地球观测卫星系统性能指标及其仿真应用研究

地球观测卫星系统面临着不同强度的任务压力负荷,在评价其系统能力时,仅依靠卫星系统的静态技术指标是不够充分的.针对地球观测卫星系统应用能力的评价及卫星系统顶层设计优化问题.建立了卫星系统的动态能力评价指标体系,并给出了各指标的定义及计算方法.通过对卫星仿真任务调度系统的多次仿真实验,结果表明各性能指标在优化卫星系统顶层设计方案,比如确定卫星系统的卫星数量等方面能够起到重要作用.该指标体系的建立对我国卫星系统的长远建设也有一定的理论和实际意义.     

对地观测卫星资源优先级设计分析

研究卫星调度问题,设置对地观测卫星资源的优先级是对地观测卫星调度首要考虑的因素.为了建立航天资源服务等级体系,首先在对观测卫星资源应用需求进行分析的基础上,研究了影响资源优先级设置的9个基本原则,并完成各原则的定量化描述;然后通过建立改进TOPSIS模型得到了卫星资源优先级的设计方法.可结合实例给出优先级的计算过程,经仿真计算,验证了设置过程和结果的可行性,为进一步研究对地观测卫星调度算法提供参考.     

卫星观测任务数据的XML描述

将XML技术用于描述卫星观测任务数据库,特别是用XML模式描述了任务的数据结构和数据内容,同时强调了数据语义的体现。目的是实现卫星观测数据的标准化,方便未来跨领域、跨平台卫星观测任务的统筹规划和执行。     

编队星载GNSS观测数据的建模与仿真

编队星载GNSS观测数据的建模仿真是编队卫星研发任务中的关键问题之一.结合编队卫星构形设计方法、导航卫星可见性分析、几何距离生成以及观测误差的特性分析,建立了观测数据仿真模型.基于SIX的三维图形显示、精确的卫星轨道模型和数据报告等功能,以及Matlab便于数据操作和算法开发的特点,搭建了观测数据仿真平台,获取了编队星载GNSS接收机的观测数据.给出了仿真设计框架与具体流程,并通过仿真实例给出了观测数据仿真结果及其可信性验证.     

我国对地观测卫星应用成就与展望

本文回顾了我国对地观测卫星在地面数据处理系统建设及卫星数据应用方面取得的成就,并对我国未来对地观测卫星及地面系统发展进行了展望,包括建设国家陆地观测卫星数据中心、建设国家高分辨率对地观测数据中心以及实现我国对地观测连续化、卫星运行业务化、数据获取方式多样化等。     

我国陆地观测卫星现状及发展战略思考

本文回顾总结了我国陆地观测卫星载荷体系、地面系统建设及数据应用等方面的发展现状和成就,分析了当前所面临的挑战和任务,以此为基础,对我国陆地观测卫星的未来发展进行了战略思考和展望,提出了加强国家顶层规划、加强地面系统统筹建设、实现系列化业务化运营、加强国际合作、推进产业化发展等建议.     

FY-2自旋稳定气象卫星动态月球观测与图像配准

为满足基于月球辐射校正的内黑体绝对辐射定标对月球观测数据的需求,设计了FY-2卫星的动态月球观测模式,在新的工作模式下观测到了高质量的月球图像.为获取高质量的月球图像,根据FY-2卫星自旋稳定平台的特点,以及灵活的观域调整和区域扫描功能,重新设计了卫星工作时序,并更改了卫星地面控制系统软件,在卫星常规20° ×20°视场外,拓展出了10°×20°的月球观测区域,实现了月球的动态追踪观测,实践证明,观测模型精度优于30 s;根据月球图像特点,设计了伪目标剔除算法,通过对目标位置、形态特性等条件自动判断实现了从卫星云图中自动、准确提取出月球图像的功能;根据月球在卫星视场里的动目标特性,以FY-2卫星自旋扫描成像的工作原理和具体的性能参数,计算得到了动目标的相对角速度,据此发展了动目标配准算法、消除了月球运动造成的变形和位移,实现了月球图像配准.工作获得了常规观测3倍数量的月球图像,有力地保障了FY-2卫星辐射定标性能,促进了遥感数据定量化应用.     

基于Web的资源卫星覆盖查询设计与仿真

卫星覆盖是卫星应用中最主要的环节之一,它将决定卫星的最终服务范围.根据卫星和地球间的关系可以将卫星分为两类:静止星和动态星;静止星的覆盖范围理论上足个常量,动态星的覆盖范围随着时间而动态地改变.为了方便用户实时查询过境的动态卫星,提到一种基于网络的卫星覆盖查询系统.根据卫星类别分别提出了两种传感器覆盖模型,并简单描述了网络访问的实现方式,从而实现了对卫星覆盖的动态仿真.为了验证仿真结果的有效性,将其结果和卫星软件STK覆盖模块仿真结果进行了比较,整体得到了较好的仿真效果.     

对地观测卫星运行视景系统设计与实现

视景仿真系统作为虚拟现实的重要表现形式和系统仿真的重要手段,已被广泛应用于各行各业.本文利用面向对象思想,采用MVC设计模式,基于软件平台MuhiGen Creator和Vega开发出对地观测卫星运行的视景仿真系统.本文对该系统的设计和实现进行了详细的描述,论述了系统设计目标和主要功能、系统开发流程以及视景仿真驱动的具体实现.仿真结果表明,该系统能够逼真的展示出卫星运行的全过程,并且支持多卫星多载荷仿真需求,满足一定的开放性和灵活性.     

基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统

卫星观测计划申请系统是用户订购卫星编程数据的重要技术手段。为了提高观测申请的效率与质量,在分析已有观测计划申请系统不足的基础上,提出并设计了基于在线分析的卫星观测计划申请服务系统,然后详细论述了系统实现的关键技术,开发出了原型系统,并对系统性能进行了测试与评价。评测结果表明,系统能够支持多星观测申请的在线实时分析,具备较高的系统运行效率,可以为用户订购卫星编程数据提供较好的支撑。     

遥感卫星灾害应急监测效能评估指标体系构建

遥感卫星广泛应用于包括防灾减灾在内的多个领域,发挥了巨大的社会效益。自然灾害应急对卫星监测的需求具有针对多时空要素的动态高效多源多维的特点,而卫星的全球化可重访、无国界观测能力与灾害的监测需求高度契合。在研究分析遥感卫星在灾害应急任务中的能力需求和应用模式的基础上,从单项性能、能力指标和应用效能三个层次展开分析,构建遥感卫星灾害应急监测效能评估指标体系,给出主要指标的评估方法,为我国卫星有效用于国内外重大灾害应急监测服务提供有效的评估手段和技术支撑。     

面向减灾应用的光学成像静止卫星能力分析

静止卫星凭借其宽覆盖、高时效、机动灵活的特点,在国家减灾救灾业务中有着独特的应用优势。在回顾国内外静止卫星发展的基础上,总结其光学成像传感器在灾害监测预警中的应用现状和存在的问题。基于静止卫星及其载荷现有研制基础,从灾害管理各阶段应用需求出发,分析光学成像静止卫星在减灾中的应用潜力。根据减灾救灾实际业务和应用需求,分别从卫星工作模式、观测频次以及光学图像的几何性能、光谱范围、辐射性能等5个方面提出对静止卫星的技术指标要求,为推动我国的防灾减灾光学成像静止卫星建设提供借鉴。     

A model, a heuristic and a decision support system to solve the scheduling problem of an earth observing satellite constellation

China plans to launch four small optical satellites and four small SAR satellites to form a natural disaster monitoring constellation. Data can be obtained by the constellation in all weather conditions for disaster alert and environmental damage analysis. The scheduling problem for the constellation consists of selecting and timetabling the observation activities to acquire the requested images of the earth surface and scheduling the download activities to transmit the image files to a set of ground stations. The scheduling problem is required to be solved every day in a typical 1-day horizon and it must respect complex satellite operational constraints as well as request preferences, such as visibility time windows, transition time between consecutive observations or downloads, memory capacity, energy capacity, polygon target requests and priorities. The objective is to maximize the rewards of the images taken and transmitted. We present a nonlinear model of the scheduling problem, develop a priority-based heuristic with conflict-avoided, limited backtracking and download-as-needed features, which produces satisfactory feasible plans in a very short time. A decision support system based on the model and the heuristic is also provided. The system performance shows a significant improvement with respect to faster and better scheduling of an earth observing satellite constellation.     

空间科学卫星数据快速处理方法

针对卫星获取的大规模数据进行快速数据处理一直是空间信息处理系统建设中的关键。面对空间科学卫星全天候观测、探测载荷类型多、处理算法多样带来的数据处理难题,现有基于CCSDS标准格式的数据分析方法,难以满足目前在轨的多颗空间科学卫星数据处理系统在正确性和时效性方面的要求。针对空间科学卫星探测数据处理特点,提出了一种空间科学数据快速处理方法,设计两层联合索引结构,将空间科学大数据处理问题转化为索引表和源包数据单元的处理问题,提高了数据处理效率;采用科学工作流技术设计了数据驱动和业务驱动协同的处理框架,支持多样化的空间科学卫星数据处理流程,各类载荷数据处理任务并行调度。实验结果表明,这种方法处理速度可扩展,内存使用较少,已应用于空间科学卫星地面系统中,取得了良好的效果。     

基于多源卫星遥感的灾害性气象观测数据监测系统设计

灾害性气象的频发不仅给人们的生活带来了极大的影响,而且还危及生态环境的稳定。为减小实测气象数据与真实数据样本之间误差,实现对灾害性气象观测数据的准确监测,设计基于多源卫星遥感的灾害性气象观测数据监测系统。设置温湿度传感器及防辐射罩,按照数据信息传输网络布局形式,将风速风向传感器、雨量传感器、太阳能控制器接入既定模块单元之中,完成监测系统的硬件设计。利用多源卫星遥感技术,定义多源影像空间,通过分解数字卫星图像的方式,确定监测极值点所处位置,并计算相似性度量指标的具体数值,完成基于多源卫星遥感的灾害性气象图像配准处理。根据上位机组网模型,完善WINSOCK控件的连接形式,实现监测系统的执行程序编制,联合相关传感器元件,完成基于多源卫星遥感的灾害性气象观测数据监测系统设计。实验结果表明,多源卫星遥感技术设计系统的湿度测量曲线、气压测量曲线、风速测量曲线与真实气象数据样本之间的误差值均未超过2%,能够准确监测灾害性气象观测数据。     

适应于组网卫星的数字化及自动化测试技术研究

随着各类卫星星座计划的提出和部署,航天卫星数量的逐步增加,传统的卫星研制模式已逐渐不满足卫星快速发射需求,为缩短卫星研制周期,卫星批量化、自动化测试手段逐渐成为新形势下卫星研制的关键一环。面向当前微小卫星高密度快速组网应用的需求,结合批产化卫星技术特点,研究了一种适用于组网卫星的数字化和自动化测试技术。对卫星综合测试系统架构进行优化,可满足多星批量化及并行测试;在卫星综合测试系统中增加自动化测试功能,可通过在线配置自动化序列实现卫星自动化测试;研发了一种数字卫星仿真测试平台,可用于卫星单机产品齐套前整星功能开发、测试等。克服了传统卫星研制周期长、测试过程数据判读和数据处理难度大以及重复性工作较多的缺陷。     

An efficient utilization of intermittent surface–satellite optical links by using mass storage device embedded in satellites

Recently, earth observation system by using satellite network has attracted much attention due to its wide coverage and disaster resistance. Although the system is useful for collecting various data, which have an effect on a natural disaster, ecology and so forth, earth observation satellite hardly send the collected observation data to the ground station. This is because that the earth observation satellite needs to orbit near surface of the earth to get high-precision data, and it limited the time that can be used to send the observed data traffic to the ground station. Additionally, the amount of the observed data drastically increase in these days. Thus, we focus on the data relay satellite using optical communication in this network. By relaying observed data to traffic to the relay satellite, which has geostationary orbit, it is possible to increase the chance of sending data for the observation satellite due to the wide coverage of the relay satellite. In addition, laser light that is used in optical communication in satellite network has high frequency and it can deliver large data compared with radio wave. However, laser light is greatly influenced by atmosphere, and optical link capacity between satellite and ground station drastically changes according to weather condition. Therefore, we propose a new data traffic control method to use the network constructed by satellites which has mass storage device effectively according to the condition of optical downlink between satellite and optical ground station. The effectiveness of the proposed method is evaluated with numerical result.     

卫星对地观测任务规划问题简明综述 *

卫星对地观测任务规划是为了满足用户的遥感图像需求 ,对遥感卫星系统资源和对地观测任务进行规划与调度的过程。合理的任务规划是提高遥感卫星系统效能的重要手段。为此 ,分析了卫星对地观测任务规划问题的主要特点 ,比较了这一问题的若干常用建模方法和求解技术 ,并探讨了卫星对地观测任务规划技术的未来发展趋势。     

成像卫星任务规划可视化仿真系统实现技术

对成像卫星任务规划的方案进行可视化仿真分析,是确保成像卫星任务规划的可靠性和高效益的有效途径。本文在分析成像卫星任务规划的可视化仿真特性、建模特性、数据处理技术等的基础上,设计了一种适合于成像卫星任务规划的可视化仿真系统。该系统基于GIS设计了任务规划二维规划视图,在STK基础上构建了任务规划三维视景仿真分析环境。同时,建立了资源库,对仿真的场景、模型资源进行有效管理。该系统已成功应用于某卫星任务规划系统,提高了成像卫星任务规划的效率。     

一种适用于远距离星间链路通信的设计

针对远距离星间通信的特点,分析了现有小卫星星间链路设计在远距离星间通信时存在的视场变窄、中断等问题,并提出了改进的方法和设计,通过视场计算、链路余量计算和STK仿真分析,验证了设计的可行性,结果表明：改进后的星间通信设计能够满足远距离星间通信的要求,可为小卫星及其它航天器远距离星间通信提供参考。