用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统，包括：当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息进行火点提取处理。理信息进行火点提取处理。理信息进行火点提取处理。

【技术实现步骤摘要】
用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星
，具体地，涉及用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统。

技术介绍

[0002]随着遥感技术的发展，卫星遥感已广泛应用于各个行业。卫星遥感技术运用于山火监测，能够为山火防范决策、防灾减灾应急响应提供及时准确的火情监测信息服务。
[0003]输电线路是电网运行的命脉，山火及其次生灾害是威胁电网运行的重要外部环境因素之一。卫星遥感监测范围较广，采用可见光、红外等手段，能够做到早发现，早扑救，动态跟踪的目的，同时也能为灾后受损评估提供依据。已有的卫星遥感火点监测系统通常采用国外的AVHRR、MODIS、Himawari
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8，国内的风云系列等卫星，存在以下问题：空间分辨率往往低于1km，定位精度和过火面积误差较大，不能满足10米量级的小面积山火早期发现的要求；地面接收数据的时效性差，高轨卫星如中国风云四号静止气象卫星、日本Himawari
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8静止气象卫星，数据下载时间相对观测时间滞后30分钟，国内低轨风云三号气象卫星，数据下载时间相对观测时间滞后6小时，国外低轨遥感卫星数据下载时间相对观测时间滞后长达6~24小时，均不能满足实时观测处理的需求。因此，在实际运行中，存在时间分辨率低、不能多时次比对分析等不足，导致无法及早发现森林火灾，且难以对火灾态势进行持续跟踪，无法实现对火灾发展的动态展示。目前需要以大范围成像覆盖较大的地表区域，利用高分辨率观测发现燃烧早期的小面积山火，但这将产生较高的数据量。因此，迫切需要一种大范围对地遥感监测的高分辨率遥感数据实时下传地面的卫星数据传输方法，将成像时刻到地面收到数据的滞后时间控制在秒级。
[0004]专利文献CN114120563A（申请号202111399897.6）公开了一种基于多源卫星遥感技术的林火监测系统及方法；专利文献CN111090715A（申请号201911359878.3）公开了一种卫星遥感火点监测系统；专利文献CN110517440A（申请号201910785683.9）公开了一种基于卫星遥感系统的智能监控预警系统及方法。这几个专利技术都是通过实时接收静止卫星和极轨卫星的遥感测数据生成卫星处理数据，通过地面处理提取信息，并进行可视化展示，生成火情监测图像，对森林火灾的发展态势进行连续跟踪，获取火情发展的动态变化数据并动态展示。但这几个专利技术的数据源采用的是现有的静止卫星和极轨卫星，如前所述，该方法接收此类卫星数据的时延在30分钟~数小时不等，并没有解决数据秒级传输的问题。
[0005]专利文献CN101226058B（申请号200810057335.1）公开了一种卫星侧摆机动图像实时传输的实现方法。该专利技术利用卫星上的动量轮控制整星大角度连续快速侧摆机动，相机进行曝光成像的同时，卫星通过组阵数传天线将侧摆到位后的成像数据实时传输至卫星地球站。该专利技术虽然也能实现高分辨率数据的实时传输，但卫星需要做大角度侧摆机动，增加了整星技术难度，这是为了解决小幅宽高分辨率成像而不得不采取的折衷措施。而本专利技术采用宽幅高分辨率对地成像，能够覆盖星下点附近1000km范围，卫星不需要姿态机动，降低了卫星技术难度，同时具有较大的对地覆盖范围。
[0006]专利文献CN107450582B（申请号201710723784.4）公开了一种基于星上实时规划的相控阵数传引导控制方法，实现了微小卫星成像后快速数传以及成像的同时进行数传的功能。该专利技术中如果卫星处于卫星地球站测控范围内时，不需要姿态机动，利用相控阵进行波束指向。但该专利技术在计算相控阵天线的离轴角与方位角过程中，必须经过卫星轨道系进行转换，将会占用一定的计算时间。此外，该专利技术对于卫星地球站在相控阵天线的测控范围之外的情况，就只进行成像，并没有解决实时传输的问题。而本专利技术利用GNSS定位数据和时间求出卫星指向卫星地球站的矢量，进而利用星敏感器输出的惯性姿态四元数直接求出离轴角和方位角，改进优化了计算方法，降低了计算量，减少了星上计算时间。同时，本专利技术提出了用星上处理结合北斗短报文的方式将星上处理结果实时回传，解决了无测控站情况实时接收山火监测数据的问题，说明本专利技术具有较强创新型性。
[0007]专利文献CN213213467U（申请号202022443831.X）公开了一种基于多模卫星通讯系统的深海潜标实时数据传输系统。该专利技术可利用天通一号卫星、北斗卫星或铱星三个卫星系统，通过同串口通讯把潜标测试数据发送到通讯终端，然后利用3种卫星通讯系统传回地面。该专利技术可以解决卫星地球站通讯无法覆盖区域的数据采集问题，但该专利技术所传输的数据内容是深海潜标的低速率数据。而本专利技术传输的对象是卫星遥感采集的高速率数据通过星上处理后得到的山火监测预处理结果，包含的信息量远大于深海潜标数据。本专利技术通过星上处理将高速的原始数据转变为低速的结果数据，与该专利技术的技术特征有明显区别。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及系统。
[0009]根据本专利技术提供的一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，包括：当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息进行火点提取处理。
[0010]优选地，在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站，卫星地球站的位置采用：步骤S1：定义卫星轨道高度为h，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为，地球平均半径为R；步骤S2：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：步骤S3：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c步骤S4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证
距离区域边界最远距离不超过r。
[0011]优选地，所述高增益二维扫描点波束天线包括：带有二维驱动机构的反射面天线或相控阵天线。
[0012]优选地，所述卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，并通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站；卫星高增益二维扫描点波束天线的二维指向角采用：步骤S5：定义卫星地球站在WGS84坐标系下的位置分量为S；步骤S6：从星载GNSS获取当前时刻T和卫星在WGS84坐标系下的位置分量P，从卫星的星敏感器获取J2000惯性坐标系转到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵C
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；步骤S7：计算当前T时刻WGS84坐标系转到J2000惯性坐标的坐标转换矩阵C本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，包括：当在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站时，通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站，卫星地球站基于接收到的宽幅高分辨率遥感数据进行火点提取处理；当卫星位于境外或卫星天线覆盖区域内是没有卫星地球站的非重点观测区域时，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息，并经过卫星上的北斗数传终端下传至地面数据处理系统，地面数据处理系统基于接收到的遥感山火预处理信息进行火点提取处理。2.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，在预设的山火高发重点观测区域内设有卫星地球站，卫星地球站的位置采用：步骤S1：定义卫星轨道高度为h，高增益二维扫描点波束天线的扫描半锥角为，地球平均半径为R；步骤S2：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的地心半锥角c为：步骤S3：计算高增益二维扫描点波束天线的地面覆盖区域的半径为：r=R*c步骤S4：对于每个封闭的山火高发的重点观测区域，卫星地球站建设位置应保证距离区域边界最远距离不超过r。3.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，所述高增益二维扫描点波束天线包括：带有二维驱动机构的反射面天线或相控阵天线。4.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，所述卫星高增益二维扫描点波束天线的波束指向卫星地球站，并通过卫星上的高增益二维扫描点波束天线将卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据下传至卫星地球站；卫星高增益二维扫描点波束天线的二维指向角采用：步骤S5：定义卫星地球站在WGS84坐标系下的位置分量为S；步骤S6：从星载GNSS获取当前时刻T和卫星在WGS84坐标系下的位置分量P，从卫星的星敏感器获取J2000惯性坐标系转到卫星本体坐标系的坐标转换矩阵C
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；步骤S7：计算当前T时刻WGS84坐标系转到J2000惯性坐标的坐标转换矩阵C
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；步骤S8：计算卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V：步骤S9：将卫星指向卫星地球站的矢量在本体系下的投影分量V转换为单位矢量，再根据天线安装方位和二维角度的定义，求出实时二维角度。5.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，通过卫星上的载荷数据预处理装置对卫星采集到的宽幅高分辨率遥感数据进行预处理得到遥感山火预处理信息包括：火点位置和着火面积。6.根据权利要求1所述的用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法，其特征在于，对于多颗卫星在轨组网协同工作监测山火的情况，每颗卫星的载荷对地成像的同时，
由其星载计算机调度数据，将载荷数据包编码组帧后通过卫星上的激光通信终端发送到相邻的其他卫星，经星间通信逐步传递到过...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕旺，宋玉亭，塔娜，刘伟亮，刘胜，王豪，孙聪，周绍辉，
申请(专利权)人：上海航天空间技术有限公司，
类型：发明
国别省市：