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8_遥感卫星地面系统技术和发展概况.pdf

8_遥感卫星地面系统技术和发展概况

sure0666
2013-03-23 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《8_遥感卫星地面系统技术和发展概况pdf》,可适用于工程科技领域

遥感卫星地面系统技术和发展概况遥感卫星地面系统技术和发展概况遥感卫星地面系统技术和发展概况遥感卫星地面系统技术和发展概况遥感卫星地面系统技术和发展概况遥感卫星地面系统技术和发展概况遥感卫星地面系统技术和发展概况遥感卫星地面系统技术和发展概况专题讲座系列专题讲座系列专题讲座系列专题讲座系列专题讲座系列专题讲座系列专题讲座系列专题讲座系列中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所中国科学院电子学研究所中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室一、遥感卫星发展历史和概况一、遥感卫星发展历史和概况中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室什么是遥感�从远处感知和获取目标的信息�成像是最重要的一种遥感手段�最早的遥感设备:照相机中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室早期的机载遥感设备�照相机被带上飞机成为最早的航空遥感设备德国二战期间使用的航空侦察相机中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室二战期间的航拍图像中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室二战期间的航拍图像中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室二战期间的航拍图像中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室高性能专用航空侦察机得到了快速发展被击落的U侦察机U侦察机中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室SR黑鸟侦察机中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室遥感卫星应运而生美国最早从上世纪年代末开始发展遥感卫星已经历几代�分辨率:几十米�几米�米��传感器:光学�红外�雷达、高光谱�数据传输:返回式卫星、实时数字传输型可见光图像微波图像高光谱立体图像中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室遥感卫星早已突破军事侦察的应用范畴成为与国家政治、军事、经济与社会发展密切相关的战略高技术。�遥感卫星的三大系列:气象、海洋、陆地欧洲、加拿大、日本、韩国、以色列、印度、台湾等科技发达国家和地区也纷纷发射了自己的遥感卫星。中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室成像侦察卫星:年月美国发射锁眼号年前苏联发射天顶号年以后法国、以色列、印度、日本、韩国等也陆续加入成像侦察卫星俱乐部。截至年累计发射各类侦察卫星多颗。中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室陆地观测卫星:�快鸟(QuickBird)系列�IKONOS系列�SPOT�GeoEYE中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室最先进的光学成像卫星:KHBKH�大型反射式望远镜�自适应光学技术�高分辨率可见光与近红外CCD数字成像系统�实时数据传输�分辨率m整星重量吨中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室最先进的雷达成像卫星:长曲棍球SAR卫星�年开始研制~先后发射了颗�星上实时数据处理、压缩和传输�分辨率m整星重量吨�星体长米太阳电池翼米中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室�测绘与资源调查:地质和矿产调查、农业估产、森林监测山体滑坡山体滑坡地面沉降地面沉降小麦小麦森林分布森林分布小麦分布小麦分布森林森林中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室�灾害监测与评估中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室遥感卫星设备与处理技术日益成熟和复杂�胶片冲洗�数字处理�高精度与高稳定度:几何精度、辐射精度�自动化处理与管理:获取、归档、成像、产品制作�简单设备�复杂信息系统中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室遥感卫星系统工程的基本构成�运载火箭系统�卫星及有效载荷系统�发射场系统�测控系统�地面接收、处理和数据管理系统�地面应用系统�中继卫星系统中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室遥感卫星遥感卫星遥感卫星遥感卫星卫星地面接收站卫星地面接收站卫星地面接收站卫星地面接收站地面处理系统地面处理系统地面处理系统地面处理系统应用系统应用系统应用系统应用系统定标场定标场定标场定标场中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室二、地面系统的基本组成和业务模式二、地面系统的基本组成和业务模式中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室(一)地面系统基本构成接收站测控系统数据处理系统数据存储和管理系统服务和分发系统运行控制系统××应用系统××应用系统××应用系统卫星接收站接收站中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室(二)地面系统的运行框架�单星系统卫星卫星卫星N卫星卫星卫星卫星地面处理系统地面处理系统地面处理系统地面处理系统卫星卫星卫星卫星地面处理系统地面处理系统地面处理系统地面处理系统卫星卫星卫星卫星NNNN地面处理系统地面处理系统地面处理系统地面处理系统数据管理和分发数据管理和分发数据管理和分发数据管理和分发特点:简单可靠但资源和数据共享差特点:简单可靠但资源和数据共享差特点:简单可靠但资源和数据共享差特点:简单可靠但资源和数据共享差中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室(二)地面系统的运行框架�多星多传感器地面系统卫星卫星卫星N多星多传感器多星多传感器多星多传感器多星多传感器地面处理系统地面处理系统地面处理系统地面处理系统数据管理和分发数据管理和分发数据管理和分发数据管理和分发特点:资源共享系统复杂特点:资源共享系统复杂特点:资源共享系统复杂特点:资源共享系统复杂中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室(三)基本业务流程拍照任务申请拍照任务申请任务计划制定任务计划制定卫星指令上注卫星指令上注卫星执行任务卫星执行任务地面数据接收地面数据接收地面数据处理编目、处理、存档管理地面数据处理编目、处理、存档管理数据分发数据分发数据应用数据应用地面系统地面系统地面系统地面系统中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室任务计划制定中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室三、主要关键技术和前沿研究方向三、主要关键技术和前沿研究方向中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室三大关键技术�信号和数据处理技术�定标技术�多星多传感器处理系统技术中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术()主要任务�对卫星获取的原始数据进行处理获得满足质量指标要求各级标准产品�三大任务:�图像恢复�几何定位和几何校正�辐射校正�相对辐射校正�绝对辐射校正中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�图像恢复:数据的解码、SAR的图像反演SAR成像:数据采集成像处理数据采集数据采集数据采集数据采集照射目标或目标区域回波信号采集⇓原始数据rawdata对原始数据的聚焦处理或成像处理⇓散射目标或目标区域的图像SARimage成像处理成像处理成像处理成像处理图像从无到有的过程图像从无到有的过程图像从无到有的过程图像从无到有的过程中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�几何定位和几何校正卫星轨道精确计算、传感器成像几何模型校正、图像恢复算法系统级几何校正前后的系统级几何校正前后的系统级几何校正前后的系统级几何校正前后的SARSARSARSAR图像图像图像图像中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室几何校正前后光学图像中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�辐射校正辐射校正前后的辐射校正前后的辐射校正前后的辐射校正前后的SARSARSARSAR图像图像图像图像中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术()标准产品划分�级产品�级产品�级产品�级产品�级产品�其他高级专题产品对接收的原始数据进行必要的格式整理和纠正后的产品辐射校正后的图像产品系统级几何校正和地图投影后的图像产品利用GCP精校正后的图像产品根据DEM测量地面高程后的图像产品中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术()SAR的成像处理技术�基本原理�SAR成像算法�SAR图像的几何校正和辐射校正�SAR星地一体化仿真技术�星载SAR成像处理的前沿研究中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�雷达成像的基本概念�主动雷达成像�分辨率的基本概念:可以分辨出两个相邻地物目标之间距离的能力�距离向:取决于脉冲宽度�方位向:取决于天线方位波束宽度�天线孔径中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�雷达成像的基本概念�提高距离分辨率:脉冲压缩脉冲压缩举例:ms脉宽信号()一般分辨率km如果线性调频信号:B=GHzRes=c(B)=mτB=τ中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�雷达成像的基本概念�提高方位分辨率:大孔径天线例子:卫星要获得米分辨率天线要~km中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�SAR成像的基本概念�方位合成孔径�以时间换空间中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�SAR成像算法根据信号获取的时间、空间的精确约束关系补偿原始信号获得完全等效的实孔径天线信号�实质:二维匹配滤波器�两个核心问题�效率问题�二维匹配滤波器的计算量巨大�N×N的场景:N>�M×M的滤波器:M>�FFT是解决问题的关键�信号的“时-空-频率”耦合问题距离弯曲二维信号图中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室�SAR成像算法�经典算法�三个算法:�omegak算法(wk)�距离多普勒算法(RD)�ChirpScaling算法(CS)�基本流程(CS算法)方位FFT距离FFT距离IFFT方位IFFTSAR原始数据),,(refrfτφ变换线性调频尺度),,(refrffτφ),(fτφ距离校正与压缩方位聚焦和剩余相位补偿聚焦图像输出中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�星载SAR星地一体化仿真技术�信号建模和计算机仿真�半物理仿真中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室信号和数据处理技术�星载SAR成像处理的前沿研究�分布式SAR成像处理技术�同步轨道成像算法�极化信号处理技术�运动目标检测和成像处理技术压缩二维点目标图像分布式卫星中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术定标系统是地面系统三大组成部分之一是传感器在轨定标与质定标系统是地面系统三大组成部分之一是传感器在轨定标与质定标系统是地面系统三大组成部分之一是传感器在轨定标与质定标系统是地面系统三大组成部分之一是传感器在轨定标与质量评定的必备技术条件是图像辐射校正处理和定量化应用的前提。量评定的必备技术条件是图像辐射校正处理和定量化应用的前提。量评定的必备技术条件是图像辐射校正处理和定量化应用的前提。量评定的必备技术条件是图像辐射校正处理和定量化应用的前提。地地地地面面面面系系系系统统统统天线与接收系统数据处理与管理系统定标系统定标系统中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术�定标的概念和任务定标的概念和任务定标的概念和任务定标的概念和任务�辐射定标辐射定标辐射定标辐射定标辐射能量大小的标定辐射能量大小的标定辐射能量大小的标定辐射能量大小的标定�几何定标几何定标几何定标几何定标像素位置的标定像素位置的标定像素位置的标定像素位置的标定图像数据成像成像成像成像处理器处理器处理器处理器目标输入σPσHP=雷达雷达雷达雷达系统系统系统系统应应应应用用用用目标信息HP=σ⌢反演反演反演反演实现对地定量观测的关键技术实现对地定量观测的关键技术实现对地定量观测的关键技术实现对地定量观测的关键技术��获取目标的定量化信息提高目标特性获取的获取目标的定量化信息提高目标特性获取的获取目标的定量化信息提高目标特性获取的获取目标的定量化信息提高目标特性获取的获取目标的定量化信息提高目标特性获取的获取目标的定量化信息提高目标特性获取的获取目标的定量化信息提高目标特性获取的获取目标的定量化信息提高目标特性获取的效率和质量效率和质量效率和质量效率和质量效率和质量效率和质量效率和质量效率和质量��为定量化遥感应用提供解决途径(土壤含水量测量、为定量化遥感应用提供解决途径(土壤含水量测量、为定量化遥感应用提供解决途径(土壤含水量测量、为定量化遥感应用提供解决途径(土壤含水量测量、为定量化遥感应用提供解决途径(土壤含水量测量、为定量化遥感应用提供解决途径(土壤含水量测量、为定量化遥感应用提供解决途径(土壤含水量测量、为定量化遥感应用提供解决途径(土壤含水量测量、海面实况测量等)海面实况测量等)海面实况测量等)海面实况测量等)海面实况测量等)海面实况测量等)海面实况测量等)海面实况测量等)��为卫星传感器的精确标定提供定量化数据为卫星传感器的精确标定提供定量化数据为卫星传感器的精确标定提供定量化数据为卫星传感器的精确标定提供定量化数据为卫星传感器的精确标定提供定量化数据为卫星传感器的精确标定提供定量化数据为卫星传感器的精确标定提供定量化数据为卫星传感器的精确标定提供定量化数据��为全球目标长期变化的观测和动态检测提供依据为全球目标长期变化的观测和动态检测提供依据为全球目标长期变化的观测和动态检测提供依据为全球目标长期变化的观测和动态检测提供依据为全球目标长期变化的观测和动态检测提供依据为全球目标长期变化的观测和动态检测提供依据为全球目标长期变化的观测和动态检测提供依据为全球目标长期变化的观测和动态检测提供依据中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术一般未定标的SAR系统存在两个主要问题:�测量重复性差系统稳定性差测量重复性差系统稳定性差测量重复性差系统稳定性差测量重复性差系统稳定性差�雷达图像不能精确反映实际地物目标的回波特性雷达图像不能精确反映实际地物目标的回波特性雷达图像不能精确反映实际地物目标的回波特性雷达图像不能精确反映实际地物目标的回波特性oσ接收机发射机数据处理记录图像形成处理器测量几何不确定性传播损耗地形影响天线方向图不确定性指向误差增益不确定性噪声数字化非线性噪声内插误差测量误差发射信号变化SARSARSARSAR系统及其主要误差源系统及其主要误差源系统及其主要误差源系统及其主要误差源中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术�三个关键技术三个关键技术三个关键技术三个关键技术�定标理论和信号处理方法�高精度定标设备�有源、无源定标器�关键技术:高精度、高稳定度�温控�自定标回路:短期内的设备增益自动校正(回路图)�外校准技术:绝对精度校正(照片:定标车试验)�定标场和在轨定标试验中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术�三个关键技术三个关键技术三个关键技术三个关键技术�定标理论和信号处理方法�高精度定标设备�有源、无源定标器�关键技术:高精度、高稳定度�温控�自定标回路:短期内的设备增益自动校正�外校准技术:绝对精度校正�定标场和在轨定标试验中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术�三个关键技术三个关键技术三个关键技术三个关键技术�定标理论和信号处理方法�高精度定标设备�有源、无源定标器�关键技术:高精度、高稳定度�温控�自定标回路:短期内的设备增益自动校正�外校准技术:绝对精度校正�定标场和在轨定标试验中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术不同波段的高精度有源定标器中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术定标成像天线方向图测量定标常数测量定标精度检验操作员系统状态分析分析报告定标处理工作站文件管理系统运行控制系统存储管理系统外定标场提交定标处理系统及软件界面中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术天线方向图测量结果点目标质量评估结果中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术定标场建设及外场试验中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室定标技术�目前开展的前沿研究目前开展的前沿研究目前开展的前沿研究目前开展的前沿研究�无人值守高精度有源定标设备�极化定标�干涉定标�海洋定标中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室多星多传感器处理系统技术地面处理和数据管理系统是地面系统三大组成部分之地面处理和数据管理系统是地面系统三大组成部分之地面处理和数据管理系统是地面系统三大组成部分之地面处理和数据管理系统是地面系统三大组成部分之一是连接数据获取和应用的桥梁。一是连接数据获取和应用的桥梁。一是连接数据获取和应用的桥梁。一是连接数据获取和应用的桥梁。地地地地面面面面系系系系统统统统天线与接收系统数据处理与管理系统定标系统数据处理与管理系统中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室多星多传感器处理系统技术�主要任务�数据的处理�数据的管理和分发�核心难点�数据量庞大�传感器繁多�任务管理非常复杂�设备量大体系结构复杂建设一个标准化的地面处理系统平台建设一个标准化的地面处理系统平台建设一个标准化的地面处理系统平台建设一个标准化的地面处理系统平台解决共性的关键技术问题。解决共性的关键技术问题。解决共性的关键技术问题。解决共性的关键技术问题。中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室“两层八大中心”的系统体系结构卫星卫星N卫星地面站地面站……数据网络系统监控网络辐射定标场定标场数据增值处理中心……插件式增值服务系统框架插件插件插件n�高级产品生产�专题产品生产增值服务数据检索和分发服务中心�可视化空间检索�多用户数据分发�订单接收和用户需求受理……数据一体化检索和分发服务框架配置配置配置n数据服务�数据编目�标准产品生产�数据编目�标准产品生产……�数据编目�标准产品生产传感器传感器传感器n产品生产中心网络中心监控网络数据网络高速数据交换局部网络服务器高性能PC机工作站工作站�异构可扩展计算平台�计算资源分配与调度�计算负载均衡�……计算管理计算中心存储与数据库服务器光纤交换机数据中心存储管理�异构可扩展存储平台�数据远程存取访问�数据备份与恢复�数据迁移与回迁�数据共享�……在线存储设备近线存储设备基础设施层管理控制中心�任务管理�业务测控�应用系统监控�系统安全管理�…………任务管理服务器业务测控服务器监控服务器队列服务器管理控制定标处理中心定标工作站定标工作站……�SAR系列定标处理与质量评估�光学系列定标处理与质量评估�光谱系列定标处理与质量评估�……定标处理业务服务层系统控制网络““““两层八大中心两层八大中心两层八大中心两层八大中心””””的体系结构的体系结构的体系结构的体系结构是算法实现、产品生产的综合技术平台是算法实现、产品生产的综合技术平台是算法实现、产品生产的综合技术平台是算法实现、产品生产的综合技术平台中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室或Director定标测试分系统外部网络情报分析分系统综合管理分系统产品制作分系统外部业务系统心跳线输入数据在线存储近线磁带库数据迁移服务集群IO节点集群应急系统服务器集群核心交换机数据接收服务器集群数据库服务器生产管理服务器存储管理服务器集群光学计算集群SAR计算集群备用计算节点对外服务服务器集群近线磁盘存储中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室多星多传感器处理系统技术�四项关键技术�大规模遥感数据接收与记录技术(数据接收)�大规模遥感数据并行计算(数据处理)�分布式数据存储和访问(数据存储和管理)�多任务多用户系统自动运行控制和管理(任务管理)中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室多星多传感器处理系统技术()大规模遥感数据并行计算(数据处理)�大规模数据计算的挑战SAR和光学高分辨率图像数据处理�解决途径:并行和分布式计算�两种策略�基于多任务的并行分布计算策略�基于单一任务的并行分布计算策略�工具�多核处理和SMP、OpenMP、MPI�大规模共享内存服务器与机群中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室多星多传感器处理系统技术()大规模遥感数据并行计算(数据处理)�关键技术�计算体系结构的优化设计�基于具体任务和算法的IO优化设计和实现�减少IO次数�提高单次IO访问效率举例:转秩运算�单元内的算法运算优化�算法分析:浮点、定点、SIN�核心计算单元的优化:基于具体计算机结构的特点函数的软件优化中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室多星多传感器处理系统技术()分布式数据存储和访问(数据存储和管理)�海量数据的挑战�三级数据存储管理体系结构:�在线�近线�离线�全生命周期管理:找得到�高效的数据检索和IO:多用户多进程的高效率服务数据上传暂存或高性能计算使用存放使用频率不高的海量数据长久存放离线数据几TB到几百TBPB量级PB量级中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室多星多传感器处理系统技术()分布式数据存储和访问(数据存储和管理)�关键技术�数据存储体系结构的优化设计�数据全生命周期的优化存储策略�多用户多进程高效并发访问�存储系统和高性能计算系统的一体化设计�安全性设计举例:单一访问多访问中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室多星多传感器处理系统技术()多任务多用户系统自动运行控制和管理(任务管理)�关键技术�复杂任务的高可靠自动化运行管理�异构计算机网络资源的调度:节省资源提高效率�设备自动监控和报警中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室�实验室办公环境实验室位于中科院电子所科电大厦、、层办公和实验用房建筑面积约平方米。�个大型设备集成机房�个专项联调实验室:定标联调实验室、数据处理联调实验室、应用系统联调实验室、硬件设备开发联调实验室。�个会议室�个公共网络机房。�个办公室和个临时库房。中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室课程小结遥感卫星的基本概念和发展历程遥感卫星的基本概念和发展历程遥感卫星的基本概念和发展历程遥感卫星的基本概念和发展历程遥感卫星地面系统的基本组成和业务模式遥感卫星地面系统的基本组成和业务模式遥感卫星地面系统的基本组成和业务模式遥感卫星地面系统的基本组成和业务模式主要关键技术和前沿研究方向主要关键技术和前沿研究方向主要关键技术和前沿研究方向主要关键技术和前沿研究方向中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室

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