气象小卫星发展的回顾与展望

气象卫星对地观测是大气、空间气象要素观测的重要手段.近年来,气象小卫星发展迅猛,引起对地观测领域的广泛关注.回顾了目前国内外具有重要影响力的气象小卫星星座的设计思路和布局,在已经实现的对降水、云雨粒子和大气温湿度廓线等重要气象要素的探测能力基础上,提出并阐述了未来中国气象小卫星的发展构想.中国将打造具有前沿技术验证能力、科学试验能力、星座协同和即时定制能力的气象小卫星星座,与大平台系列风云气象卫星互联互通,共同作为数字太空系统的天基感知节点,形成大小结合、星地统筹、协同观测、综合应用的气象卫星发展新格局,为气象高质量发展提供新的技术支撑.

FY-2(02批)气象卫星异常事件与空间天气关系研究

本文研究了FY-2(02批)气象卫星异常事件与空间天气的关系.根据异常产生的原理和现象,研究中把FY-2(02批)气象卫星在轨运行期间发生的异常事件分为设备状态跳变和天线消旋失锁两大类,并分别分析了太阳X射线、磁通总量、各种α粒子、各种质子和电子通量等空间天气参数与两类异常事件之间的关系.分析结果表明设备状态跳变事件与大于2 MeV电子通量有明显关系,83%的此类事件发生在电子通量的高值期.研究中同时还发现同一颗卫星在不同的安全管理模式下异常发生的频次大不相同,而同类的两颗卫星,不同的静电防护措施也会导致异常发生的频次差异很大.此研究结论证明了静电防护措施和卫星在轨安全管理对于预防卫星异常的有效性,同时也为卫星的异常预测以及后续卫星的空间天气保护设计方案提供了借鉴.

基于有向图的静止气象卫星故障检测模型

为解决基于卫星单个遥测值超限进行报警的方法会引起故障的误报和漏报这一问题,提出一种基于有向图的静止气象卫星故障检测模型。定义组合条件报警故障知识规则的描述方法和故障知识库,能够同时对卫星多个通道的遥测值进行综合分析与诊断,提高故障的诊断效率;基于有向图实施卫星故障的自动检测,省去关联故障的判别工作,减少冗余告警,提高故障检测的正确性。实际业务运行结果验证了该模型的可行性与有效性。

气象卫星数据处理分层调度模型仿真

由于风云卫星地面应用系统地面数据处理流程复杂,如何实现风云气象卫星复杂的地面数据快速处理和可靠调度是当前卫星地面系统所亟需解决的一个难题。针对上述问题,提出了一种基于簇的气象卫星数据处理分层调度模型。首先,以分层的思想设计了顶簇与分簇,顶簇协调分簇之间的协作,各分簇自主调度内部作业运行,尽可能地减少了各分簇之间的相互影响;然后,利用Petri网定义了顶簇和分簇的调度网和作业网结构;最后,设计了分簇调度故障处理算法。仿真结果表明改进模型可以很好地简化气象卫星数据处理调度和作业流程,缩小异常影响的范围,提高数据处理的可靠性。

风云卫星地面应用系统计算机网络平台架构

计算机网络平台是风云卫星地面应用系统的重要支撑。从计算资源池、存储资源池、网络系统和管理软件等四个方面详细介绍了风云卫星地面应用系统计算机网络平台的架构和特点。计算资源池中采用了资源调度、并行计算、云计算、大数据等技术实现了计算资源的充分共享和高效使用;存储资源池采用了存储虚拟化、分布式存储等技术实现了存储资源的池化共享;采用软件定义的网络SDN技术保证了网络系统的高效与灵活;通过一体化智能运维系统及典型应用分析与优化软件对系统进行了统一管理和持续优化。实际业务运行表明该平台运行高效可靠,很好地支撑了卫星观测数据的接收、处理、存档、服务与应用以及卫星在轨管理等业务。

风云静止气象卫星地面应用工程计算机网络系统发展

计算机网络系统是风云系列静止气象卫星地面应用工程的重要组成部分,是卫星在轨管理和卫星观测数据接收、处理、存档、服务的重要支撑。自第一颗静止气象卫星发射以来,计算机网络系统规模不断扩大,其架构经历了近二十年的滚动发展和持续改进。对该发展历程和取得的成果进行了回顾,并对未来计算机网络系统建设所面临的诸多机遇和挑战进行了分析。最后,基于灵活的作业和资源调度技术,设计了具有良好可靠性和可扩展性的我国新一代静止气象卫星风云四号地面应用工程计算机网络系统架构。

风云系列气象卫星关键业务监控报警系统的设计与实现

风云系列气象卫星关键业务监控报警系统(CBMS)的设计与实施为高可靠星地业务运行提供了保障。信息收集器与报警平台间的星状结构确保了CBMS的灵活性和可扩展性,使CBMS与业务系统得以无缝集成;对短消息(SMS)等多样化报警手段的有效支持确保了监控报警的时效性和良好的用户体验。实践表明,CBMS能够在提高气象卫星业务系统运行可靠性的同时有效减轻卫星运行维护人员的工作压力。

基于张量分解的卫星遥测缺失数据预测算法

卫星健康状况监测是卫星安全保障的重要基础,而卫星遥测数据又是卫星健康状况分析的唯一数据来源。因此,卫星遥测缺失数据的准确预测是卫星健康分析的重要前瞻性手段。针对极轨卫星多组成系统、多仪器载荷以及多监测指标形成的高维数据特点,该文提出一种基于张量分解的卫星遥测缺失数据预测算法(TFP),以解决当前数据预测方法大多面向低维数据或只能针对特定维度的不足。所提算法将遥测数据中的系统、载荷、指标以及时间等多维因素作为统一的整体进行张量建模,以完整、准确地表达数据的高维特征;其次,通过张量分解计算数据模型的成分特征,通过成分特征可对张量模型进行准确重构,并在重构过程中对缺失数据进行准确预测;最后,提出一种高效的优化算法实现相关的张量计算,并对算法中最优参数设置进行严格的理论推导。实验结果表明,所提算法的预测准确度优于当前大部分预测算法。

风云卫星全流程业务建设关键问题研究

风云卫星已发展50年,建立了包含静止、极轨和晨昏轨道的全球观测体系,其业务链已全面覆盖科研、生产和应用服务,在防灾减灾,气候变化等国计民生领域发挥了重要效益,成为我国气象事业的重要支柱和全球重要的空基设施。但此业务链各环节间的壁垒限制了风云卫星事业的高质量发展。因此,落实《气象高质量发展纲要(2022—2035年)》,推动新时代风云卫星事业高质量发展的关键在于解决风云卫星科研、生产和应用服务的脱节问题,构建贯通从载荷研制到卫星产品应用服务的各个环节的全流程业务。本文通过构建风云卫星全流程业务一体化展示平台、构建卫星气象事件库、构建基于卫星气象服务质量与卫星产品指标的数学模型及构建重大灾害性气象事件复盘风云卫星数据集来逐步实现全面实用的风云卫星全流程业务。

云化卫星地面系统中基于云模型的资源映射方法

基于云计算平台的卫星地面应用系统所承载的任务日益增多,需要在有限的系统资源下提高虚拟资源的利用率和系统的任务处理效率。为此,提出一种基于云模型相似度的资源映射方法。给出任务处理所需资源与资源池可分配资源云模型的定义,根据云模型逆向云算法计算任务资源与可用资源云模型的数字特征,引入云模型相似性测度方法对任务资源与可用资源云模型的相似性进行度量,从而确定优先资源映射。仿真结果表明,该方法可以提高云化系统资源利用率,并且满足多任务处理的实时性需求。

风云三号气象卫星地面数据接收远程故障诊断系统设计及应用

以风云三号气象卫星国内外多家地面站数据接收故障排查需求为背景,基于Java 1.6,在Eclipse 3.6平台上开发了风云三号气象卫星数据接收远程故障诊断系统,分析了总体框架、构建了故障诊断规则库、阐述了工作流程。该系统可实现对分布式地面站数据接收设备运行状态的远程集中监视、通过解析设备状态报告文件触发自动故障诊断和基于规则的故障诊断,生成故障报告并导入专家经验库,支持文本和图形两种查看方式。经过业务实践检验,该系统界面友好,能够帮助知识工程师远程精准定位故障单元,有效提高了排故效率,增强了集成运行控制中心对各地面站数据接收业务的远程监管能力,对提高风云三号气象卫星及同类卫星数据接收的质量具有一定的实际意义。

气象卫星图像导航的地标匹配算法研究与优化

对气象卫星图像自动地标导航系统中的地标匹配算法进行了深入研究,采用基于最大相关系数的地标匹配算法来保证匹配精度,综合利用计算优化、搜索优化、并行优化等技术得到优化的地标匹配算法。实验结果表明,该算法能够有效降低算法复杂度,明显提高算法执行效率,同时保证地标匹配的准确性,满足自动地标导航系统的高可靠性和高时效性需求。

区域扫描模式下风云二号气象卫星姿态求解方法

针对风云二号气象卫星区域扫描模式下姿态求解问题,提出了分别基于区域观测图像、姿态预报和粗-精姿态关系模型3种不同的卫星姿态求解方法,并分析了它们的适用条件。利用FY-2E卫星获取的2013年7月8—14日的图像进行模拟分析,姿态计算结果表明:利用基于区域观测图像方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,误差保持在2.5个红外像元以内,该方法适用于连续区域观测情况;利用基于预报的姿态求解方法对未来24 h内区域观测云图进行定位,平均误差达到1个红外像元,该方法适用于临时启动区域观测时前24 h的区域云图定位。利用粗-精姿态关系模型方法求解的姿态对区域观测云图进行定位,最大误差为4.9个红外像元,前24 h平均误差为3.6个红外像元,该方法可以在无精姿态数据时对区域观测图像进行应急定位。

广域网加速在FY-3气象卫星数据传输中的应用

风云三号(FY-3)极轨气象卫星数据传输系统需通过广域网链路,将海量卫星观测数据从卫星接收站快速传送到资料处理中心。该文研究广域网加速技术,解决广域网链路中传输气象卫星海量观测数据延迟高、带宽利用低等难题。文中针对FY-3气象卫星观测数据传输量大、时效要求高的特点,分别分析了数据压缩、数据缓存和协议优化3种不同加速技术对卫星数据的传输优化效果,并根据分析结果提出了一种适用于气象卫星数据的广域网传输加速架构。该架构结合3种不同加速技术设计了TCP代理模块、数据段索引模块和HS-TCP传输模块以及相应算法分别实现了数据压缩与缓存和协议优化等功能。通过测试和实际运行表明:在该加速架构下卫星数据广域网传输速率提高了50%～243%。

FY3地面业务系统关键信息短信报警平台的设计及实现

FY3卫星地面业务系统关键信息短信报警平台为高可靠极轨业务系统运行提供了保障。从报警监视关键监视点的选取、轨道接收圈的智能判别,平台报警信息的处理以及保证软件的高时效性出发,讨论了FY3卫星轨道可能出现的情况,提出了两种判别算法并进行了取舍。针对平台报警信息处理以及保证软件高时效性,对FY3卫星的接收时间特性进行了分析并基于此设计报警短信过滤逻辑及基本软件结构。该平台已在实际工程中应用并取得了良好效果,本文最后给出了运行统计数据。

基于主成分分析和改进K-means算法的极轨气象卫星数据处理软件分型研究

提出了一种基于主成分分析方法和改进K-means算法的气象软件分型方法,该方法利用软件运行时资源消耗情况来刻画软件运行特征和对软件分类.首先引入主成分分析方法对软件运行特征进行降维;然后采用改进K-means算法对气象数据处理软件进行分型;最后结合主成分分析结果解释各类软件运行特征的意义.提出了一套指标体系刻画软件,使用该指标体系可以判断极轨气象卫星数据处理的各类软件运行是否正常,通过实验证明,该方法的分类结果与实际情况相符.同时,该指标体系可作为优化软硬件资源分配和提高软件运行效率的依据.

风云三号气象卫星热控系统地面健康管理研究

热控系统是风云三号气象卫星重要的组成部分,直接影响到卫星工作状态和使用寿命。卫星入轨后,在地面对该系统进行长期状态监视、异常检测与分析对于整星及各个有效载荷的安全运行具有重大指示意义。在对风云三号气象卫星热控系统热平衡原理、功能、组成等详细分析的基础上,对其地面健康管理机制及技术进行了系统研究,设计了相应的健康管理综合应用平台。以遥测数据为输入,构建了异常场景定性模型,实现了对风云三号气象卫星热控系统在轨状态的监视和健康管理,对卫星平台及各个载荷不同场景下的状态变化引起的温度波动事件进行关联分析及可视化表达,能够为卫星在轨安全运行提供有效预警和辅助保障,并具有推广价值。

一种基于多Agent的智能家居系统研究与设计

就Agent技术在智能控制领域的应用做了一次尝试,设计出了一种实用性强、较综合全面的基于多Agent的智能家居MAIHS系统方案。考虑到家庭环境在计算、存储以及通信方面的局限性,该系统被设计为2层,由2种Agent组成:监督者(SA)和协作者(CA),并采用集中与分布式相结合的协调策略。此外,系统还将传统的账号密码机制与基于人体生物特征的身份认证方式相结合,使用3层BP神经网络进行综合身份验证,从而可确保拥有较高的保密性、可认证性和灵活性等性能。

FY-2区域观测模式下姿态计算特征参数解算

为解决风云二号卫星连续区域观测时的精确姿态计算难题,提出了风云二号卫星红外云图的几何模型,并对得到的风云二号卫星姿态计算的关键参数进行了验证.在区域观测模式下,提出了几何距离约束进行模型的解算方法,得到了符合业务运行精度的结果.

FY-3B 1级数据质量保障技术研究

极轨气象卫星1级遥感数据是遥感信息定量应用的基础,了解影响1级遥感数据完整性和时效性的异常现象并在最短时间内进行问题的定位和处理,可以在最大程度上保障该数据的质量。以FY-3B卫星为研究对象,根据国家卫星气象中心多年积累的运行经验,对FY-3B1级数据的质量问题进行了分类,然后从问题现象、问题原因的快速定位和处理方法等方面对1级数据的质量保障技术进行了研究。最后基于研究结果提出了地面应用系统的改进建议,从而进一步提高1级数据的质量。