[发明专利]行星尺度分析系统

说明书

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。

本申请是于2017年2月28日递交的、申请号为201780013996.1、发明名称为“行星尺度分析系统”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

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。