适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统技术方案

本发明专利技术提出了一种适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，该地面运控网络系统包括卫星运控节点、任务调度节点、图像处理节点、产品分发节点和虚拟卫星节点。本发明专利技术由于重新根据工作特点配置了星地任务分工，可在大幅拓展系统效能和时效性的同时有效提升研制生产效率并降低成本。能够用于建设一种全球多点实时视频监视和高价值动目标跟踪的低成本卫星网络系统。可实现对敏感区域实现持续的监视、将高分辨率视频实时下传地面，跟踪动态目标移动路径，以及实时灾害评估等；可实时获取商业情报信息、获取小区域精准天气预报，进行灾害评估，应急救援、探险辅助等。

Ground Operational Control Network System for Space-based Global Real-time Continuous Surveillance

The invention provides a ground operation control network system suitable for space-based global real-time continuous surveillance. The ground operation control network system includes satellite operation control node, task scheduling node, image processing node, product distribution node and virtual satellite node. Because the satellite-to-ground task division is reconfigured according to the working characteristics, the invention can greatly expand the efficiency and timeliness of the system, effectively improve the development production efficiency and reduce the cost. It can be used to construct a low-cost satellite network system for global multi-point real-time video surveillance and high-value moving target tracking. It can realize continuous surveillance of sensitive areas, real-time upload of high-resolution video to the ground, tracking the moving path of dynamic targets, and real-time disaster assessment, etc. It can acquire real-time business intelligence information, accurate weather prediction in small areas, disaster assessment, emergency rescue, exploration assistance, etc.

【技术实现步骤摘要】
适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统
本专利技术涉及对地遥感成像系统，尤其涉及一种用于天基全球实时监视功能的网络系统，具体地说是一种适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统。
技术介绍
近年来，随着卫星技术的进步和遥感应用需求的增加，未来高分遥感应用将与导航定位、移动互联网、物联网、智慧城市以及信息化战争深入融合，促使航天应用发挥更广泛的效能。未来高分辨率遥感卫星数据应用不仅需要高的分辨率，还要求是更及时、更高频次、更加有效的信息获取。为克服低轨高分辨率光学侦查卫星幅宽窄、目标重访周期较长等问题，目前的商业卫星市场上需要一种能够满足全球多点实时视频监视，具备高价值动目标跟踪的低成本卫星系统。现有类似解决方案包括：低轨小卫星网络系统、低轨高分辨率卫星、高轨高分辨率卫星、低轨快速响应卫星、无人机等。2016年6月15日，行星实验室搭载印度PSLV运载火箭发射了88颗Dove(鸽子)卫星。这些卫星大致均布在同一个太阳同步轨道面上，形成一个庞大的地球扫描仪。行星实验室计划布置共150颗卫星，在475公里高度形成对地球全覆盖的卫星网络，从而实现每天对扫描一次地球[1]。美国TerraBella提出“小卫星、大数据”概念，计划发射24颗微卫星Skysat，可进行视频成像，重访时间6～8小时。采取和劳拉空间系统公司合作研制的方式，由劳拉生产高分辨率的卫星。劳拉也因此建立了自己的小卫星产品线，可以向其他企业提供定制卫星服务[1]。中国四维商业遥感卫星公司将在2022年前后建成“16+4+4+X”商业遥感卫星，该系统包括16颗0.5米分辨率高分光学卫星、4颗高端光学卫星、4颗合成孔径雷达卫星和若干颗高光谱、视频小卫星组合的遥感卫星星座。16颗0.5米分辨率高分光学卫星中的首批4颗将在2017年中前完成建设并投入市场[2][3]。未来欧美静止轨道高分辨率光学成像系统可实现1～3米分辨率的区域持续监视。主要的技术途径包括大口径单体反射成像、空间分块可展开、光学合成孔径、薄膜衍射成像等技术[4]。可见现有的低轨卫星系统均不具备实时视频观测能力。而静止轨道高分辨率卫星技术不成熟，造价高昂，而且只能实现单点探测。[1]石亚琼.逐鹿太空网络掘金卫星应用_卫星创业公司及其商业模式[J].卫星应用,2016(3).[2]高景一号商业遥感卫星.百度百科,2017[3]齐真.我国首批0.5米级商业高分辨率遥感卫星高景－1年底发射[J].国际太空,2016.12[4]刘韬，周润松.国外地球静止轨道高分辨率光学成像系统发展综述[J].航天器工程，2017(4)。
技术实现思路
针对现有商业卫星市场上对全球多点实时视频定制观测的低成本卫星系统的需求，本专利技术提出一种适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，由于重新根据工作特点配置了星地任务分工，可在大幅拓展系统效能和时效性的同时有效提升研制生产效率并降低成本，可用于对全球中低纬度多个地区进行无间断连续视频监视。本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，该地面运控网络系统用于承担卫星控制计算和产品处理分发任务，包括对在轨的小卫星进行全网在线实时远程测量和控制，接收和处理遥感数据，并通过互联网实时分发到用户；该地面运控网络系统包括：卫星运控节点，用于实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估；根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务；进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构；任务调度节点，用于根据用户的观测需求和网络工作状态，在短时间内规划成像任务，对接力成像和数据传输路径进行规划寻优，并生成相应卫星参数的目标曲线；图像处理节点，用于实时分析各成像节点传回的遥感数据，完成目标特性分析，图像畸变校正、图像定位配准、移动目标跟踪路径计算，并根据遥感图像实时计算成像节点卫星当前精确姿态等处理任务；产品分发节点，用于根据图像处理结果生成产品，即刻通过互联网分发至用户，将信息获取的时间延迟降低至秒级；虚拟卫星节点，用于仿真模拟全网卫星在轨运行情况，与其他地面运控网络系统的节点对接，对小卫星网络的工作状态进行实时或超实时仿真模拟，用于状态监视、故障分析和控制方案验证。进一步地，所述地面运控网络系统通过星间链路接收各卫星节点采集的相机、姿态、轨道、温度、能源、振动等工程参数信息，并通过星间链路向各卫星节点发送控制指令，以驱动相机、姿态控制、加热器等对应的机构执行动作。本专利技术由于重新根据工作特点配置了星地任务分工，可在大幅拓展系统效能和时效性的同时有效提升研制生产效率并降低成本。本专利技术能够用于建设一种全球多点实时视频监视和高价值动目标跟踪的低成本卫星网络系统。本专利技术可实现对敏感区域实现持续的监视、将高分辨率视频实时下传地面，跟踪动态目标移动路径，以及实时灾害评估等；可实时获取商业情报信息、获取小区域精准天气预报，进行灾害评估，应急救援、探险辅助等。附图说明图1是本专利技术实施例适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统组成和工作原理示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术实施例提供了适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，该地面运控网络系统是天基全球实时连续监视网络的计算处理核心，负责对在轨的小卫星进行全网在线实时远程测量和控制，接收和处理遥感数据，通过互联网实时分发到用户；包括卫星运控节点，用于实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估；根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务；进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构；任务调度节点，用于根据用户的观测需求和网络工作状态，在短时间内规划成像任务，对接力成像和数据传输路径进行规划寻优，并生成相应卫星参数的目标曲线；图像处理节点，用于实时分析各成像节点传回的遥感数据，完成目标特性分析，图像畸变校正、图像定位配准、移动目标跟踪路径计算，并根据遥感图像实时计算成像节点卫星当前精确姿态等处理任务；产品分发节点，用于根据图像处理结果生成产品，即刻通过互联网分发至用户，将信息获取的时间延迟降低至秒级；虚拟卫星节点，用于仿真模拟全网卫星在轨运行情况，与其他地面运控网络系统的节点对接，对小卫星网络的工作状态进行实时或超实时仿真模拟，用于状态监视、故障分析和控制方案验证。如图1所示，星地采用星间链路的方式进行全网在线数据交互：卫星节点将相机、姿态、轨道、温度、能源、振动等工程参数信息通过星间链路传输至地面站测控范围内的卫星节点，再下传至地面运控网络系统；地面运控网络系统的卫星运控节点实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估。根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务。进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构。当用户发起观测任务时，地面运控网络系统中的任务调度节点根据用户的观测需求和网络工作状态，对执行遥感观测任务的卫星节点进行任务分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，其特征在于，该地面运控网络系统用于承担卫星控制计算和产品处理分发任务，包括对在轨的小卫星进行全网在线实时远程测量和控制，接收和处理遥感数据，并通过互联网实时分发到用户；该地面运控网络系统包括：卫星运控节点，用于实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估；根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务；进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构；任务调度节点，用于根据用户的观测需求和网络工作状态，在短时间内规划成像任务，对接力成像和数据传输路径进行规划寻优，并生成相应卫星参数的目标曲线；图像处理节点，用于实时分析各成像节点传回的遥感数据，完成目标特性分析，图像畸变校正、图像定位配准、移动目标跟踪路径计算，并根据遥感图像实时计算成像节点卫星当前精确姿态；产品分发节点，用于根据图像处理结果生成产品，即刻通过互联网分发至用户，将信息获取的时间延迟降低至秒级；虚拟卫星节点，用于仿真模拟全网卫星在轨运行情况，与其他地面运控网络系统的节点对接，对小卫星网络的工作状态进行实时或超实时仿真模拟，用于状态监视、故障分析和控制方案验证。...

【技术特征摘要】
1.适用于天基全球实时连续监视的地面运控网络系统，其特征在于，该地面运控网络系统用于承担卫星控制计算和产品处理分发任务，包括对在轨的小卫星进行全网在线实时远程测量和控制，接收和处理遥感数据，并通过互联网实时分发到用户；该地面运控网络系统包括：卫星运控节点，用于实时接收全网卫星节点的状态参数遥测数据，对各卫星节点工作状态进行实时评估；根据各类卫星节点工作状态、空间环境和规划的任务路径发送卫星控制指令，使卫星在轨稳定运行，并执行成像和通信任务；进行节点级和网络级的故障诊断和系统重构；任务调度节点，用于根据用户的观测需求和网络工作状态，在短时间内规划成像任务，对接力成像和数据传输路径进行规划寻优，并生成相应卫星参数的目标曲线；图像处理节...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕旺，张伟，赵艳彬，陆晴，宋效正，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31