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背景与意义

我国自然和环境污染灾害频发，给人民生命财产安全造成极大危害。卫星遥感是防灾减灾工作的重要数据源，但常规卫星地面处理系统生产的数据产品时效性不足，难以满足灾害动态监测和灾情评估等应用需求。近年来，星上计算机硬件水平快速提升，计算和存储能力大幅提高，为实现星上快速处理与反演提供了可能。

国家重点研发计划“地球观测与导航”重点专项于2017年启动实施了“大气海洋环境载荷星上处理及快速反演技术”项目，该项目围绕海洋、天气和大气环境快速预报及灾害预警监测等即时智能服务等对大气海洋环境卫星遥感参数星上快速处理的需求，突破应用场景、应用模式和处理总体方案、数据预处理、大气海洋环境参数快速反演、气象海洋与大气环境灾害快速检测、星上处理平台与算法映射等关键技术，并进行应用试验验证评估，为新型遥感卫星星上处理系统实现与应用提供关键技术支持。

通过星上数据实时识别，能定位具体灾害事件，在事件的驱动下，通过上注的方式向星上运行管理和控制分系统发出数据请求，星上运行管理和控制分系统向大气海洋环境参数星上快速处理分系统发送控制信息，实现数据处理和产品生成任务的管理和调度，并将生成的产品实时分发给用户使用。

通过中继卫星、多星组网，实现观测传输无缝覆盖；需求直接上传卫星，同时快速完成数据接收和处理，并将产品直接下传到应用平台。应用平台包括远洋与近海船只和渔村村落住户。与传统数小时到数天级别的信息获取时长相比，项目成果能提供小时/分钟级的全链路时长。我国作为国际上少数同时拥有静止和极轨气象卫星、光学和微波海洋卫星的国家，在国际对地观测领域的影响力日益提升。通过该项目突破的星上快速处理应用模式和原型系统的关键技术成果，拓展了卫星遥感数据产品的类型和应用模式，有助于提高国产卫星数据产品的国际声誉和使用率，增强现代化信息在该领域的应用能力。

图1 传统地面处理应用模式与星上实时处理应用模式对比

图2 研究成果应用场景

关键技术突破与亮点研究成果

1）大气海洋环境星上处理应用模式总体设计

研究分析梳理了星上实时处理应用需求，针对大气、海洋、环境等典型应用场景，明确了星上处理需达到的定标定位精度、反演检测精度、时间空间分辨率和处理效率等技术指标要求，提出了大气、海洋环境载荷星上处理与快速反演应用的星上处理应用新模式，即：智能观测、应急响应和境外支持的星上处理模式。

2）适用星上处理条件的定量反演与检测识别模型算法研发

针对我国气象、海洋环境业务卫星上搭载的微波散射计、微波辐射计、雷达高度计和多光谱成像仪等7型主要载荷，研究实现适合星上环境和资源的预处理、大气温湿度/降水/风/浪等7类参数的13种定量反演、台风/巨浪/对流等5类灾害现象的7种检测识别算法；重点突破了无辅助资料参量定量反演、主被动联合大气海洋观测/探测、灾害性天气星上检测虚警抑制、气象海洋致灾因子早期检测预警等关键技术。

3）多载荷多任务星上实时定量处理平台架构

针对我国主要大气海洋业务卫星平台和典型载荷的技术体制和观测方式，完成了星上实时处理的系统架构设计，结合系统交换架构的硬件平台以及软件策略，提出了基于可靠交换的可扩展、可重构的通用化平台架构，该架构具备模块级冗余能力，可降低系统开销，提高可靠性；在软件开发架构方面，提出了基于中间件、层次化的架构，可高效同时实现多种处理算法，提高了嵌入式软件开发效率。项目研制的星上实时处理平台满足成熟度达到4级，并在设计时充分考虑空间环境适应性要求，元器件具有等级提升可行性，具备后继在轨工程应用基础。

图3 星上快速反演和应用模式的技术难点

外部参考：“国家重点研发计划“大气海洋环境载荷星上处理与快速反演技术”项目通过综合绩效评价“：

http://www.nssc.ac.cn/xwdt2015/xwsd2015/202109/t20210903_6188719.html