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。地使用下行链路通信信道。地使用下行链路通信信道。

【技术实现步骤摘要】
行星尺度分析系统
[0001]本申请是于2017年2月28日递交的、申请号为201780013996.1、专利技术名称为“行星尺度分析系统”的中国专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及利用卫星提供与地球表面上的对象或特征有关的参数或分析。

技术介绍

[0003]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。
[0004]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。
[0005]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

[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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
[0012]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。
[0013]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。
[0014]图2是示例性在轨卫星成像系统202的组件的框图。
[0015]图3是由在轨卫星执行的一些成像任务的图示流程图。
[0016]图4是图像处理和分析系统的组件的框图。
[0017]图5是用于卫星成像的示例性过程的流程图。
[0018]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。
[0019]图7是具有人工智能的机载分析的示例性过程的流程图。
[0020]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。
[0021]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
[0022]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。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星，包括：一个或多个成像传感器；一个或多个处理器；以及一个或多个存储器，耦合到所述一个或多个处理器，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操作，所述操作包括：通过所述一个或多个成像传感器中的成像传感器来捕获一个或多个图像；在所述卫星上分析所述一个或多个第一图像，以确定关于地球表面上的至少一个感兴趣对象或特征的信息，用以生成分析；以及将所述分析存储在所述卫星上的存储器中，用于进一步处理，用于传输到另一位置，或是用于进一步分析。2.根据权利要求1的卫星，其中，分析所述一个或多个图像包括：执行对象检测算法，以检测地球表面上的所述至少一个感兴趣对象或特征，确定预定类别的语义对象的多个实例，和/或将所述一个或多个图像分割为复数个子图像，使得至少第一子图像包含地球表面上的所述至少一个感兴趣对象或特征。3.根据权利要求1的卫星，其中，所述操作还包括接收数据请求，所述数据请求包括以下各项中的至少一项：请求确定与地球表面上的所述至少一个感兴趣对象或特征有关的一个或多个参数的请求，请求发送与满足某些标准的感兴趣区域或对象相对应的数据的请求，可执行代码和/或配置设置，任务分配参数，或任务的优先级列表。4.根据权利要求3的卫星，其中，所述可执行代码和/或配置设置包括人工智能配置，其中优选地，所述人工智能配置包括神经网络，所述神经网络在被上传到卫星系统之前在地面上受到训练，或者在所述卫星上受到训练。5.根据权利要求3或4的卫星，其中，在所述卫星上利用星载数据来更新所述人工智能配置，所述星载数据包括成像数据、卫星健康数据、图像分析数据或卫星定向数据。6.根据权利要求1的卫星，其中，通过执行在所述卫星上的人工智能或机器学习算法来分析所述一个或多个图像。7.根据权利要求1的卫星，其中，所述操作还包括：基于关于地球表面上的至少一个感兴趣对象或特征的所述信息，确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃米利亚诺，
申请(专利权)人：优鲁格斯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：