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“面向应用的航天遥感软硬一体化仿真系统技术与应用示范”项目获北京科技进步奖一等奖
时间:2016-08-30

    一、项目概况 

  “面向应用的航天遥感软硬一体化仿真系统技术与应用示范”项目获得2013年度北京市科技进步一等奖,第一完成单位为中国科学院遥感与数字地球研究所,主要完成人为顾行发、余涛、胡新礼、马骏、柳钦火、张兵、李震、侯宇葵、陈继平、王春梅、赵利民、董文、王更科、魏香琴、廖楚江。 

  航天遥感应用是利用遥感卫星数据在农业、环境、减灾、水利等各领域开展专题信息提取及知识的应用,涉及卫星、遥感器、数据处理等诸多环节,任何一个环节都对最终的应用效果产生决定性影响。卫星寿命期内平均每天成本在100万元人民币以上,每天数据获取量达到了TB级,每天有成千上万家用户在应用。长期以来,遥感应用界面对的重大挑战之一就是如何针对卫星群进行满足应用需要的遥感任务设计、高质量数据获取以及应用处理系统的搭建。 

  本项目历经八年,突破了遥感数据-信息-应用全过程仿真的诸多技术瓶颈,研发了一个以应用需求为出发点和落脚点的“天地一体化”航天遥感仿真系统。包括遥感卫星群组网覆盖、遥感器成像、应用系统分析等3个功能模块及1个软硬一体化集群计算平台,涵盖卫星群组网分析、遥感器成像指标论证、地面数据处理评价等功能于一体。 

  仿真系统可以在航天遥感系统设计、运行、应用、评价等各阶段发挥作用,可对30颗以上的多星组网应用进行优化分析,对卫星获取的光学与合成孔径雷达(SAR)遥感图像评价,对PB级数据处理规模的应用系统进行分析。其应用不仅可以有效避免卫星上天后发现问题无法弥补的局面出现,而且在此基础上形成了面向应用的航天遥感系统论证体系,支持开展顶层设计,支撑遥感系统自主创新建设。 

  航天技术发达国家在这方面拥有长期的实践过程,但由于此类技术的重要性与敏感性,对我国长期存在着不同程度的封锁。本项目发展了具有自主知识产权、符合应用需求的技术系统。在国际上首次实现了从应用角度对整个遥感系统的需求、规模、质量、结构、功能、性能等进行闭环式的优化迭代分析。 

  项目成果已在《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》确定的16个重大专项之一的“高分辨率对地观测系统重大专项”、胡锦涛书记与温家宝总理多次批示的“国家自然灾害空间信息基础设施专项”以及国家民用空间基础设施中长期发展规划中得到有效应用,并在环境减灾、风云、海洋等12颗卫星综合应用分析、载荷状态评价以及农业、国土、防灾减灾、海洋等10个领域近50个部门得到广泛推广应用,获得了上亿元直接经济效益及巨大的社会效益。 

软硬一体仿真系统总体思想图

遥感器图像仿真总体思路 

  二、项目研究水平与创新 

  本项目以应用为导向,提出了天地一体化、全过程、全链路航天遥感仿真思想,研发了具有自主知识产权的一体化航天遥感仿真分析系统,在国际国内实现了若干个“第一”。 

  本项目主要技术创新点可归纳为4点: 

  (一)突破面向应用的全链路航天遥感图像仿真与评价技术,解决了遥感成像影响因素及处理方法评价的难题。 

  (二)突破多种卫星与遥感器组网协同地面覆盖高精度分析技术,解决了面向应用任务设计的遥感数据获取及数据量分析的难题。 

  (三)突破遥感应用系统标准计算单元设计、流程定制及等量化分析等技术,解决了地面应用处理系统建设规模及大数据处理时效性评价的难题。 

  (四)突破遥感数据组织结构、仿真数据正反演耦合等技术,解决了计算平台软硬件环境搭建的难题。 

  四、项目实施效果 

  项目成果在国家重大专项论证与建设、遥感卫星设计研制、各行业遥感业务部门均得到较好应用与推广。 

  在国家高分重大专项、自然灾害空间基础设施专项、国家空间基础设施等论证过程中,本系统的高精度轨道预报与覆盖分析、应用系统仿真功能为整个系统构建的合理性、稳定性、完整性提供了仿真分析技术支撑,有力支撑了各项任务的完成。 

  遥感卫星设计研制部门器件、载荷、卫星系统研发中,在红外多角度技术、国产器件分裂窗设计可行性、多角度偏振遥感器(DPC)等在研卫星遥感器数据处理技术、HJ等在轨卫星遥感器应用潜力分析中,本仿真系统服务航天五院总体部、北京空间飞行器总体设计部、北京空间机电研究所、中科院上海技术物理所、西安光机所等载荷研制部门,所生产的高精度模拟数据为航天传感器系统参数的设计优化、载荷性能评价提供了定量分析的数据支撑,有力地支撑了基于新型传感器的对地观测计划的技术可行性论证,缩短了载荷的研制周期,节约了研制成本,加快了高水平传感器的研发进程。 

  本项目成果在各行业与区域遥感业务应用领域也有十分广泛的应用。截至20133月,包括中国资源卫星应用中心、中国科学院地理科学与资源研究所、国家林业局调查规划设计院、中国水利水电科学研究院遥感技术应用中心、中国核工业集团公司航测遥感中心、广西壮族自治区测绘局等近50家部门和单位,应用范围覆盖了航天、海洋、林业、测绘、探矿、城市精细化管理、现代农业、减灾防灾、环保、国土资源、水利水电、科学研究等领域。同时,培养了一批新型的仿真专业技术人才,在以后的实践中将有更加广泛的应用前景。 

  该项目具有自主知识产权,是我国近年来取得的重大技术突破。已获专利授权4项,软件登记10个,发表科研论文53篇,其中SCI论文19篇。 

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