用于捕获并遣返卫星数据的方法和系统

摘要

本发明涉及一种对表示空间区域(被称为目标区域)的卫星数据进行捕获以及遣返的方法。本发明还涉及一种用于捕获并遣返卫星数据的装置，其包括多个卫星(1、100)、多个陆地接收站(50、51、52、53、54)，其特征在于，该装置包括对于由被称为接收站的接收站(50、51、52、53、54)所接收的、源自空间层的每项数据：用于确定旨在存储该项数据的、被称为关于该项数据的胜任接收站的接收站(50、51、52、53、54)的单元；以及用于将该项数据从接收该项数据的所述站路由到所述关于该项数据的胜任接收站的陆地数字网络。本发明还涉及一种捕获并遣返卫星数据的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于捕获并下载表示空间区域的卫星数据的过程。本发明还涉及一种用于捕获并下载表示空间区域的卫星数据的装置。更具体地，本发明涉及一种用于将图像下载到地面的过程以及一种用于陆地观测的装置。

背景技术

已知一种用于陆地观测的装置包括：被称为空间层的用于捕获图像的卫星星座，每个卫星配备有用于捕获地球的一些部分的图像的至少一个光学设备，并包括用于将所捕获的图像传输到陆地层的至少一个模块；分布在被称为陆地层的地球表面上的多个接收站，每个接收站包括用于接收源自空间层的图像的至少一个模块。

SPOT卫星星座构成了此种装置。该星座包括多个卫星，多个卫星设置在太阳同步的、圆形极轨道上，并且相对于地球同相。每个卫星具有的周期为26日。每个卫星包括光学装置、数据记录器以及用于将图像传输到地面上的接收站的系统。光学装置适合于确保得到可参数化的间接目标，使得在26日的周期的过程中，可以几次观测到相同区域。数据记录器使图像能够在卫星不处于地面站的视线内时存储在卫星上(on board)。当卫星在地面站的视线内时，其通过用于传输图像的模块将存储在卫星上记录器中的图像发送到地面站。然后，每个地面站进而将图像发送到用于处理并存储图像的中央服务器。对于许多其它已知装置(例如，Landsat(地球资源卫星)星座)会发生同样的操作。

此类装置的一个缺点在于，卫星星座、地面站以及中央服务器的制造、安装、管理和维护成本。具体地，此种装置需要在地面上安装并管理多个地面站，其中多个地面站相对于彼此以自主的方式操作，并且考虑到其相对于用户的分布，适合于将所接收到的图像发送到中央服务器进行图像备份。

此外，在寻求通过以下形式的图像来获取整个地球的覆盖的情况中，此种装置将会遭遇主要的实际困难：该图像展示了以一米为量级的空间分辨率以及以一天为量级的全球覆盖频率。这种覆盖迫使中央服务器每天管理大约1500太字节(terabyte)的数据，也就是说，每秒钟管理170吉字节(gigabyte)，这大大超出了采用当前可用的服务器技术和架构可达到的卫星传输能力和地面处理能力。

发明内容

本发明旨在克服这些缺点，并提供一种用于捕获并下载卫星数据的装置，该装置实现了对大量数据的捕获和下载。

本发明还旨在提供一种不需要用于处理并备份数据的中央服务器的装置。

为了该目的，本发明涉及一种用于捕获并下载表示空间区域(被称为目标区域)的卫星数据的装置，包括：用于捕获数据的、被称为空间层的多个卫星，每个卫星配备有用于捕获关联于所述目标区域的至少一部分的数据的至少一个设备，并配备有用于将所捕获的数据传输到地面的单元；被称为陆地层的多个陆地接收站，每个接收站包括用于接收数据的接收模块和用于存储数据的存储单元，其中，所述装置包括：对于由被称为接收机站的接收站所接收的、并源自所述空间层的每个数据，用于确定被称为该数据的胜任(competent)接收站的、旨在存储该数据的接收站的单元；陆地数字网络，将接收站彼此互联，使得在该数据的接收机站不是该数据的胜任接收站时，由不是该数据的胜任接收站的接收机站接收的数据能够通过该陆地数字网络被路由到该数据的胜任接收站。

在全文中，并且对于源自空间层的每个数据而言，如果一个接收站从空间层的一个卫星直接接收该数据，则将该接收站被称为该数据的接收机，如果一个接收站旨在存储该数据，则将该接收站被称为是胜任该数据的。并且由该胜任接收站一直存储该数据。从而，源自空间层的卫星数据以分布式的方式存储在不同的胜任接收站内，具体地，这些卫星数据并不像在现有装置(例如Spot或Landsat)中那样集中在中央站点。在直接从空间层接收数据的接收站也旨在存储该数据的情况下，该接收站可以是接收机站和该数据的胜任接收站。

陆地数字网络构成了用于将每个数据从接收机站路由到该数据的胜任接收站的单元。

根据本发明的装置实现了将数据从空间层下载到陆地层，其不仅可以是直接的方式——卫星将所捕获的数据直接发送到用于存储该图像的胜任接收站，也可以是间接的方式——卫星将所捕获的数据发送到不胜任该数据的接收站，然后陆地数字网络使该数据能够从该非胜任接收机站被路由到胜任该数据的接收站。

这种对数据进行的混合下载(直接方式和间接方式)使得由空间层所捕获的每个数据遵循非系统的机会路径成为可能。换句话说，如果可以沿着直接路径将数据下载到该数据的胜任接收站——特别地考虑到该接收站的负载、该接收站的状况(工作状况或其它)、大气状况等，则该数据采用卫星和该胜任接收站之间的该条直接路径。另一方面，如果直接下载不可能，则该数据采取间接路径，其中，该间接路径由卫星和接收机站之间的传输以及接收机站和该数据的胜任接收站之间通过陆地数字网络进行的后续传输构成。

有利地并根据本发明，陆地数字网络是公共数字网络。有利地，这种网络是IP兼容的，并且例如是互联网网络。从而，有利地，不胜任数据的接收机站和胜任接收站之间的地面链路利用了IP协议的原理。数据通过网络进行循环，并从一个站传播到另一个站，直到一个接收站识别出该数据是其所胜任的、从而该数据是针对其的数据为止。

对于陆地层所接收的每个数据而言，用于确定该数据的胜任接收站的单元指定这种胜任接收站。这些确定单元可以是各种类型的。例如，它们可以根据特定于该数据的特性来确定一个站的胜任性，其中，每个站胜任于展示某些共同的特定特性的数据。例如，用于确定胜任性的数据特性可以是与该数据所覆盖的地理区域有关的特性，使得该特性的胜任接收站将直接地或间接地接收与该区域相对应的所有数据。用于确定胜任性的数据特性也可以是与捕获该数据的装置的类型有关的特性，使得这些数据的胜任接收站将直接地或间接地接收这种类型的装置所捕获的所有数据。在图像数据的情况下，用于确定胜任性的数据特性可以与图像的平均灰度级别有关、与预定范围的空间频率有关、与预定纹理有关，以及通常地与能够通过图像处理手段从图像中提取出的所有类型的特性有关。在该情况下，将展示类似平均灰度级别、类似空间频率、类似纹理等的所有图像直接或间接地路由到相同的胜任接收站。用于确认胜任性的特性也可以对应于捕获数据的日期和/或时间，例如使得将在每天的同一时隙中捕获的所有数据路由到相同的接收站，以便由胜任接收站进行存储。通常，确定单元使如下操作成为可能：对陆地层所接收的数据进行区分，使得展示类似特定特性的数据由相同的接收站进行存储。有利地并根据本发明，接收站的胜任性是数据所覆盖的地理区域的函数。该区域是目标区域的一部分，根据本发明的装置捕获并下载该部分的数据。确定接收站胜任性的这种地理区域被称为该接收站的可视范围。该区域不一定是连续的，所以接收站可以胜任彼此不相交的一组地理区域。

所述确定单元可以在物理上与接收站不同。从而，它们可以例如包括中央服务器，中央服务器与陆地层的一组接收站有关，并例如适合于通过考虑与每个数据有关的特性，根据对照表来确立该数据的胜任接收站。

但是，有利地并根据本发明，针对每个接收站，所述确定单元包括：特性数据，用于定义被称为该接收站的可视范围的所述目标区域中的不一定连续的部分，该接收站是该特性数据的胜任接收站；选择模块，用于对所述接收站的所述接收模块所接收的数据进行选择，选择模块被配置为选择关联于所述接收站的所述可视范围的数据，并通过所述陆地数字网络对由其接收模块接收的、未被所述选择模块选择的所有数据进行循环。

根据这种实施例的变型，所述确定单元至少部分地位于每个接收站中。具体地，每个接收站包括：用于对由该接收站的接收模块所接收的数据进行选择的模块，该模块适合于选择与该站的可视范围相对应的数据。如果该站接收的数据不在其胜任范围内，则将该数据放置到将接收站彼此互联的陆地数字网络上，使得该数据可以被路由到该数据的胜任接收站。根据这种变型，每个接收站的接收模块不仅适合于直接从空间层接收数据，而且适合于从陆地数字网络接收数据，使得选择模块还可以分析源自数字网络的数据，以便限定该数据位于该接收站的胜任范围内还是必须被放回到网络上。以这种方式，通过陆地数字网络一步一步地传送该数据，直到该数据到达其胜任接收站为止。

根据另一变型，以及如先前指出的，选择模块可以根据除了站的可视范围的成员关系以外的特性(例如，该数据的装置起源、捕获时间等)来选择数据。

在胜任性是数据所覆盖的地理区域的函数的情况下，有利地并根据本发明，每个接收站可以在存储器中包括定义该接收站的所述可视范围的特性数据，其中，所述存储器可以由所述选择模块访问。在每个接收站中局部地定义可视范围。

此外，针对每个接收站，根据本发明的装置有利地包括：用于远程访问该接收站的所述存储器的单元，所述存储器包括定义该接收站的所述可视范围的所述特性数据。根据该变型，如果需要的话，运营商可以通过修改定义每个接收站的可视范围的特性数据以及从而修改其胜任性，来简单地远程重新定义该接收站的胜任性。例如，这在以下的情况中可能是有用的：以在陆地层的所有接收站之间更好地分布所捕获的数据的角度出发，向该装置增加一个或多个接收站。这在以下情况下也可能是有用的：重新定义该装置所观测到的目标区域，这会导致扩大该装置所观测到的区域，从而增加发送到陆地层的数据量。

目标区域可以是各种类型的。具体地，根据本发明的装置可以用于捕获并下载天体覆盖的图像。根据该实施例，卫星承载用于捕获图像的装置，每个装置以这样一种方式朝向星宿，使得可以捕获天空区域。然后，可以将这些图像下载到陆地层，并可以根据每个图像所覆盖的宇宙区域来分配图像。根据该实施例，接收站可以胜任与给定的星系相对应或与观测到的特定天体类型等相对应的所有图像。

有利地并根据本发明，目标区域是地球。根据该实施例，该装置是用于捕获并下载关联于地球的观测数据的装置。

优选地，源自所述空间层的数据是数字图像。这种装置实现了捕获并下载地球图像。根据该实施例，接收站的胜任性优选地与地球区域相关联。

根据该实施例，图像的混合下载使得该装置能够捕获不包括接收站的区域(例如，海洋区域)的图像，同时实现将这些图像下载到这些区域的胜任接收站。这种胜任接收站展示了涵盖海洋的所有图像或一些图像的可视范围。这也使得将对科西嘉的图像的处理和供应归入给定接收站(例如，巴黎的图像的胜任站)成为可能。换句话说，将对科西嘉的胜任性归入巴黎的胜任接收站。因此，通过间接下载的方式将科西嘉的所有图像路由到巴黎的胜任站。

根据这种变型，将每个接收到的图像发送到选择模块，其中，选择模块适合于确定该图像是否是关联于该接收站的可视范围的图像。可以以各种方式来实现对这种关系的确定。然而，有利地并根据本发明，每个接收站的用于选择图像的选择模块包括用于读取每个图像头部的单元，该单元适合于读取表示该图像的空间和时间坐标的数据。由捕获图像的卫星将该图像的这些空间和时间坐标插入到该图像的头部。实际上，空间层的每个卫星知道其用于捕获图像的设备捕获图像的时间以及捕获图像的坐标。

根据该实施例，每个接收站在本地存储其胜任的图像。

因此，可以将地理上远离根据本发明的装置中的接收站的物理位置的地球区域的处理和备份归属于该接收站。如上文描述的，通过间接下载将相应的图像路由到胜任站。以该方式，对接收站的可视范围的参数化使得该站能够胜任地球的任何区域。此外，采用根据本发明的装置，改变接收站的胜任性是很容易的。胜任性的这种改变包括在对其可视范围的定义的改变中，也就是说，包括在对存储在可由选择模块访问的所述存储器中的、表示可视范围的数据进行修改的过程中。

本发明还涉及一种用于对卫星数据进行捕获和下载的过程，所述卫星数据关联于被称为目标区域的空间区域，在所述过程中：由被称为空间层的卫星星座捕获数据，每个卫星配备有用于捕获数据的至少一个设备；将所述数据发送到分布在被称为陆地层的地球表面上的多个接收站，每个接收站包括至少一个用于接收数据的接收模块和用于存储接收到的数据的存储单元；其中，对于由被称为接收机站的接收站所接收的、并且源自所述空间层的每个数据：由确定单元确定被称为胜任接收站的、旨在存储该数据的接收站；如果该接收机站是该数据的胜任站，则由该数据的所述接收机站的所述存储单元来存储该数据；如果所述该数据的接收机站不是所述该数据的胜任接收站，则通过将接收站彼此互联的陆地数字网络，将该数据从该接收机站路由到该数据的胜任接收站。

根据本发明的用于捕获并下载数据的过程实现了数据可以直接地或间接地从空间层到陆地层的接收站的下载。

根据本发明的变型，根据本发明的过程涉及捕获并下载陆地观测图像。根据用于捕获并下载地球图像的这种过程：由卫星星座捕获地球图像，每个卫星配备有用于捕获图像的至少一个光学设备，并包括用于发送图像的至少一个模块；将所述图像发送到分布在地球表面上的多个接收站，每个接收站包括用于接收图像的至少一个模块，这种过程的特征在于：由选择模块来分析接收站的接收模块所接收的每个图像，所述选择模块被配置为选择被称为该接收站的可视范围的预定地理区域的图像；将未被所述选择模块选择的每个图像发送到将接收站互联的陆地数字网络，使得该图像可以通过地面链路到达该图像的胜任接收站。

有利地并根据本发明，对于每个接收站，特性数据定义所述目标区域的、被称为该接收站的可视范围的不必连续的部分，该接收站胜任该特性数据；如果该接收站的所述接收模块所接收的数据关联于该站的所述可视范围，则选择模块选择这些数据，如果所述接收模块未选择这些数据，则通过所述陆地数字网络循环这些数据。

有利地并根据本发明，将定义每个接收站的所述可视范围的所述特性数据存储在存储器中，其中，该存储器可以由该接收站的所述选择模块访问。

有利地并根据本发明，对于每个接收站而言，该接收站的所述存储器是可由用于远程访问的模块远程地访问的，所述存储器包括定义该接收站的所述可视范围的所述特性数据。

有利地并根据本发明，所述陆地数字网络是公共数字网络。

有利地并根据本发明，所述目标区域是地球。

有利地并根据本发明，源自所述空间层的所述数据是数字图像。

有利地并根据本发明，对于每个接收站所接收的每个图像而言，表示该图像的空间和时间坐标的数据存储在该接收站的所述选择模块所接收的图像的头部中，该数据由读取单元读取。

本发明还涉及一种用于捕获并下载卫星数据的装置以及一种用于捕获并下载卫星数据的过程，特征在于上文或下文提到的全部特征或一些特征的组合。

附图说明

根据下面的描述，本发明的其它目的、特征和优点将变得更清楚，其中仅仅是通过非限制性的例子来给出下面的描述，并且下面的描述参考附图，在附图中：

图1是根据本发明实施例的用于捕获并下载卫星数据的装置的一部分的示意图；

图2是根据本发明实施例的用于观测地球的装置的另一表示的示意图；

图3是根据本发明实施例的装置的示意图，其表示将图像从卫星直接下载到该图像的胜任接收站；

图4是根据本发明实施例的装置的示意图，其表示将图像通过不胜任该图像的接收站从卫星间接下载到该图像的胜任接收站；

图5是根据本发明实施例的装置中的卫星和接收站的示意图。

具体实施方式

在附图中，为了解释以及清楚的目的，没有严格考虑尺度和比例。

图1是根据本发明的装置的一部分的示意图。在该图中，用于捕获并下载表示空间区域(被称为目标区域)的卫星数据的装置包括：多个卫星1、100以及多个陆地接收站50、51、52。此外，该装置包括：对于由接收站50、51、52所接收的每个数据而言，用于确定旨在存储该数据的接收站(被称为该数据的胜任接收站)50、51、52的确定单元22；以及用于将该数据从该数据的接收机站路由到该数据的胜任接收站的单元。这些路由单元由陆地数字网络20组成。这种陆地数字网络20确保数据在各个站之间通过本质上的陆地单元进行循环。根据优选的实施例，该陆地数字网络20是公共数字网络，例如互联网网络。

确定单元22可以是各种类型的。例如，确定单元22可以根据特定于数据的特性来确定一个站的胜任性，每个站胜任于展示某些共同特定特性的数据。此外，这些确定单元22可以在物理上不同于接收站。从而，例如，确定单元22可以包括中央服务器，中央服务器与一组接收站有关，并且适合于通过考虑与每个数据有关的特性，例如根据对照表来确立该数据的胜任接收站。根据图5中特别表示的优选实施例，可以将这些确定单元22合并到每个接收站中，对于每个接收站50、51、52、53、54而言，这些确定单元22包括：定义所述目标区域的一部分(被称为该接收站的可视范围)的特性数据，其中该接收站胜任该特性数据；以及选择模块11，用于对该站的接收模块12所接收的数据进行选择，其中，选择模块11适合于选择与该站的所述可视范围有关的数据，并将其接收模块所接收的、未被所述选择模块选择的所有数据提供给数字网络20，使得可以将这些数据路由到其相应的胜任接收站。

图中所示的实施例涉及一种用于捕获并下载地球观测图像的装置。从已经描述的实施例出发，本领域技术人员将能够毫无困难地实现用于捕获并下载其它类型数据(例如，关联于天体的雷达数据)的装置。

根据该实施例，每个卫星包括至少一个用于捕获图像的光学设备2以及用于将图像发送到地面的模块4。

用于捕获图像的光学设备2可以是任何已知类型的。然而，根据优选的实施例，这种光学设备2是具有固定目标的朝向地球的照相机，并适合于捕获该卫星1飞跃的陆地区域的多光谱图像。因而，根据定义，这种具有固定目标的光学设备2不允许丢失目标。因而，根据本发明的装置中的卫星1不需要特定的瞄准程序，从而大大降低了制造以及维护的成本。

例如，卫星1可以是光学降落伞(parachutes)。优选地，这些卫星1展示低轨道，使得它们可以在一天内描绘大量的轨道。优选地，根据本发明的装置中的每个卫星1可以在一天中运行多于一个的轨道。根据本发明的实施例，每个卫星1在一天中运行十六个轨道。

根据本发明的装置的用于发送卫星1的图像的发送模块4适合于向地面发送图像。

这种发送模块4可以是各种已知类型的，在这里不对其进行详细描述。根据本发明特别有利的实施例，如图5中给出的，每个卫星1包括：用于压缩图像的压缩模块3，压缩模块3设置在用于捕获图像的设备2与用于向接收站50发送图像的模块4之间，使得在用于发送图像的模块4将由用于捕获图像的设备2捕获的每个图像发送到地球之前，可以由该压缩模块3对该图像进行压缩。

根据本发明的优选实施例，每个接收站50、51、52、53、54包括：用于接收图像的模块10；用于选择图像的模块11；以及可以由选择模块11访问的存储器12。该存储器12包括表示构成该接收站的可视范围的地理区域的数据，因此使得参数化该可视范围成为可能。如果一个接收站与存储器12中的数据所定义的地理区域相对应，则说该接收站是胜任于接收图像的。此外，每个接收站50、51、52、53、54、55、56包括用于存储接收图像的存储单元13，其中该接收图像是该接收站的可视范围的一部分。这些存储单元13可以是各种类型的，例如诸如磁盘存储器之类的大容量存储器。

根据本发明，接收站50、51、52、53、54通过数字网络20彼此互联，使得每个接收站50、51、52、53、54可以通过该数字网络20循环其接收模块10接收的、不与其可视范围相对应的全部图像。通过陆地数字网络20发送的图像是未被选择模块11选择的图像。此外，该接收站50、51、52、53、54的存储单元13并不存储这些未被选择的图像。

在图2中，卫星1已经完成了捕获地球的一部分的图像21，卫星1将所捕获的图像21发送到图5中示意性表示的接收站50。当图像21由该接收站50的接收模块接收时，该图像21被发送至选择模块11。例如，该选择模块11通过读取该图像21的头部来确定与该图像21对应的地理区域以及卫星1捕获该图像的时段。为了进行这种操作，选择模块11包括：用于读取接收模块10所接收的每个图像的头部的单元。然后，选择模块11确定该图像是否关联于该接收站50的可视范围。根据该实施例，该确定操作是通过访问该接收站的存储器12来完成的，存储器12包含该站胜任的全部世界区域的列表。如果接收站50胜任于该图像21，则选择模块11命令该站50的存储单元13对图像21进行存储。另一方面，如果选择模块11确定接收站50不胜任于该图像21，则该选择模块11命令将该图像放置在公共数字网络20上。然后，当图像21到达与该数字网络20相连的每个站51、52时，该站确定所述图像是否关联于其可视范围。只要接收站确定图像21是与其有关的，该接收站就通过其存储模块13来存储所述图像，否则其允许所述图像通过陆地数字网络20进行循环。

在图3中，卫星1已经完成了对接收站50的可视范围区域(由点表示)的图像的捕获。在该例子中，接收站50的可视范围定义了接收站50周围的连续区域。将该图像直接发送到接收站50，因而，接收站50胜任于该数据。因而，接收站50将通过其存储单元13来存储该图像。

在图4中，卫星1已经完成了对接收站54的可视范围区域的图像的捕获。图4示出了如下情况：卫星1不能将捕获的图像直接发送到该图像的胜任接收站54。例如，当接收站54发生故障或者处于维护过程中时，或者当接收站54已经打算接收源自另一卫星的图像时，或者当接收站54不再位于该卫星的视线内时，都可能会发生这种情况。在该情况中，卫星1向另一接收站50(其不胜任该图像)发送该图像。由于接收站50的选择模块未选择所接收的图像，所以接收站50通过陆地数字网络发送该图像。在图3中，接连地将该图像发送至接收站51、接收站52、接收站53，以便由接收站54识别，并且以该方式由接收站54的存储单元13进行备份。

随着卫星实现的图像捕获的进行，每个接收站形成了表示其可视范围的图像的数据库，其中其可视范围由其存储器12内出现的数据来定义。例如，该图像数据库中的每个图像由空间坐标以及时间坐标来定义。根据有利的实施例，这些空间以及时间坐标是在图像头部中出现的、并且使每个选择模块能够确定该图像是否处于其胜任范围内的数据。根据本发明的有利实施例，源自一个或多个源的一个或多个图像可以与三元的时间以及空间坐标相对应。具体地，除了空间层的卫星以外，根据本发明该实施例的装置可以包括：陆地照相机(诸如网络照相机)，其适合于捕获图像，并考虑所关注图像的空间以及时间坐标，通过数字网络20将图像发送到胜任接收站。根据本发明的装置还可以包括用于捕获图像的其它设备，其它设备可以设置在其它航天器上，或者甚至设置在陆地建筑物(诸如公寓楼)的顶部，并可以将捕获的图像发送到接收站。

根据本发明的装置使连接至数字网络20的任何设备能够访问接收站，并从而访问这些接收站的存储单元中所存储的图像。根据有利的实施例，可以通过互联网网络直接访问这些图像，使得任何搜索引擎可以访问给定区域的图像。为此，可以采用根据预定格式的、表示图像空间和时间坐标的名称来对图像进行存档。此外，正在寻找由根据本发明的装置捕获的给定区域图像的用户不必知晓哪个接收站正在供应他/她正在寻找的图像。从正在寻找图像的人员的角度来说，根据本发明的装置所捕获的地球图像在各个接收站之间的分布是透明的。

有利地，根据本发明的装置实现了根据本发明的过程。根据本发明的过程有利地由根据本发明的装置来实现。

根据其它实施例，根据本发明的装置捕获并下载除了图像以外的数据。此外，该装置的目标区域可以是空间的一部分、地球的一部分等等。使所捕获的数据能够在各个接收站之间分布的特性数据可以是各种类型的，并且可以是基于数据的内在特征或者捕获装置的内在特征的等等。