CN110837093A - 遥感微纳卫星一体化信息处理平台 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种遥感微纳卫星一体化信息处理平台，包括数据处理模块、卫星光学载荷模块、卫星综合电子单元和振动测量单元，其中：所述卫星光学载荷模块向所述数据处理模块提供载荷图像数据；所述卫星综合电子单元向所述数据处理模块提供GNSS数据和姿态控制数据；所述振动测量单元向所述数据处理模块提供微振动测量数据；所述数据处理模块将接收到的所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行时间同步，并按照相应的数据模型对所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行融合，以对原有的所述载荷图像数据进行修正优化。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种遥感微纳卫星一体化信息处理平台。
背景技术
随着高新科技的发展和需求的推动，遥感微纳卫星以重量轻、体积小、功耗低、开发周期短，功能密度高、性能价格比高、可编队组网等优势，在资源管理、环境监测、土地规划、地理测绘等科研、国防和商用领域展现出其良好的发展前景。由于遥感微纳卫星平台数据处理和载荷数据处理多采用各自独立设计，而实际上卫星姿态数据与光学载荷实际姿态存在一定的误差，对载荷成像质量有较大的影响。
目前遥感微纳卫星数据处理平台多采用分布式设计，相对而言主要存在以下问题和缺陷：
首先，目前微纳卫星多采用传统卫星平台数据与载荷数据各自独立处理的方式，姿态测量数据和成像载荷实际姿态运动存在的误差未进行修正，对图像成像质量有一定的影响。
其次，卫星在轨对各类载荷数据进行存储、分发和传输，数据处理主要依赖于后期地面处理，因此卫星在轨数据实时性较差。
最后，由于卫星在轨数据主要依赖后期地面处理，且随着对遥感卫星遥测数据种类和精细度需求的不断提高载荷数据量急剧增大，对星上载荷数据存储资源和数传资源的需求极高，下行需要比较宽的工作频带和大口径接收天线。
发明内容
本发明的目的在于提供一种遥感微纳卫星一体化信息处理平台，以解决现有的传统的遥感微纳卫星的图像成像质量差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种遥感微纳卫星一体化信息处理平台，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台包括数据处理模块、卫星光学载荷模块、卫星综合电子单元和振动测量单元，其中：
所述卫星光学载荷模块向所述数据处理模块提供载荷图像数据；
所述卫星综合电子单元向所述数据处理模块提供GNSS数据和姿态控制数据；
所述振动测量单元向所述数据处理模块提供微振动测量数据；
所述数据处理模块将接收到的所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行时间同步，并对所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行融合，以对原有的所述载荷图像数据进行修正优化。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述数据处理模块通过对所述载荷图像数据进行修正实时处理、识别实时处理、提取实时处理和选择实时处理，获取有效载荷数据，并完成所述有效载荷数据的下行传输。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述卫星综合电子单元产生PPS信号，并将所述PPS信号发送至所述数据处理模块，所述数据处理模块以所述PPS信号为时间统一基准，将所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行时间同步。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述数据处理模块、所述卫星光学载荷模块、所述卫星综合电子单元和所述振动测量单元两两之间通过CAN总线通信，以完成所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台中各模块状态数据和控制数据的交互。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述振动测量单元包括传感器组件和主控制器，其中：
所述传感器组件用于在所述遥感微纳卫星运行过程中实时测量所述卫星光学载荷模块的监测点的微振动，还用于在所述遥感微纳卫星运行过程中实时测量所述卫星综合电子单元的监测点的微振动；
所述主控制器用于对所述传感器组件对微振动测量的测量结果进行处理，形成所述微振动测量数据。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述卫星综合电子单元的监测点为星敏感器，所述卫星光学载荷模块的监测点为相机。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述卫星综合电子单元包括测控模块、星务计算机、以及GNSS及姿控模块，其中：
所述测控模块用于对所述遥感微纳卫星的星地上行通信链路及星地下行通信链路进行管理；
所述星务计算机用于对所述遥感微纳卫星在空间中的轨道数据进行采集与处理，对电源***进行管理，以及进行星务管理，所述星务管理包括整星运行管理及自主控制，分配所述遥感微纳卫星综合电子单元的硬件资源和软件资源，完成所述遥感微纳卫星的综合信息的采集、处理、存储和传送；
所述GNSS及姿控模块用于对所述遥感微纳卫星的姿态与轨道进行测量和控制，还用于产生PPS信号。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述卫星光学载荷模块通过Camera Link高速数字图像接口与所述数据处理模块进行连接，所述卫星光学载荷模块用于获取目标图像，所述卫星光学载荷模块应用于凝视成像模式、推扫成像模式、视频成像模式或敏捷成像模式的遥感载荷。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台还包括数据存储模块，所述数据存储模块通过磁盘阵列存储所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台的数据，所述数据存储模块通过高速串行总线与所述数据处理模块进行互联，所述高速串行总线的传输速度为6Gbps；所述数据存储模块用于存储所述载荷图像数据，存储速度为10Gbps，存储容量为3TB。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台还包括电源模块，所述电源模块用于将所述遥感微纳卫星的主电源供电功率转换为辅助电源供电功率，所述辅助电源为所述数据处理模块、所述卫星光学载荷模块、所述卫星综合电子单元、所述振动测量单元及所述数据存储模块供电。
可选的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述数据处理模块的处理速度为500Mbps，所述振动测量单元的精度高于0.1角秒；所述微振动的振动频率为1Hz～400Hz，所述微振动测量数据发送至所述数据处理模块的传输速度为2Mbps。
在本发明提供的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，通过数据处理模块将接收到的载荷图像数据、微振动测量数据、姿态控制数据和GNSS数据进行时间同步，并按照相应的数据模型对载荷图像数据、微振动测量数据、姿态控制数据和GNSS数据进行融合，以对原有的载荷图像数据进行修正优化，实现了针对遥感微纳卫星设计平台载荷一体化信息处理平台，通过对卫星光学载荷、卫星综合电子、振动测量单元等相关数据进行接收处理和多源数据融合，实现对载荷数据的实时修正，以载荷数据处理为核心，通过将平台数据和载荷数据的融合，提升载荷图像质量，进而提升遥感微纳卫星整体效能。
另外，针对遥感微纳卫星，实现载荷在轨数据的实时分析、识别、提取等处理方法，减小平台的硬件资源开销；通过采用RAID大容量数据存储技术，实现卫星运行过程中在非可视段对有效载荷数据的高速存储。
本发明提供一种遥感微纳卫星平台载荷一体化信息处理平台，通过将卫星平台数据和载荷数据高效融合，完成对载荷数据的在轨实时修正、识别、存储和应用等，进而提升卫星整体工作效能。通过平台载荷一体化信息处理平台，实现在轨载荷图像修正、识别、提取、压缩等实时处理，提高载荷数据有效性，降低下行传输的需求。遥感微纳卫星载荷平台一体化信息处理平台涉及在轨高精度振动测量、卫星光学载荷、卫星综合电子平台及载荷平台数据的采集、处理、融合等，实现对载荷图像的实时处理和快速识别。
附图说明
图1是本发明一实施例的遥感微纳卫星一体化信息处理平台示意图；
图中所示：101-振动测量单元；102-卫星综合电子单元；103-卫星光学载荷模块；104-数据处理模块；105-数据存储模块；106-电源模块；111-LVDS同步串行接口；112-CAN总线；113-RS422异步串行总线；114-Camera link高速数字图像接口；115-高速串行总线；116-PPS同步脉冲信号；117-下行LVDS同步串行输出端；118-辅助电源输出线；119-主电源输入线。
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遥感微纳卫星一体化信息处理平台作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种遥感微纳卫星一体化信息处理平台，以解决现有的传统的遥感微纳卫星的图像成像质量差的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种遥感微纳卫星一体化信息处理平台，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台包括数据处理模块、卫星光学载荷模块、卫星综合电子单元和振动测量单元，其中：所述卫星光学载荷模块向所述数据处理模块提供载荷图像数据；所述卫星综合电子单元向所述数据处理模块提供GNSS数据和姿态控制数据；所述振动测量单元向所述数据处理模块提供微振动测量数据；所述数据处理模块将接收到的所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行时间同步，并按照相应的数据模型对所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行融合，以对原有的所述载荷图像数据进行修正优化。
<实施例一>
本实施例提供一种遥感微纳卫星一体化信息处理平台，如图1所示，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台包括数据处理模块104、卫星光学载荷模块103、卫星综合电子单元102和振动测量单元101，其中：所述卫星光学载荷模块103向所述数据处理模块104提供载荷图像数据；所述卫星综合电子单元102向所述数据处理模块104提供GNSS数据和姿态控制数据；所述振动测量单元101向所述数据处理模块104提供微振动测量数据；所述数据处理模块104将接收到的所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行时间同步，并对所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行融合，以对原有的所述载荷图像数据进行修正优化。针对遥感微纳卫星，设计平台载荷一体化信息处理平台，通过对卫星光学载荷、卫星综合电子、振动测量单元等相关数据进行接收处理和多源数据融合，实现对载荷数据的实时修正。
其中，所述数据处理模块104的处理速度为500Mbps，所述振动测量单元101的精度高于0.1角秒；所述微振动的振动频率为1Hz～400Hz，所述微振动测量数据发送至所述数据处理模块104的传输速度为2Mbps。数据处理模块104采用FPGA结合DSP技术，将接收到的高速图像数据、微振动测量数据、姿态控制数据、GNSS数据等进行时间同步后按照相应的数据模型进行多源数据融合，从而实现对原有图像数据的修正优化，提升图像质量等功能，最终实现图像的高效识别应用等。
具体的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述数据处理模块104通过对所述载荷图像数据进行修正实时处理、识别实时处理、提取实时处理和选择实时处理，获取有效载荷数据，并完成所述有效载荷数据的下行传输。针对遥感微纳卫星，实现载荷在轨数据的实时分析、识别、提取等处理方法，减小平台的硬件资源开销。
在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述卫星综合电子单元102产生PPS信号，并将所述PPS信号发送至所述数据处理模块104，所述数据处理模块104以所述PPS信号为时间统一基准，将所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行时间同步。在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述数据处理模块104、所述卫星光学载荷模块103、所述卫星综合电子单元102和所述振动测量单元101两两之间通过CAN总线112通信，以完成所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台中各模块状态数据和控制数据的交互。
进一步的，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述振动测量单元101包括传感器组件和主控制器，其中：所述传感器组件用于在所述遥感微纳卫星运行过程中实时测量所述卫星光学载荷模块103的监测点的微振动，还用于在所述遥感微纳卫星运行过程中实时测量所述卫星综合电子单元102的监测点的微振动；所述主控制器用于对所述传感器组件对微振动测量的测量结果进行处理，形成所述微振动测量数据。在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述卫星综合电子单元102的监测点为星敏感器，所述卫星光学载荷模块103的监测点为相机。
更进一步，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述卫星综合电子单元102包括测控模块、星务计算机、以及GNSS及姿控模块，其中：所述测控模块用于对所述遥感微纳卫星的星地上行通信链路及星地下行通信链路进行管理；所述星务计算机用于对所述遥感微纳卫星在空间中的轨道数据进行采集与处理，对电源***进行管理，以及进行星务管理，所述星务管理包括整星运行管理及自主控制，分配所述遥感微纳卫星综合电子单元102的硬件资源和软件资源，完成所述遥感微纳卫星的综合信息的采集、处理、存储和传送；所述GNSS及姿控模块用于对所述遥感微纳卫星的姿态与轨道进行测量和控制，还用于产生PPS信号。
如图1所示，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述卫星光学载荷模块103通过Camera Link高速数字图像接口114与所述数据处理模块104进行连接，所述卫星光学载荷模块103用于获取目标图像，所述卫星光学载荷模块103应用于凝视成像模式、推扫成像模式、视频成像模式或敏捷成像模式的遥感载荷。Camera link是从Channel link技术上发展而来的，在Channel link技术基础上增加了一些传输控制信号，并定义了一些相关传输标准。任何具有“Camera link”标志的产品可以方便地连接。Camera link标准由美国自动化工业学会AIA定制、修改、发布，Camera link接口解决了高速传输的问题。CameraLink的接口有三种配置Base、Medium、Full，主要是解决数据传输量的问题，这为不同速度的相机提供了适合的配置和连接方式。
另外，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台还包括数据存储模块105，所述数据存储模块105通过RAID磁盘阵列存储所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台的数据，所述数据存储模块105通过高速串行总线115与所述数据处理模块104进行互联，所述高速串行总线115的传输速度为6Gbps；所述数据存储模块105用于存储所述载荷图像数据，存储速度为10Gbps，存储容量为3TB。通过采用RAID大容量数据存储技术，实现卫星运行过程中在非可视段对有效载荷数据的高速存储。
最后，在所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台还包括电源模块106，所述电源模块106用于将所述遥感微纳卫星的主电源供电功率转换为辅助电源供电功率，所述辅助电源为所述数据处理模块104、所述卫星光学载荷模块103、所述卫星综合电子单元102、所述振动测量单元101及所述数据存储模块105供电。
具体的，电源模块106将航天器通过主电源输入线119送入一次电源转换为其他电子***内部工作所需的二次工作电压，通过辅助电源输出线118送至各电子设备；卫星综合电子单元102为主节点，通过CAN总线112与振动测量单元101、卫星光学载荷模块103、数据处理模块104互联，完成模块间的数据交互；卫星综合电子单元102将GNSS模块产生的PPS同步脉冲信号116通过RS422电平的形式发送至振动测量单元101、卫星光学载荷模块103和数据处理模块104，用于实现各模块之间的时间同步；卫星综合电子单元102通过RS422异步串行总线113将GNSS定位数据、姿控数据和数控数据发送至所述数据处理模块104；卫星光学载荷模块103通过Camera link高速数字图像接口114将载荷图像数据和载荷自身状态信息送至数据处理模块104，同时接收数据处理模块104发送的载荷控制信息。
振动测量单元101通过低电压差分信号(LVDS：Low-Voltage DifferentialSignaling)同步串行接口111将微振动测量数据发送至数据处理模块104，数据处理模块104将完成振动数据的后续处理；数据处理模块104完成振动、图像、姿控、轨控、GNSS等多元数据融合提升载荷图像质量，实现载荷图像识别、存储、传输等，通过高速串行总线115将识别后的有效载荷数据存储在数据存储模块105中，通过下行LVDS同步串行输出端117将有效载荷图像数据发送至下行数据模块，完成数据的下发。
CAN总线112分别设置于振动测量单元101、卫星综合电子单元102、卫星光学载荷模块103和数据处理模块104之间，卫星综合电子单元102对CAN总线112具有控制权；数据处理模块104和数据存储模块105之间的高速总线采用高速串行总线115协议，数据存储模块105根据数据处理的结果确定对载荷图像等数据的存储或回放。
在本发明提供的遥感微纳卫星一体化信息处理平台中，通过数据处理模块将接收到的载荷图像数据、微振动测量数据、姿态控制数据和GNSS数据进行时间同步，并按照相应的数据模型对载荷图像数据、微振动测量数据、姿态控制数据和GNSS数据进行融合，以对原有的载荷图像数据进行修正优化，实现了针对遥感微纳卫星设计平台载荷一体化信息处理平台，通过对卫星光学载荷、卫星综合电子、振动测量单元等相关数据进行接收处理和多源数据融合，实现对载荷数据的实时修正，以载荷数据处理为核心，通过将平台数据和载荷数据的融合，提升载荷图像质量，进而提升遥感微纳卫星整体效能。
另外，针对遥感微纳卫星，实现载荷在轨数据的实时分析、识别、提取等处理方法，减小平台的硬件资源开销；通过采用RAID大容量数据存储技术，实现卫星运行过程中在非可视段对有效载荷数据的高速存储。
本发明提供一种遥感微纳卫星平台载荷一体化信息处理平台，通过将卫星平台数据和载荷数据高效融合，完成对载荷数据的在轨实时修正、识别、存储和应用等，进而提升卫星整体工作效能。通过平台载荷一体化信息处理平台，实现在轨载荷图像修正、识别、提取、压缩等实时处理，提高载荷数据有效性，降低下行传输的需求。遥感微纳卫星载荷平台一体化信息处理平台涉及在轨高精度振动测量、卫星光学载荷、卫星综合电子平台及载荷平台数据的采集、处理、融合等，实现对载荷图像的实时处理和快速识别。
综上，上述实施例对遥感微纳卫星一体化信息处理平台的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (11)
1.一种遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台包括数据处理模块、卫星光学载荷模块、卫星综合电子单元和振动测量单元，其中：
所述卫星光学载荷模块向所述数据处理模块提供载荷图像数据；
所述卫星综合电子单元向所述数据处理模块提供GNSS数据和姿态控制数据；
所述振动测量单元向所述数据处理模块提供微振动测量数据；
所述数据处理模块将接收到的所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行时间同步，并对所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行融合，以对原有的所述载荷图像数据进行修正优化。
2.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述数据处理模块通过对所述载荷图像数据进行修正实时处理、识别实时处理、提取实时处理和选择实时处理，获取有效载荷数据，并完成所述有效载荷数据的下行传输。
3.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述卫星综合电子单元产生PPS信号，并将所述PPS信号发送至所述数据处理模块，所述数据处理模块以所述PPS信号为时间统一基准，将所述载荷图像数据、所述微振动测量数据、所述姿态控制数据和所述GNSS数据进行时间同步。
4.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述数据处理模块、所述卫星光学载荷模块、所述卫星综合电子单元和所述振动测量单元两两之间通过CAN总线通信，以完成所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台中各模块状态数据和控制数据的交互。
5.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述振动测量单元包括传感器组件和主控制器，其中：
所述传感器组件用于在所述遥感微纳卫星运行过程中实时测量所述卫星光学载荷模块的监测点的微振动，还用于在所述遥感微纳卫星运行过程中实时测量所述卫星综合电子单元的监测点的微振动；
所述主控制器用于对所述传感器组件对微振动测量的测量结果进行处理，形成所述微振动测量数据。
6.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述卫星综合电子单元的监测点为星敏感器，所述卫星光学载荷模块的监测点为相机。
7.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述卫星综合电子单元包括测控模块、星务计算机、以及GNSS及姿控模块，其中：
所述测控模块用于对所述遥感微纳卫星的星地上行通信链路及星地下行通信链路进行管理；
所述星务计算机用于对所述遥感微纳卫星在空间中的轨道数据进行采集与处理，对电源***进行管理，以及进行星务管理，所述星务管理包括整星运行管理及自主控制，分配所述遥感微纳卫星综合电子单元的硬件资源和软件资源，完成所述遥感微纳卫星的综合信息的采集、处理、存储和传送；
所述GNSS及姿控模块用于对所述遥感微纳卫星的姿态与轨道进行测量及控制，还用于产生PPS信号。
8.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述卫星光学载荷模块通过Camera Link高速数字图像接口与所述数据处理模块进行连接，所述卫星光学载荷模块用于获取目标图像，所述卫星光学载荷模块应用于凝视成像模式、推扫成像模式、视频成像模式或敏捷成像模式的遥感载荷。
9.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台还包括数据存储模块，所述数据存储模块通过磁盘阵列存储所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台的数据，所述数据存储模块通过高速串行总线与所述数据处理模块进行互联，所述高速串行总线的传输速度为6Gbps；所述数据存储模块用于存储所述载荷图像数据，存储速度为10Gbps，存储容量为3TB。
10.如权利要求9所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述遥感微纳卫星一体化信息处理平台还包括电源模块，所述电源模块用于将所述遥感微纳卫星的主电源供电功率转换为辅助电源供电功率，所述辅助电源为所述数据处理模块、所述卫星光学载荷模块、所述卫星综合电子单元、所述振动测量单元及所述数据存储模块供电。
11.如权利要求1所述的遥感微纳卫星一体化信息处理平台，其特征在于，所述数据处理模块的处理速度为500Mbps，所述振动测量单元的精度高于0.1角秒；所述微振动的振动频率为1Hz～400Hz，所述微振动测量数据发送至所述数据处理模块的传输速度为2Mbps。
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