北理工空間載荷之做中國的銳利「天眼

最新 09-09

【編者按】志上九天攬月，願赴星辰大海，北京理工大學在航天事業的征途中且思且行。學校根據「拓天」的戰略發展規劃，針對空間科技領域的關鍵核心技術之一的有效載荷，頂層設計、謀篇布局，組建空間載荷研究院。通過跨學科組織空間載荷技術科研隊伍，進一步加強空間載荷技術的理論基礎和關鍵技術攻關，聚焦研發具有北理特色的載荷及應用，促進學校空間載荷資源的整合與共同發展。我們將推出系列報道，為大家介紹過去幾年裡我校在空間載荷方面取得的驕人成果。

你是我的眼帶我領略四季的變換

你是我的眼帶我穿越美妙的星空

你是我的眼帶我閱讀廣袤的大地

因為你是我的眼讓我看見

這世界就在我眼前

這來自北理工的神奇的眼，到底有著怎樣的真面目呢，一起來看看吧~

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報告地面，發現目標！

衛星發射瞬間

衛星實時檢測重點目標

2013年11月，我國某型光學高解析度對地觀測衛星發射數小時後，地面即接收到了衛星針對重點軍事目標實時檢測的結果，這成為我國衛星技術發展的一個新里程碑。這些重要軍事目標實時檢測結果的獲得，使傳統衛星從原來只能作為千里眼變成了千里眼+電子眼，從此衛星不僅能夠看得遠，更能夠看得快、抓得准。衛星數據獲取能力的大幅提升，依靠的是星上實時信息處理技術手段，這都來自於北京理工大學信息與電子學院的毛二可院士團隊。

衛星技術的下一個制高點

—星上實時信息處理技術！

隨著我國高解析度對地觀測系統重大專項的實施、空間基礎設施建設的啟動，到2020年將實現幾十顆遙感衛星同時在軌工作。由於遙感衛星的解析度和幅寬不斷提升，帶來數據量呈幾何級數增長，海量遙感數據傳輸、處理與應用面臨新的挑戰。傳統的衛星數據任務鏈由星上數據獲取、星地數傳、地面處理和信息分發等環節構成，有效信息到達用戶的延遲過長（小時級），難以滿足災害預警及應急、重點軍事目標監測、環境國土資源監測等需求。

解決上述問題的根本途徑是星上實時信息處理技術，該技術將是衛星技術領域的下一個制高點。

星上實時信息處理，

他們做了什麼

毛二可院士領導的團隊針對衛星信息實時獲取的迫切需求，開展了星上實時信息處理技術的研究，研究進展和研究成果獲得了衛星用戶和工業部門的高度評價。完成了我國首個遙感衛星星上實時處理設備的研製，並與2013年11月成功發射和在軌應用，大大提高了遙感信息獲取的時效性：由當前小時級提升到分鐘級，可滿足減災防災、情報獲取等高時效信息獲取需求。

在星上實時信息處理技術方面，他們主要突破了以下關鍵技術。

1) 星上通用化、開放式、可擴展、可重構處理硬體架構技術

某星上圖像目標處理器及關鍵處理、主控模塊實物

針對星上海量、多源數據實時處理需求以及空間環境下多種制約因素，深入研究了在軌通用化、開放式、可擴展、可重構處理硬體架構技術。該研究成果已經成功應用於多顆衛星，大大提升了衛星數據獲取的時效性，提升了衛星的適用效能。

2) 星上高性能專用處理ASIC設計技術

某星上專用高性能ASIC晶元實物，船隻檢測和雲判結果圖

星上實時處理系統的核心處理器性能是決定系統處理能力的關鍵因素。一方面基於國外高等級的FPGA、DSP等通用數字處理器構建的系統，存在性能功耗比較低、可靠性不足等問題；另一方面，傳統架構的SoC處理器則存在通用性受限等問題。針對上述問題，自主研發了低功耗、抗輻照的星上專用ASIC處理器，大大降低了星上實時信息處理系統的體積、重量和功耗。

3) 利用天基手段進行全球大範圍區域的船隻監控技術

在軌圖像處理器切片圖

目前在海運安全、海洋權益維護、反海盜等重要領域，都需要全球大範圍、高時效性的探測手段。遙感信息處理是滿足這些需要最為合適的先進技術，然而，受到星地數傳鏈路、衛星使用效率、現有地面遙感信息處理模式等因素影響，地面遙感信息處理難以滿足高時效、大範圍的探測需求。該團隊突破在軌運算存儲資源約束、在軌惡劣空間環境等難點，實現在軌遙感圖像實時處理演算法、系統設計。成功研製了我國第一個在軌圖像處理器，並於2013年成功發射在軌應用。

4) 海洋溢油、洪水檢測技術