CN116760456A - 用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统，包括：当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息进行火点提取处理。
Description
技术领域
本发明涉及卫星技术领域，具体地，涉及用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统。
背景技术
随着遥感技术的发展，卫星遥感已广泛应用于各个行业。卫星遥感技术运用于山火监测，能够为山火防范决策、防灾减灾应急响应提供及时准确的火情监测信息服务。
输电线路是电网运行的命脉，山火及其次生灾害是威胁电网运行的重要外部环境因素之一。卫星遥感监测范围较广，采用可见光、红外等手段，能够做到早发现，早扑救，动态跟踪的目的，同时也能为灾后受损评估提供依据。已有的卫星遥感火点监测系统通常采用国外的AVHRR、MODIS、Himawari-8，国内的风云系列等卫星，存在以下问题：空间分辨率往往低于1km，定位精度和过火面积误差较大，不能满足10米量级的小面积山火早期发现的要求；地面接收数据的时效性差，高轨卫星如中国风云四号静止气象卫星、日本Himawari-8静止气象卫星，数据下载时间相对观测时间滞后30分钟，国内低轨风云三号气象卫星，数据下载时间相对观测时间滞后6小时，国外低轨遥感卫星数据下载时间相对观测时间滞后长达6~24小时，均不能满足实时观测处理的需求。因此，在实际运行中，存在时间分辨率低、不能多时次比对分析等不足，导致无法及早发现森林火灾，且难以对火灾态势进行持续跟踪，无法实现对火灾发展的动态展示。目前需要以大范围成像覆盖较大的地表区域，利用高分辨率观测发现燃烧早期的小面积山火，但这将产生较高的数据量。因此，迫切需要一种大范围对地遥感监测的高分辨率遥感数据实时下传地面的卫星数据传输方法，将成像时刻到地面收到数据的滞后时间控制在秒级。
专利文献CN114120563A（申请号202111399897.6）公开了一种基于多源卫星遥感技术的林火监测系统及方法；专利文献CN111090715A（申请号201911359878.3）公开了一种卫星遥感火点监测系统；专利文献CN110517440A（申请号201910785683.9）公开了一种基于卫星遥感系统的智能监控预警系统及方法。这几个发明都是通过实时接收静止卫星和极轨卫星的遥感测数据生成卫星处理数据，通过地面处理提取信息，并进行可视化展示，生成火情监测图像，对森林火灾的发展态势进行连续跟踪，获取火情发展的动态变化数据并动态展示。但这几个发明的数据源采用的是现有的静止卫星和极轨卫星，如前所述，该方法接收此类卫星数据的时延在30分钟~数小时不等，并没有解决数据秒级传输的问题。
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专利文献CN213213467U（申请号202022443831.X）公开了一种基于多模卫星通讯系统的深海潜标实时数据传输系统。该发明可利用天通一号卫星、北斗卫星或铱星三个卫星系统，通过同串口通讯把潜标测试数据发送到通讯终端，然后利用3种卫星通讯系统传回地面。该发明可以解决卫星地球站通讯无法覆盖区域的数据采集问题，但该发明所传输的数据内容是深海潜标的低速率数据。而本发明传输的对象是卫星遥感采集的高速率数据通过星上处理后得到的山火监测预处理结果，包含的信息量远大于深海潜标数据。本发明通过星上处理将高速的原始数据转变为低速的结果数据，与该发明的技术特征有明显区别。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统。
根据本发明提供的一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，包括：
当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息进行火点提取处理。
优选地，在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站，卫星地球站的位置采用：
步骤S1：定义卫星轨道高度为h，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为，地球平均半径为R；
步骤S2：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：
步骤S3：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c
步骤S4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证距离区域边界最远距离不超过r。
优选地，所述高增益二维扫描点波束天线包括：带有二维驱动机构的反射面天线或相控阵天线。
优选地，所述卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，并通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站；
卫星高增益二维扫描点波束天线的二维指向角采用：
步骤S5：定义卫星地球站在WGS84坐标系下的位置分量为S；
步骤S6：从星载GNSS获取当前时刻T和卫星在WGS84坐标系下的位置分量P，从卫星的星敏感器获取J2000惯性坐标系转到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵Cbi；
步骤S7：计算当前T时刻WGS84坐标系转到J2000惯性坐标的坐标转换矩阵Cie；
步骤S8：计算卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V：
步骤S9：将卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V转换为单位矢量，再根据天线安装方位和二维角度的定义，求出实时二维角度。
优选地，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息包括：火点位置和着火面积。
优选地，对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，每颗卫星的载荷对地成像的同时，由其星载计算机调度数据，将载荷数据包编码组帧后通过卫星上的激光通信终端发送到相邻的其他卫星，经星间通信逐步传递到过站卫星，由当前过站卫星上的高增益二维扫描点波束天线指向卫星地球站下传数据，地面接收宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
所述过站卫星是指天线覆盖区域内有可用卫星地球站的卫星。
根据本发明提供的一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输系统，包括：
当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息进行火点提取处理。
优选地，在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站，卫星地球站的位置采用：
模块M1：定义卫星轨道高度为h，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为，地球平均半径为R；
模块M2：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：
模块M3：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c
模块M4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证距离区域边界最远距离不超过r。
优选地，所述卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，并通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站；
卫星高增益二维扫描点波束天线的二维指向角采用：
模块M5：定义卫星地球站在WGS84坐标系下的位置分量为S；
模块M6：从星载GNSS获取当前时刻T和卫星在WGS84坐标系下的位置分量P，从卫星的星敏感器获取J2000惯性坐标系转到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵Cbi；
模块M7：计算当前T时刻WGS84坐标系转到J2000惯性坐标的坐标转换矩阵Cie；
模块M8：计算卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V：
模块M9：将卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V转换为单位矢量，再根据天线安装方位和二维角度的定义，求出实时二维角度。
优选地，对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，每颗卫星的载荷对地成像的同时，由其星载计算机调度数据，将载荷数据包编码组帧后通过卫星上的激光通信终端发送到相邻的其他卫星，经星间通信逐步传递到过站卫星，由当前过站卫星上的高增益二维扫描点波束天线指向卫星地球站下传数据，地面接收宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
所述过站卫星是指天线覆盖区域内有可用卫星地球站的卫星。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明针对卫星山火监测数据传输量大、时效性高的需求，提出了将卫星在全球采集的宽幅高分辨率遥感数据和山火初判结果实时下传地面的方法，成像到数据下传地面的滞后时间缩短至秒级；
2、我国山火频发，借助风力蔓延迅速，现有技术对山火监测的时效性仅能达到半小时，而本发明将时效性提高到秒级，便于快速判断出火场的状态和范围，从而实现对火场的客观、准确评估，为灭火提供科学的决策支持；
3、现有技术为了实现宽幅高分辨率遥感数据传输，往往需要采用卫星姿态机动等操作，增大了卫星技术难度和操作风险；而本发明使用高增益二维扫描点波束天线，一边成像一边传输，提高了卫星工作效率；
4、现有技术均是针对某种特定工况的技术方案，而本发明充分考虑了针对山火高发的重点观测区域、境外或卫星天线覆盖区域内无可用卫星地球站的非重点区域，以及多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，能够在所有任务条件下解决大量数据高速实时传输的问题；
5、利用本发明能够有效提高山火监测数据传输时效性，展现出了良好的应用前景，在遥感山火监测领域具有较高的应用价值。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是卫星经过山火高发重点观测区域的数据实时传输工作原理示意图。
图2是卫星位于境外或非重点区域的数据实时传输工作原理示意图
图3是多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的数据实时传输工作原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统。
根据本发明提供的一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，如图1至3所示，包括：针对小面积山火监测需求，将卫星在全球采集的宽幅高分辨率遥感数据和山火初判结果实时下传地面，成像到数据下传地面的滞后时间缩短至秒级。能够为山火防范决策、防灾减灾应急响应提供及时准确的火情监测信息服务。
所述的小面积山火的面积一般不超过1000平方米。
具体地，当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端以短文形式下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息后，由高性能计算机进行火点提取处理；其中，所述遥感山火预处理信息包括：火点位置和着火面积等。
本实施例中，地面的卫星地球站可以与卫星上的卫星高增益二维扫描点波束天线进行高速通信，接收载荷成像原始数据；如果没有卫星地球站接收，通过北斗只能传输预处理后的遥感山火预处理信息。如果星上数据预处理装置的硬件性能、软件算法、运行可靠性等指标能够达到与地面计算机一样，那么所有情况都可以通过北斗短报文传输数据。否则，对于地面的数据处理系统而言，通过卫星地球站接收原始数据可以利用地面高性能计算机做更复杂的处理流程得到更高精度的火点信息。
具体地，在山火高发的重点观测区域内建设或租用卫星地球站。卫星地球站的位置选取需要考虑卫星天线参数和重点观测区域范围，计算步骤如下：
步骤S1：定义卫星轨道高度为h，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为a，地球平均半径为R；
步骤S2：计算该天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：
步骤S3：计算该天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c
步骤S4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证距离区域边界最远距离不超过r。
卫星上装有高增益二维扫描点波束天线、载荷数据预处理装置和北斗数传终端；对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，卫星上装有激光通信终端。
具体地，所述高增益二维扫描点波束天线可以是带有二维驱动机构的反射面天线，也可以是相控阵天线。
当卫星经过山火高发的重点观测区域时，载荷对地成像；同时，由星载计算机调度数据，将载荷数据包组帧、加扰、编码处理后通过射频通道下传地面。卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，地面接收载荷成像原始数据后，由高性能计算机进行火点提取处理。
为了保证星上数据流的时效性，所述星载计算机，运行在其内部的软件工作周期不超过200ms。
具体地，所述的卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，天线的二维指向角实时计算步骤如下：
步骤S5：定义卫星地球站在WGS84坐标系下的位置分量为S；
步骤S6：从星载GNSS获取当前时刻T和卫星在WGS84坐标系下的位置分量P，从卫星的星敏感器获取J2000惯性坐标系转到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵Cbi；
步骤S7：计算当前T时刻WGS84坐标系转到J2000惯性坐标的坐标转换矩阵Cie；
步骤S8：计算卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V：
步骤S9：将卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V转换为单位矢量，再根据天线安装方位和二维角度的定义，求出实时二维角度。
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内无可用卫星地球站的非重点区域时，载荷成像数据经星上数据预处理装置进行预处理，提取出的遥感山火预处理信息经北斗数传终端以短报文形式发送传回地面。地面接收遥感山火预处理信息后，由高性能计算机进行进一步数据处理和山火反演。
所述的遥感山火预处理信息，包括火点位置和着火面积等。
对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，每颗卫星的载荷对地成像的同时，由其星载计算机调度数据，将载荷数据包编码组帧后通过激光通信终端发送到相邻的其他卫星，经星间通信逐步传递到过站卫星，由该卫星上的高增益二维扫描点波束天线指向卫星地球站下传数据，地面接收载荷成像原始数据后，由高性能计算机进行数据处理和山火反演。
卫星组网工作以后，只需要在境内有限个地点设置卫星地球站，当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内无可用卫星地球站的情况，可以利用星间激光通信传回到能连接卫星地球站的卫星，再将原始数据下传地面数据处理系统。
根据本发明提供的一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输系统，如图1至3所示，包括：针对小面积山火监测需求，将卫星在全球采集的宽幅高分辨率遥感数据和山火初判结果实时下传地面，成像到数据下传地面的滞后时间缩短至秒级。能够为山火防范决策、防灾减灾应急响应提供及时准确的火情监测信息服务。
所述的小面积山火的面积一般不超过1000平方米。
具体地，当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端以短文形式下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息后，由高性能计算机进行火点提取处理；其中，所述遥感山火预处理信息包括：火点位置和着火面积等。
本实施例中，地面的卫星地球站可以与卫星上的卫星高增益二维扫描点波束天线进行高速通信，接收载荷成像原始数据；如果没有卫星地球站接收，通过北斗只能传输预处理后的遥感山火预处理信息。如果星上数据预处理装置的硬件性能、软件算法、运行可靠性等指标能够达到与地面计算机一样，那么所有情况都可以通过北斗短报文传输数据。否则，对于地面的数据处理系统而言，通过卫星地球站接收原始数据可以利用地面高性能计算机做更复杂的处理流程得到更高精度的火点信息。
具体地，在山火高发的重点观测区域内建设或租用卫星地球站。卫星地球站的位置选取需要考虑卫星天线参数和重点观测区域范围，计算步骤如下：
模块M1：定义卫星轨道高度为h，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为a，地球平均半径为R；
模块M2：计算该天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：
模块M3：计算该天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c
模块M4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证距离区域边界最远距离不超过r。
卫星上装有高增益二维扫描点波束天线、载荷数据预处理装置和北斗数传终端；对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，卫星上装有激光通信终端。
具体地，所述高增益二维扫描点波束天线可以是带有二维驱动机构的反射面天线，也可以是相控阵天线。
当卫星经过山火高发的重点观测区域时，载荷对地成像；同时，由星载计算机调度数据，将载荷数据包组帧、加扰、编码处理后通过射频通道下传地面。卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，地面接收载荷成像原始数据后，由高性能计算机进行火点提取处理。
为了保证星上数据流的时效性，所述星载计算机，运行在其内部的软件工作周期不超过200ms。
具体地，所述的卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，天线的二维指向角实时计算步骤如下：
模块M5：定义卫星地球站在WGS84坐标系下的位置分量为S；
模块M6：从星载GNSS获取当前时刻T和卫星在WGS84坐标系下的位置分量P，从卫星的星敏感器获取J2000惯性坐标系转到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵Cbi；
模块M7：计算当前T时刻WGS84坐标系转到J2000惯性坐标的坐标转换矩阵Cie；
模块M8：计算卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V：
模块M9：将卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V转换为单位矢量，再根据天线安装方位和二维角度的定义，求出实时二维角度。
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内无可用卫星地球站的非重点区域时，载荷成像数据经星上数据预处理装置进行预处理，提取出的遥感山火预处理信息经北斗数传终端以短报文形式发送传回地面。地面接收遥感山火预处理信息后，由高性能计算机进行进一步数据处理和山火反演。
所述的遥感山火预处理信息，包括火点位置和着火面积等。
对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，每颗卫星的载荷对地成像的同时，由其星载计算机调度数据，将载荷数据包编码组帧后通过激光通信终端发送到相邻的其他卫星，经星间通信逐步传递到过站卫星，由该卫星上的高增益二维扫描点波束天线指向卫星地球站下传数据，地面接收载荷成像原始数据后，由高性能计算机进行数据处理和山火反演。
卫星组网工作以后，只需要在境内有限个地点设置卫星地球站，当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内无可用卫星地球站的情况，可以利用星间激光通信传回到能连接卫星地球站的卫星，再将原始数据下传地面数据处理系统。
本发明逻辑清晰，特征明显，实用性强。在几种典型的应用场景下，都能将全球的山火监测数据实时传回地面处理，增加了灾害预警的时效性。本发明展现出了良好的应用前景，在卫星遥感山火监测领域具有较高的应用价值。
实施例2
实施例2是实施例1的优选例
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法。
根据本发明提供的一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，包括：
针对小面积山火监测需求，将卫星在全球采集的宽幅高分辨率遥感数据和山火初判结果实时下传地面，成像到数据下传地面的滞后时间缩短至秒级。
所述的小面积山火的面积一般不超过1000平方米。
在山火高发的重点观测区域内建设或租用卫星地球站。卫星地球站的位置选取需要考虑卫星天线参数和重点观测区域范围，计算步骤如下：
步骤1：定义卫星轨道高度为h=500km，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为a=60°，地球平均半径为R=6370km；
步骤2：计算该天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：
步骤3：计算该天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c=1008km
步骤4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证距离区域边界最远距离不超过1008km。
卫星上装有高增益二维扫描点波束天线，所述的高增益二维扫描点波束天线可以是带有二维驱动机构的反射面天线，也可以是相控阵天线。
当卫星经过山火高发的重点观测区域时，载荷对地成像；同时，由星载计算机调度数据，将载荷数据包组帧、加扰、编码处理后通过射频通道下传地面。
卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，地面接收载荷成像原始数据后，由高性能计算机进行数据处理和山火反演。
该模式工作流程为：星上载荷数据组包后送数传组帧、加扰、编码处理后，通过射频通道实时向地面接收站发送数据。该过程中，载荷数据组包约100ms，数传组织、加扰、编码处理及射频通道下传约120ms，卫星高度按照500km，去5°仰角，传输距离约2200km，传输时间延迟约8ms，地面接收后光纤网络传输约10ms，因此实时传输时间总延迟约238ms。
实施例3
实施例3是实施例1的优选例
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内无可用卫星地球站的非重点区域时，载荷成像数据经星上数据预处理装置进行预处理，提取出的遥感山火预处理信息经北斗数传终端以短报文形式发送传回地面。地面接收遥感山火预处理信息后，由高性能计算机进行进一步数据处理和山火反演。
所述的遥感山火预处理信息，包括火点位置和着火面积等。
该模式工作流程为：星上载荷数据组包后送北斗终端，经处理后通过射频通道转发至高轨北斗卫星，星上完成接收、处理后送射频通道下传地面。该过程中，载荷数据组包约100ms，北斗终端接收、转发约100ms，以卫星高度500km为例，转发至高轨北斗卫星（轨道高度36000km），传输时间延迟约115ms，北斗卫星接收、处理、转发约100ms，由北斗卫星下传地面传输时间延迟约120ms，地面接收后光纤网络传输约10ms，因此实时传输时间总延迟约545ms。
实施例4
实施例4是实施例1的优选例
对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，每颗卫星的载荷对地成像的同时，由其星载计算机调度数据，将载荷数据包编码组帧后通过激光通信终端发送到相邻的其他卫星，经星间通信逐步传递到过站卫星，由该卫星上的高增益二维扫描点波束天线指向卫星地球站下传数据，地面接收载荷成像原始数据后，由高性能计算机进行数据处理和山火反演。
该模式工作流程为：星上载荷数据组包后送星间链路终端，经处理后转发至另一颗卫星，该卫星完成接收、处理后送射频通道下传地面。该过程中，载荷数据组包约100ms，星间链路终端接收、处理、转发约100ms，以卫星高度500km为例，转发至另一颗卫星，传输距离约为1700km（根据星座构型不同传输距离不同），传输时间延迟约6ms，另一颗卫星接收、处理、转发约100ms，下传地面传输时间延迟约8ms，地面接收后光纤网络传输约10ms，因此实时传输时间总延迟约324ms。
上述实施例2至实施例4证明，在各种工作情况下，按照本发明所提出的方法，山火监测卫星的数据传输时延均不操超过1秒。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，包括：
当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息进行火点提取处理。
2.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站，卫星地球站的位置采用：
步骤S1：定义卫星轨道高度为h，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为，地球平均半径为R；
步骤S2：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：
步骤S3：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c
步骤S4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证距离区域边界最远距离不超过r。
3.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，所述高增益二维扫描点波束天线包括：带有二维驱动机构的反射面天线或相控阵天线。
4.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，所述卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，并通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站；
卫星高增益二维扫描点波束天线的二维指向角采用：
步骤S5：定义卫星地球站在WGS84坐标系下的位置分量为S；
步骤S6：从星载GNSS获取当前时刻T和卫星在WGS84坐标系下的位置分量P，从卫星的星敏感器获取J2000惯性坐标系转到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵Cbi；
步骤S7：计算当前T时刻WGS84坐标系转到J2000惯性坐标的坐标转换矩阵Cie；
步骤S8：计算卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V：
步骤S9：将卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V转换为单位矢量，再根据天线安装方位和二维角度的定义，求出实时二维角度。
5.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息包括：火点位置和着火面积。
6.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，每颗卫星的载荷对地成像的同时，由其星载计算机调度数据，将载荷数据包编码组帧后通过卫星上的激光通信终端发送到相邻的其他卫星，经星间通信逐步传递到过站卫星，由当前过站卫星上的高增益二维扫描点波束天线指向卫星地球站下传数据，地面接收宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
所述过站卫星是指天线覆盖区域内有可用卫星地球站的卫星。
7.一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输系统，其特征在于，包括：
当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息进行火点提取处理。
8.根据权利要求7所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输系统，其特征在于，在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站，卫星地球站的位置采用：
模块M1：定义卫星轨道高度为h，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为，地球平均半径为R；
模块M2：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：
模块M3：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c
模块M4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证距离区域边界最远距离不超过r。
9.根据权利要求7所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输系统，其特征在于，所述卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，并通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站；
卫星高增益二维扫描点波束天线的二维指向角采用：
模块M5：定义卫星地球站在WGS84坐标系下的位置分量为S；
模块M6：从星载GNSS获取当前时刻T和卫星在WGS84坐标系下的位置分量P，从卫星的星敏感器获取J2000惯性坐标系转到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵Cbi；
模块M7：计算当前T时刻WGS84坐标系转到J2000惯性坐标的坐标转换矩阵Cie；
模块M8：计算卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V：
模块M9：将卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V转换为单位矢量，再根据天线安装方位和二维角度的定义，求出实时二维角度。
10.根据权利要求7所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输系统，其特征在于，对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，每颗卫星的载荷对地成像的同时，由其星载计算机调度数据，将载荷数据包编码组帧后通过卫星上的激光通信终端发送到相邻的其他卫星，经星间通信逐步传递到过站卫星，由当前过站卫星上的高增益二维扫描点波束天线指向卫星地球站下传数据，地面接收宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；
所述过站卫星是指天线覆盖区域内有可用卫星地球站的卫星。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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