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我校高精尖中心自主研发“直播地球”概念验证载荷成功入轨

发布日期:2022-03-03点击量:

北京时间 2022 年 2 月 27 日 11 时 06 分,在海南文昌卫星发射中心,长征八号运载火箭实现“一箭 22 星”发射,将承载着首都师范大学“蛙瞳”直播地球概念验证任务的“泰景四号 01 星”送入预定轨道,截至发稿时卫星各项参数正常,相机成像正常,发射任务圆满成功。该卫星是全球首颗直接用于动目标检测的遥感卫星,提供全色双条带推扫数据,以及 X 波段合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)数据。



此次搭载的直播地球概念验证载荷由我校北京成像理论与技术高精尖创新中心遥感成像技术团队开发,利用双条带成像数据实现全范围的运动目标检测,结合动画遥感图技术,重建全范围运动轨迹,实现直播地球的核心概念。验证载荷由光学相机与星上处理单元组成。光学相机采用全色双线阵推扫成像,对推扫区域进行动目标影像采集, 其硬件由我校联合中国科学院长春光学精密机械与物理研究所共同研制。星上处理单元可自主完成 0 到 1 级预处理,在预处理的基础上实现智能遥感影像的加速识别,以期实现以目标和信息传输取代条带影像传输的成像新机制。相较于传统的卫星影像的处理模式,遥感影像的处理过程被分功能模块拆解到 FPGA(可编程阵列逻辑) 和 ARM (处理器)中执行,达到硬件加速和实时星上处理的目的,大幅度减少了因双条带推扫所产生的的冗余数据。算法功能方面,星上处理单元提供实时星上数据解码,辐射校正,双线阵配准,几何校正,海陆分割,帧差、目标识别等功能,对港口等重点区域进行监测,精准提取感兴趣动目标并进行定位,精度可达百米级。


卫星出厂前调试图

整星对接调试现场照片&动目标相机对接测试现场图


“直播地球”的关键部件是“多模态超级CMOS(互补金属氧化物半导体)”,通过多模态的设计实现了动目标检测所需要的双线阵推扫成像模式,既可以像普通卫星一样推扫,又可以推帧,还可以凝视获取视频,使卫星拥有更多功能。双线阵推扫成像模式可以同时获取运动目标的速度和方向,结合地理信息数据库,有望提高目标监测的时间分辨率,实现面向实时应用的遥感服务,为应急减灾、交通运输、船舶监测等场景提供技术支撑。这种“直播地球”系统能够低成本扩展遥感卫星星座的功能,为面向全球、服务人类命运共同体建设的大型低轨遥感星座系统提供新的建设思路和中国方案。


星上处理单图


项目背景

   2016 年,依托我校北京成像理论与技术高精尖创新中心与三维信息获取与应用教育部重点实验室,我校联合国内外顶尖科学家立项了“多模态传感器基元程控成像技术与应用”研究课题。项目开展新型CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器成像技术及应用研究,提出传感器基元程控理念,研究多模态超级传感器设计方法,研究采样模式,攻克了斜模式下超分辨率图像重建、数字 TDI(时间延迟积分)、运动目标检测等关键技术,研制出多模态超级传感器 MS-CMOS(多模态互补金属氧化物半导体) 原理样机,并利用新型 CMOS(互补金属氧化物半导体) 实现了工程验证。探索建立下一代光学成像传感器及特色应用模式,面向新一代航天光学传感器提出提出了“传感器基元程控技术”的相机架构。该架构探测器重点突破了四种关键性技术:一是相机采样成像模式可实现灵活切换;二是传感器大面阵超分辨率图像获取功能;三是传感器可实现数字域 TDI(时间延迟积分) 级数灵活可控;四是动目标检测功能。

2017 年,国家科技部网站曾发表题为“时速10公里动目标检测光学遥感相机原理样机技术研讨会在京召开”的新闻动态,对我校高精尖创新中心遥感成像技术团队实现的动目标检测光学遥感相机进行报道,认为动目标检测是遥感领域的重要方向、热点和难点,对于资源环境、防灾减灾、智慧城市等领域有着重要的意义。