行星尺度分析系统技术方案

一种智能卫星系统，其能够基于可用有效载荷的机会和资源，在空中进行决定和优先级排序，以优化使用下行链路带宽来传输优先数据。通过向卫星系统提供众多的处理能力和自主水平，卫星能够基于机会，从卫星的视角做出关于捕获图像数据的决定，包括图像数据处理、对象检测、图像分割和卫星重定向，以用于捕获感兴趣的区域或对象的图像数据。通过使用机器学习和在轨图像分析，卫星可以仅发送捕获图像的子集、部分捕获图像或图像分析的结果，从而有效地使用下行链路通信信道。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】行星尺度分析系统相关申请的交叉引用本专利申请要求于2016年2月29日递交的、名称为“SystemforPlanetary-ScaleAnalytics”的美国临时申请No.62/301,441的优先权。该专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
技术介绍
卫星的众多功能之一是地球成像。可以针对地球上感兴趣的区域收集成像数据，例如用于分析农业、地质、地图、气象或一些其他有用目的的区域。有用的成像数据在很大程度上取决于感兴趣的特征的相对清晰的视觉路径。然而，通常，通过卫星成像不能看到相关和期望的特征，因为这些特征受到诸如气溶胶或云的大气条件的阻碍。例如，当感兴趣的特征在地球本身上时，云可能会阻碍卫星捕获和传输有用成像数据的能力。此外，典型的卫星通信系统的带宽受限，并且大量的成像数据可能是对可用下行链路带宽的低效使用。当卫星成像数据包括障碍物并因此不包括感兴趣的特征时，该问题会恶化。近地轨道(LEO)中的卫星在每个轨道上的有限时间段内对地球上的一组给定地理位置具有可见性，因此有效使用机载有效载荷(包括地球成像系统)对于使得卫星在其生命周期内的有用性最大化具有特别的意义。具有与地球站相连的控制回路的卫星有效载荷(包括地球成像系统)对其在机载LEO卫星上的使用效率的最大化施加了障碍，因为它们需要与地面部件进行通信或需要由地面组件采取行动，来控制其运行。
技术实现思路
通过为卫星配备有效的处理能力和自主任务分配水平，例如基于机会，或基于成本效益分析，例如，降低成本函数或增加使用一个或多个有效载荷或下行链路带宽的回馈，能够实现相当大的优势。卫星中众多的机载处理可以提供至少两个技术优势。首先，通过仅将有用信息从卫星下载到接收器，机载处理可以允许最大化或增加带宽利用率。另外，卫星能够分析有用的成像，并总结和/或从成像中提取有意义的数据以供下载，而不是下载成像。其次，机载处理可以允许在运行中做出决定，以优化图像采集机会并优先获取有价值的数据。在非限制性示例中，图像数据的机载处理可以最大化或增加带宽利用率，如以下场景中所示。考虑到世界上60％的地区都被云覆盖，因此，在典型的卫星成像中，从卫星下载的图像像素中有60％是云，这会阻碍地球上感兴趣的特征，因此不包含相关信息。这导致浪费的成像资源、机载存储、传输时间和带宽。然而，如果卫星本身具有执行云检测算法的能力，并且如果卫星具有以下能力：对在轨图像进行分割和分类，并且仅下载图像中的无云部分，则系统将直接获得可以发送到地面的信息。在另一个非限制性示例中，如果地面站正在搜索墨西哥海湾中的船，则传统过程要求地面站下载由卫星拍摄的墨西哥海湾的每个图像，然后，搜索每个下载的图像，直到将感兴趣的对象进行定位。这需要下载大量图像，其中大部分图像仅包含水而没有感兴趣特征。然而，如果卫星本身可以采用检测候选船只的算法，例如通过边缘检测或对象检测，则可以将包含候选船只的显著更少数量的图像下载到地面站。此外，卫星不一定必须捕获整个墨西哥海湾的图像，特别是当卫星被分配任务到已知候选船只的坐标周围的小地理定位区域时。通过以这种方式操作，可以通过减少要发送到地面站的数据量(例如，图像或子图像的较小子集)来减少或最小化净带宽利用率。因此，接收较小图像子集的地面站可以更有效地处理减少数量的图像，并决定小地理定位区域中捕获的图像是否包括船只或只是误报。在另一个非限制性示例中，卫星可以监测停车场中的汽车数量。在此过程中，卫星可以在每次卫星传感器经过停车场上时，通过算法对汽车计数。结果，卫星可以发送指示计数的汽车数量的单个数字，而不是发送停车场位置的大量图像。同样，这种情况可以通过消除完全传输停车场位置图像的需要来最大化带宽利用率，并且仅仅导致将数字传输到地面站，从而大大减少所需带宽，并提供额外的可用于其他通信目的带宽。在另一个非限制性示例中，图像数据的机载处理可以允许做出优化图像收集机会并优先获取有价值的数据的实时决定。例如，卫星可以携带优先级列表，并根据地面条件(云、气溶胶、光线等)选择在每个时刻引导其各种传感器的位置。可以评估和/或组合来自不同传感器的信息以做出这些决定。例如，可以使用宽视野传感器来决定将更高分辨率相机对准的位置；热信息可用于高光谱相机的对准，等等。以这种方式，卫星的不同有效载荷可以将数据馈送到控制系统，该控制系统能够基于从一个特定有效载荷接收的数据做出决定，然后基于接收的数据为其他有效载荷进行任务分配。在卫星能够识别对象或陆地使用特征的情况下，如本文所述，可以基于内容向卫星发出任务分配指令。例如，每当卫星检测到玉米田时，卫星可以计算与玉米田相关联的特定参数，并且如果参数高于预定阈值，则卫星可以捕获与玉米田相关联的附加成像数据并发送成像数据。同样地，卫星可以被指示当它检测到66号公路时，它应该通过高分辨率相机跟踪拍摄该道路，数汽车的数量，如果它检测到大型卡车，它应该通过热红外相机(“TIR相机”)来测量卡车的温度。以这种方式，卫星可以基于传感器数据的内容自主地创建任务。也就是说，传感器数据的内容可以用作卫星上的其他系统和有效载荷的输入，并且卫星可以基于传感器数据而激活其他有效载荷。附图说明参考附图描述详细说明。在附图中，附图标记的最左边的一个或多个数字表示附图标记首次出现的图。不同图中的相同附图标记表示相似或相同的元件。图1是描绘包括一个或多个有效载荷和控制系统的卫星的系统概览图，控制系统用于接收来自有效载荷的输入并基于所接收的输入做出决定。图2是示例性在轨卫星成像系统202的组件的框图。图3是由在轨卫星执行的一些成像任务的图示流程图。图4是图像处理和分析系统的组件的框图。图5是用于卫星成像的示例性过程的流程图。图6是用于基于机会的卫星任务分配的示例性过程的流程图。图7是具有人工智能的机载分析的示例性过程的流程图。图8是用于对机载卫星重新计划和改变任务的示例性过程的流程图。图9是用于机载动态代码执行的示例性过程的流程图。具体实施方式如图1所示，系统100包括卫星102。卫星102包括有效载荷104，其在许多情况下将包括成像系统106。成像系统可包括一个或多个相机(在此也称为“成像传感器”)，例如设计用于捕获相对宽视野成像数据的宏观相机108，以及具有相对窄视野的微观相机110，其通常还可以提供更精细的分辨率图像。可以加入通用相机112用于宽视野成像，并且可以将成像数据输入提供给云检测算法。还可以加入TIR相机114用于热成像数据和红外成像数据。附加的相机可以包括多光谱相机或高光谱相机等。出于各种目的，还可以包括作为卫星有效载荷104的一部分的科学仪器和其他传感器116。控制系统118可以包括一个或多个机载计算机，其用于处理有效载荷104和卫星上的其他机载系统的功能。控制系统118可包括一个或多个处理器120和计算机可读介质122。所描述的卫星系统100提供至少三个有益特征：i)将图像处理流水线推向轨道；ii)自动分配任务和调度；以及iii)将更高级别的图像分析推向轨道。卫星系统100允许卫星102实时地进行大部分图像处理流水线，包括将原始传感器数据变换成准备好进行解释和/或分析的地理定位、归一化的正射纠正的图像。大部分这种能力被存储为卫星102的计算机可读介质122内的指令、过程和逻辑。计本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轨道卫星系统，包括：一个或多个传感器；一个或多个处理器；存储器，耦合到所述一个或多个处理器，所述存储器包括可由所述处理器执行的一个或多个模块以进行以下操作：从地面设备接收数据请求，该数据请求包括对确定与特定地理区域内的至少一个对象有关的一个或多个参数的请求；通过一个或多个传感器中的第一传感器捕获与特定地理区域相关联的一个或多个图像；确定一个或多个图像的第一图像子集提供特定地理区域的无障碍视野；至少部分地基于提供无障碍视野的所述第一图像子集捕获第二图像集，所述第二图像集由具有比所述第一传感器更高的分辨率的第二传感器捕获；确定所述第二图像集包括与至少一个对象相关联的数据；至少部分地基于所述第二图像集确定与所述数据请求相关联的一个或多个参数；以及向所述地面设备发送所述一个或多个参数。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.29 US 62/301,4411.一种轨道卫星系统，包括：一个或多个传感器；一个或多个处理器；存储器，耦合到所述一个或多个处理器，所述存储器包括可由所述处理器执行的一个或多个模块以进行以下操作：从地面设备接收数据请求，该数据请求包括对确定与特定地理区域内的至少一个对象有关的一个或多个参数的请求；通过一个或多个传感器中的第一传感器捕获与特定地理区域相关联的一个或多个图像；确定一个或多个图像的第一图像子集提供特定地理区域的无障碍视野；至少部分地基于提供无障碍视野的所述第一图像子集捕获第二图像集，所述第二图像集由具有比所述第一传感器更高的分辨率的第二传感器捕获；确定所述第二图像集包括与至少一个对象相关联的数据；至少部分地基于所述第二图像集确定与所述数据请求相关联的一个或多个参数；以及向所述地面设备发送所述一个或多个参数。2.如权利要求1所述的轨道卫星系统，其中，所述一个或多个参数包括对所述特定地理区域内的对象的计数。3.如权利要求1所述的轨道卫星系统，其中，确定所述一个或多个图像的第一图像子集提供所述特定地理区域的无障碍视野包括：使用云检测算法分析所述一个或多个图像，以识别图像中没有被云遮挡的区域。4.如权利要求1所述的轨道卫星系统，其中，所述数据请求包括提供给所述轨道卫星系统的指令集，当所述卫星系统确定满足一个或多个条件时，所述指令集将被执行。5.如权利要求4所述的轨道卫星系统，其中，所述一个或多个条件包括当前时间和日期、所述轨道卫星系统的定位、位置、定向、可用有效载荷、可用能量或当前温度。6.一种卫星系统，包括：一个或多个处理器；成像系统；以及耦合到所述一个或多个处理器的一个或多个存储器，所述一个或多个存储器包括指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时，使所述一个或多个处理器执行包括以下操作的动作：通过所述成像系统的第一成像传感器捕获一个或多个第一图像；分析所述一个或多个第一图像以识别感兴趣的特征；基于所述感兴趣的特征，确定要由所述一个或多个处理器执行的第二指令集；基于所述第二指令集，捕获一个或多个第二图像；分析所述一个或多个第二图像以生成分析；以及将所述分析传输到地面站。7.如权利要求6所述的卫星系统，其中，分析所述一个或多个第一图像包括：执行云检测算法，以确定所述一个或多个第一图像中对地球的观测不受云遮挡的区域。8.如权利要求6所述的卫星系统，其中，分析所述一个或多个第一图像包括：执行对象检测算法，以检测地球表面上的...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃米利亚诺·卡尔吉曼，杰尔拉多·加布里埃尔·理查特，
申请(专利权)人：优鲁格斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：乌拉圭,UY