控节点、任务调度节点、图像处理节点、产品分发节点和虚拟卫星节点。本发明由于重新根据工作特点配置了星地任务分工，可在大幅拓展系统效能和时效性的同时有效提升研制生产效率并降低成本。能够用于建设一种全球多点实时视频监视和高价值动目标跟踪的低成本卫星网络系统。可实现对敏感区域实现持续的监视、将高分辨率视频实时下传地面，跟踪动态目标移动路径，以及实时灾害评估等；可实时获取商业情报信息、获取小区域精准天气预报，进行灾害评估，应急救援、探险辅助等。

Description

适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统
技术领域
本发明涉及对地遥感成像系统，尤其涉及一种用于天基全球实时监视功能的网络系统，具体地说是一种适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统。
背景技术
近年来，随着卫星技术的进步和遥感应用需求的增加，未来高分遥感应用将与导航定位、移动互联网、物联网、智慧城市以及信息化战争深入融合，促使航天应用发挥更广泛的效能。未来高分辨率遥感卫星数据应用不仅需要高的分辨率，还要求是更及时、更高频次、更加有效的信息获取。为克服低轨高分辨率光学侦查卫星幅宽窄、目标重访周期较长等问题，目前的商业卫星市场上需要一种能够满足全球多点实时视频监视，具备高价值动目标跟踪的低成本卫星系统。现有类似解决方案包括：低轨小卫星网络系统、低轨高分辨率卫星、高轨高分辨率卫星、低轨快速响应卫星、无人机等。2016年6月15日，行星实验室搭载印度PSLV运载火箭发射了88颗Dove(鸽子)卫星。这些卫星大致均布在同一个太阳同步轨道面上，形成一个庞大的地球扫描仪。行星实验室计划布置共150颗卫星，在475公里高度形成对地球全覆盖的卫星网络，从而实现每天对扫描一次地球[1]。美国Terra Bella提出“小卫星、大数据”概念，计划发射24颗微卫星Skysat，可进行视频成像，重访时间6～8小时。采取和劳拉空间系统公司合作研制的方式，由劳拉生产高分辨率的卫星。劳拉也因此建立了自己的小卫星产品线，可以向其他企业提供定制卫星服务[1]。中国四维商业遥感卫星公司将在2022年前后建成“16+4+4+X”商业遥感卫星，该系统包括16颗0.5米分辨率高分光学卫星、4颗高端光学卫星、4颗合成孔径雷达卫星和若干颗高光谱、视频小卫星组合的遥感卫星星座。16颗0.5米分辨率高分光学卫星中的首批4颗将在2017年中前完成建设并投入市场[2][3]。未来欧美静止轨道高分辨率光学成像系统可实现1～3米分辨率的区域持续监视。主要的技术途径包括大口径单体反射成像、空间分块可展开、光学合成孔径、薄膜衍射成像等技术[4]。可见现有的低轨卫星系统均不具备实时视频观测能力。而静止轨道高分辨率卫星技术不成熟，造价高昂，而且只能实现单点探测。
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发明内容
针对现有商业卫星市场上对全球多点实时视频定制观测的低成本卫星系统的需求，本发明提出一种适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，由于重新根据工作特点配置了星地任务分工，可在大幅拓展系统效能和时效性的同时有效提升研制生产效率并降低成本，可用于对全球中低纬度多个地区进行无间断连续视频监视。
本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，该地面运控网络系统用于承担卫星控制计算和产品处理分发任务，包括对在轨的小卫星进行全网在线实时远程测量和控制，接收和处理遥感数据，并通过互联网实时分发到用户；该地面运控网络系统包括：
卫星运控节点，用于实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估；根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务；进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构；
任务调度节点，用于根据用户的观测需求和网络工作状态，在短时间内规划成像任务，对接力成像和数据传输路径进行规划寻优，并生成相应卫星参数的目标曲线；
图像处理节点，用于实时分析各成像节点传回的遥感数据，完成目标特性分析，图像畸变校正、图像定位配准、移动目标跟踪路径计算，并根据遥感图像实时计算成像节点卫星当前精确姿态等处理任务；
产品分发节点，用于根据图像处理结果生成产品，即刻通过互联网分发至用户，将信息获取的时间延迟降低至秒级；
虚拟卫星节点，用于仿真模拟全网卫星在轨运行情况，与其他地面运控网络系统的节点对接，对小卫星网络的工作状态进行实时或超实时仿真模拟，用于状态监视、故障分析和控制方案验证。
进一步地，所述地面运控网络系统通过星间链路接收各卫星节点采集的相机、姿态、轨道、温度、能源、振动等工程参数信息，并通过星间链路向各卫星节点发送控制指令，以驱动相机、姿态控制、加热器等对应的机构执行动作。
本发明由于重新根据工作特点配置了星地任务分工，可在大幅拓展系统效能和时效性的同时有效提升研制生产效率并降低成本。
本发明能够用于建设一种全球多点实时视频监视和高价值动目标跟踪的低成本卫星网络系统。
本发明可实现对敏感区域实现持续的监视、将高分辨率视频实时下传地面，跟踪动态目标移动路径，以及实时灾害评估等；可实时获取商业情报信息、获取小区域精准天气预报，进行灾害评估，应急救援、探险辅助等。
附图说明
图1是本发明实施例适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统组成和工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统作进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例提供了适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，该地面运控网络系统是天基全球实时连续监视网络的计算处理核心，负责对在轨的小卫星进行全网在线实时远程测量和控制，接收和处理遥感数据，通过互联网实时分发到用户；包括卫星运控节点，用于实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估；根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务；进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构；
任务调度节点，用于根据用户的观测需求和网络工作状态，在短时间内规划成像任务，对接力成像和数据传输路径进行规划寻优，并生成相应卫星参数的目标曲线；
图像处理节点，用于实时分析各成像节点传回的遥感数据，完成目标特性分析，图像畸变校正、图像定位配准、移动目标跟踪路径计算，并根据遥感图像实时计算成像节点卫星当前精确姿态等处理任务；
产品分发节点，用于根据图像处理结果生成产品，即刻通过互联网分发至用户，将信息获取的时间延迟降低至秒级；
虚拟卫星节点，用于仿真模拟全网卫星在轨运行情况，与其他地面运控网络系统的节点对接，对小卫星网络的工作状态进行实时或超实时仿真模拟，用于状态监视、故障分析和控制方案验证。
如图1所示，星地采用星间链路的方式进行全网在线数据交互：卫星节点将相机、姿态、轨道、温度、能源、振动等工程参数信息通过星间链路传输至地面站测控范围内的卫星节点，再下传至地面运控网络系统；地面运控网络系统的卫星运控节点实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估。根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务。进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构。
当用户发起观测任务时，地面运控网络系统中的任务调度节点根据用户的观测需求和网络工作状态，对执行遥感观测任务的卫星节点进行任务分配调度，对传输遥感数据的星间链路进行规划寻优，通过卫星运控节点和地面站向测控范围内的卫星节点发送成像工作指令。
待机节点卫星接收到成像工作指令后准备执行成像任务。遥感数据通过星间链路下传至地面。地面站接收成像数据后，由图像处理节点实时分析各成像节点传回的遥感数据，完成目标特性分析，图像畸变校正、图像定位配准、移动目标跟踪路径计算，并根据遥感图像实时计算成像节点卫星当前精确姿态等处理任务。产品分发节点根据图像处理结果生成产品，即刻通过互联网分发至用户，将信息获取的时间延迟降低至秒级。
当系统出现故障，需要更新网络系统算法或架构时，可将指令发送至实时仿真节点，对卫星网络的工作状态进行实时或超实时仿真模拟，用于状态监视、故障分析和控制方案验证。
以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，其特征在于，该地面运控网络系统用于承担卫星控制计算和产品处理分发任务，包括对在轨的小卫星进行全网在线实时远程测量和控制，接收和处理遥感数据，并通过互联网实时分发到用户；该地面运控网络系统包括：
卫星运控节点，用于实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估；根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务；进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构；
任务调度节点，用于根据用户的观测需求和网络工作状态，在短时间内规划成像任务，对接力成像和数据传输路径进行规划寻优，并生成相应卫星参数的目标曲线；
图像处理节点，用于实时分析各成像节点传回的遥感数据，完成目标特性分析，图像畸变校正、图像定位配准、移动目标跟踪路径计算，并根据遥感图像实时计算成像节点卫星当前精确姿态；
产品分发节点，用于根据图像处理结果生成产品，即刻通过互联网分发至用户，将信息获取的时间延迟降低至秒级；
虚拟卫星节点，用于仿真模拟全网卫星在轨运行情况，与其他地面运控网络系统的节点对接，对小卫星网络的工作状态进行实时或超实时仿真模拟，用于状态监视、故障分析和控制方案验证。
2.如权利要求1所述的适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，其特征在于，所述地面运控网络系统通过星间链路接收各卫星节点采集工程参数信息，并通过星间链路向各卫星节点发送控制指令，以驱动对应的机构执行动作。
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