СПОСОБ И АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРИЕМА И ОБРАБОТКИ ЗАЯВОК ОТ ВНЕШНИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ НА ПРОВЕДЕНИЕ СПУТНИКОВОЙ СЪЕМКИ, КОМПЛЕКСНОЙ ОБРАБОТКИ СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ И ФОРМИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ВНЕШНИХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ Российский патент 2012 года по МПК G01S13/00 G01V9/00 

Заявленная группа изобретений относится к космической отрасли, а именно к средствам и способам оперативного мониторинга состояния атмосферы, подстилающей поверхности Земли и мирового океана с использованием космических аппаратов (КА), и может использоваться, например, для краткосрочного прогнозирования гидрометеорологических процессов с целью принятия необходимых комплексных мер по повышению безопасности хозяйственной и научной деятельностей, сопряженных с применением наземных, морских, авиационных и космических средств.

Из уровня техники известен наземный комплекс приема, обработки, архивации и распространения информации космической системы (КС) «Метеор-3М» [1], получаемой в результате обработки данных космической съемки бортовой аппаратурой КА в различных спектральных диапазонах.

Недостатками известного комплекса являются:

функции оператора КС, планирующего применение КА и взаимодействующего с Центром управления полетом (ЦУП), выполняет предприятие, не осуществляющее непосредственно прием данных от КА;

средства приема данных от КА имеют различную ведомственную принадлежность, что затрудняет оперативное взаимодействие;

заявки на проведение съемки обрабатываются в неавтоматизированном режиме [2].

Указанные недостатки негативно сказываются на эффективности обеспечения потребителей спутниковой метеоинформацией.

Из уровня техники известны аппаратно-программные комплексы (АПК), обеспечивающие прием данных от метеорологических КА, а также их архивацию, предварительную и тематическую обработку [3]. Однако названные комплексы не осуществляют оперативное взаимодействие с внешними потребителями в части приема от них заявок, их обработку для планирования задействования БСК КА на проведение съемок и согласование планов работы с операторами КС и ЦУП.

Также из уровня техники известна автоматизированная система планирования работы бортового измерительного комплекса КА дистанционного зондирования земли для решения оператором КС задач планирования проведения съемки на основе поступающих заявок [4].

Однако, не являясь составной частью наземного комплекса приема и обработки данных, т.е. не имея в своем составе приемных комплексов, названная система не обеспечивает требуемой эффективности в виду невозможности оперативного согласования графиков задействования БСК КА и наземных КПСД для приема, обработки и предоставления внешним потребителям принятых и архивных данных.

Из уровня техники известны технические и организационные решения, предназначенные для передачи метеосообщений потребителям по различным сетям, а также через электронную почту. Эти технические решения имеют целью только доставку информационной продукции от приемного комплекса к потребителям. Однако такие телекоммуникационные комплексы не обеспечивают прием данных непосредственно с метеорологических КА и не предполагают прием и обработку заявок на проведение съемки, т.е. не обеспечивают оперативное взаимодействие с операторами КС и ЦУП в части планирования задействования бортового спецкомплекса (БСК) КА.

Из уровня техники не известны технологии комплексного решения задач планирования проведения космической съемки посредством приема и обработки заявок от внешних потребителей, планирования управления БСК КА посредством взаимодействия с оператором КС, планирования и осуществления приема и обработки данных наземным комплексом приема спутниковых данных, а также оперативной доставки потребителю информационной продукции.

Заявленное изобретение комплексно решает все вышеприведенные задачи.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение оперативности и обеспечение возможности комплексной автоматизации процессов космического гидрометеорологического мониторинга, а также уменьшение времени планирования применения космических средств при увеличении количества космических съемок атмосферы и подстилающей поверхности Земли, проводимых с одного или нескольких КА, а также количества обслуживаемых внешних пользователей, проводимых с одного или нескольких КА.

Заявленная группа изобретений представляет собой комплекс средств, направленных на прием и обработку спутниковых данных с номинальным качеством и оптимальными затратами.

Технический результат достигается тем, что аппаратно-программный комплекс (АПК) приема и обработки заявок от внешних потребителей на проведение спутниковой съемки, комплексной обработки спутниковых данных и формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей включает:

- наземный комплекс приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц;

- наземный комплекс приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц;

- комплекс взаимодействия с внешними потребителями, операторами космических систем и Центром управления полетом;

- комплекс предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра;

- комплекс тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра;

- комплекс обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров;

- комплекс формирования выходных информационных продуктов;

- блок памяти (архив), при этом:

комплекс взаимодействия с внешними потребителями, операторами космических систем и Центром управления полетом выполнен с возможностью:

- приема, обработки и сохранения в базе данных (архиве) заявок на проведение спутниковой съемки от внешних потребителей;

- разработки сценария съемки с моделированием на карте-основе заданных внешними потребителями границ;

- расчета предварительного плана съемки и плана задействования бортового комплекса космического аппарата (КА) на основе анализа его технических возможностей;

- интерактивного планирования съемки на основе данных о характеристиках орбит КА и данных о бортовом комплексе КА;

- формирования полетного задания, сохраняемого в базе данных результатов планирования и передачи его в Центр управления полетом в форме заявки;

- расчета плана работ на основе сформированного полетного задания, передаваемого в наземные комплексы приема спутниковых данных в частотных диапазонах 8,2 ГГц и 1,7 ГГц;

- отображения на ПЭВМ оператора на базе процессора с устройством отображения информации результатов графического моделирования проведения съемки, результатов сформированного полетного задания и плана работ наземных комплексов приема спутниковых данных в частотных диапазонах 8,2 ГГц и 1,7 ГГц;

комплекс предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра, поступающих от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц, выполнен с возможностью:

- ввода (приема) исходного файла спутниковых данных СВЧ-радиометра, принятых наземным комплексом приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц;

- выделения из исходного файла кадров СВЧ-радиометра,

- контроля целостности и достоверности принятых спутниковых данных;

- формирования файлов - потоков последовательных информационных пакетов СВЧ-радиометра;

- валидации данных измерений;

- привязки измерений к абсолютной шкале времени и формирования файлов для географической привязки и калибровки СВЧ в шкале антенных температур;

- формирования файлов-массивов калиброванных данных в пикселях измерений СВЧ-радиометра;

- географической привязки на основе вычисления географических координат для каждого из пикселей измерений СВЧ-радиометра с использованием предиктовой модели орбиты и технических характеристик бортового комплекса КА для определения координат подспутниковой точки и геометрии сканирования;

- и при необходимости корректировки географической привязки путем вноса поправок в параметры «крен», «тангаж», «рысканье» по разности положений температурного контура и контура карты-основы;

- записи результатов предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра в блок памяти (архив) в формате HDF;

комплекс тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра выполнен с возможностью:

- вывода из блока памяти (архива) сохраненных данных СВЧ-радиометра в формате HDF (результатов предварительной обработки спутниковых данных);

- формирования растровых изображений яркостных температур, скорости приводного ветра, водозапаса облаков, интегральной влажности атмосферы, глобальной метеорологической карты с возможностью визуального контроля после проверки на удовлетворение условию географической привязки изображения к карте-основе, а также записи результатов тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра в базу данных (архив) конечных информационных продуктов в виде файлов в форматах jpeg или bmp;

комплекс обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров, поступающих от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц, выполнен с возможностью:

- приема спутниковых данных от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц, их распаковки, калибровки, географической привязки и, по выбору операции пользователем:

- формирования композита облачности с записью в базу данных композита облачности,

- формирования мозаики изображений (при наличии двух и более перекрывающихся частично или полностью снимков на один район съемки) с записью мозаики изображений в базу данных (архив),

- формирования для потребителей пакета обработанных изображений в форме снимков облачности и подстилающей поверхности Земли с записью снимков в базу данных (архив) конечных информационных продуктов;

комплекс формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей выполнен с возможностью:

- выбора (приема) из базы данных (архива) конечных информационных продуктов (результатов работы комплекса тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра и комплекса обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров) в соответствие с заявками внешних потребителей на проведение спутниковой съемки заданными КА по заданным районам и в различных спектральных диапазонах, хранящихся в базе данных (архиве) заявок внешних потребителей;

- визуализации изображений с целью оценки их удовлетворения заявкам внешних потребителей;

- формирования и передачи информационных пакетов внешним потребителям с записью их в базу данных (архив) и

- уведомления оператора АРМ на базе процессора с устройством отображения информации о готовности выполнения заявки.

Процессор для взаимодействия с внешними потребителями, операторами космических систем и Центром управления полетом выполнен с возможностью:

- приема, обработки и сохранения в базе данных (архиве) заявок на проведение спутниковой съемки от внешних потребителей;

- разработки сценария съемки с моделированием на карте-основе заданных внешними потребителями границ;

- расчета предварительного плана съемки и плана задействования бортового комплекса космического аппарата (КА) на основе анализа его технических возможностей;

- интерактивного планирования съемки на основе данных о характеристиках орбит КА и данных о бортовом комплексе КА;

- формирования полетного задания, сохраняемого в базе данных результатов планирования и передачи его в Центр управления полетом в форме заявки;

- расчета плана работ на основе сформированного полетного задания, передаваемого в наземные комплексы приема спутниковых данных в частотных диапазонах 8,2 ГГц и 1,7 ГГц;

- отображения на ПЭВМ оператора на базе процессора с устройством отображения информации результатов графического моделирования проведения съемки, результатов сформированного полетного задания и плана работ наземных комплексов приема спутниковых данных в частотных диапазонах 8,2 ГГц и 1,7 ГГц.

Процессор для предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра, поступающих от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц, выполнен с возможностью:

- ввода (приема) исходного файла спутниковых данных СВЧ-радиометра, принятых наземным комплексом приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц;

- выделения из исходного файла кадров СВЧ-радиометра,

- контроля целостности и достоверности принятых спутниковых данных;

- формирования файлов - потоков последовательных информационных пакетов СВЧ-радиометра;

- валидации данных измерений;

- привязки измерений к абсолютной шкале времени и формирования файлов для географической привязки и калибровки СВЧ в шкале антенных температур;

- формирования файлов-массивов калиброванных данных в пикселях измерений СВЧ-радиометра;

- географической привязки на основе вычисления географических координат для каждого из пикселей измерений СВЧ-радиометра с использованием предиктовой модели орбиты и технических характеристик бортового комплекса КА для определения координат подспутниковой точки и геометрии сканирования;

- и при необходимости корректировки географической привязки путем вноса поправок в параметры «крен», «тангаж», «рысканье» по разности положений температурного контура и контура карты-основы;

- записи результатов предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра в блок памяти (архив) в формате HDF.

Процессор для тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра выполнен с возможностью:

- вывода из блока памяти (архива) сохраненных данных СВЧ-радиометра в формате HDF (результатов предварительной обработки спутниковых данных);

- формирования растровых изображений яркостных температур, скорости приводного ветра, водозапаса облаков, интегральной влажности атмосферы, глобальной метеорологической карты с возможностью визуального контроля после проверки на удовлетворение условию географической привязки изображения к карте-основе, а также записи результатов тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра в базу данных (архив) конечных информационных продуктов в виде файлов в форматах jpeg или bmp.

Процессор для обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров, поступающих от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц, выполнен с возможностью:

- приема спутниковых данных от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц, их распаковки, калибровки, географической привязки и, по выбору операции пользователем:

- формирования композита облачности с записью в базу данных композита облачности,

- формирования мозаики изображений (при наличии двух и более перекрывающихся частично или полностью снимков на один район съемки) с записью мозаики изображений в базу данных (архив),

- формирования для потребителей пакета обработанных изображений в форме снимков облачности и подстилающей поверхности Земли с записью снимков в базу данных (архив) конечных информационных продуктов.

Процессор для формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей выполнен с возможностью:

- выбора (приема) из базы данных (архива) конечных информационных продуктов (результатов работы комплекса тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра и комплекса обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров) в соответствие с заявками внешних потребителей на проведение спутниковой съемки заданными КА по заданным районам и в различных спектральных диапазонах, хранящихся в базе данных (архиве) заявок внешних потребителей;

- визуализации изображений с целью оценки их удовлетворения заявкам внешних потребителей;

- формирования и передачи информационных пакетов внешним потребителям с записью их в базу данных (архив);

- уведомления оператора АРМ на базе процессора с устройством отображения информации о готовности выполнения заявки.

Способ приема и обработки заявок от внешних потребителей на проведение спутниковой съемки, комплексной обработки спутниковых данных и формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей, заключающийся в том, что осуществляют:

прием от внешних потребителей и обработку заявок на проведение съемок облачного покрова и подстилающей поверхности Земли с одного или нескольких КА;

предварительное планирование проведения съемки, исходя из баллистического построения одного или нескольких КА, технических возможностей одного или нескольких КА и наземных комплексов приема спутниковых данных (КПСД) в частотных диапазонах 1,7 ГГц и 8,2 ГГц от одного или нескольких КА;

согласование плана работ с Центром управления полетом (ЦУП);

прием и обработку от КА на наземный КПСД результатов космической съемки в видимом и инфракрасном спектрах, переданных с одного или нескольких КА в частотном диапазоне 1,7 ГГц;

прием и обработку от КА на наземный КПСД результатов космической съемки СВЧ-радиометра, переданных с одного или нескольких КА в частотном диапазоне 8,2 ГГц;

сбор и архивацию спутниковых данных, полученных от одного или нескольких КА с последующей предварительной обработкой;

тематическую обработку спутниковых данных для последующего анализа и прогноза развития гидрометеорологических условий;

формирование и передачу внешним потребителям информации по заранее заданным и согласованным расписанию и протоколам информационного обмена;

предоставление по запросам внешних потребителей оперативных и архивных спутниковых снимков (данных), а также информационной продукции, разработанной на их основе.

Заявленный аппаратно-программный комплекс (АПК) приема и обработки заявок от внешних потребителей на проведение спутниковой съемки, комплексной обработки спутниковых данных и формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей реализован на основе аппаратных и программных средств, интегрированных в составе единого аппаратно-программного комплекса, состоящего из автоматизированных рабочих мест, объединенных локальной вычислительной сетью и сопрягаемых с наземными приемными комплексами спутниковых данных и техническими средствами обмена данными с внешними потребителями.

В целях повышения эффективности обеспечения потребителей спутниковой метеоинформацией необходимо взаимосогласованное решение организационно-технических задач, решаемых по трем направлениям:

оперативное планирование задействования БСК КА и наземных КПСД;

прием и обработка данных от КА различных КС;

обеспечение информационного взаимодействия с внешними потребителями информационной продукции, операторами КС, наземными КПСД и ЦУП.

В целях повышения оперативности решения названных задач требуется автоматизация процессов приема заявок, планирования применения КА и обработки поступающих от них данных, что актуально в условиях роста числа сеансов съемок и внешних потребителей.

Технология реализуется посредством комплексной автоматизации процессов взаимодействия совокупности наземных КПСД, автоматизированных рабочих мест (АРМ), функционально объединенных в аппаратно-программный комплекс (АПК), выполненный на базе вычислительных средств, аппаратно и программно сопрягаемых посредством локальной вычислительной сети (ЛВС) между собой и с источниками информации - наземными комплексами приема спутниковых данных, а также с системой передачи данных, при этом в качестве программного обеспечения АРМ применяются: комплекс обработки заявок внешних потребителей на проведение съемки, комплекс планирования применения наземных комплексов приема спутниковых данных и БСК КА и обмена данными с ЦУП, комплексы предварительной и тематической обработки спутниковых данных и комплекс разработки выходных информационных продуктов для внешних пользователей.

Признаки и сущность заявленной группы изобретений поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:

на фиг.1 - блок-схема заявленного аппаратно-программный комплекс (АПК) приема и обработки заявок от внешних потребителей на проведение спутниковой съемки, комплексной обработки спутниковых данных и формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей, где:

1 - комплекс предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра;

2 - комплекс тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра;

3 - блок памяти (архив);

4 - комплекс обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров;

5 - комплекс формирования выходных информационных продуктов;

6 - комплекс взаимодействия с внешними потребителями, операторами космических систем (КС) и Центром управления полетом (ЦУП);

7 - наземные комплексы приема спутниковых данных в частотных диапазонах 1,7 и 8,2 ГГц (КПСД);

8 - внешние потребители;

9 - операторы КС;

10 - ЦУП;

на фиг.2 - алгоритм обработки поступивших от потребителей заявок на проведение съемки, планирование работы БСК КА и КПСД, где:

11 - поступление от заказчика заявки на съемку;

12 - база данных (БД) заявок;

13 - ведение баз данных заявок;

14 - разработка сценария съемки;

15 - расчет предварительного плана съемки и задействования БСК КА;

16 - баллистический прогноз;

17 - интерактивное планирование съемки;

18 - графическое моделирование;

19 - формирование полетного задания;

20 - баллистическая БД о КА;

21 - БД о БСККА;

22 - БД результатов планирования;

23 - расчет плана работ;

24 - дисплей;

25 - передача заявки в ЦУП;

26 - передача плана работ в наземные КПСД;

на фиг.3 - алгоритм функционирования комплекса предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра, поступивших от наземного комплекса приема спутниковых данных, принятых в частотном диапазоне 8,2 ГГц, где:

27 - ввод из архива исходного файла - битового потока от наземного КПСД;

28 - выделение из исходного файла кадров СВЧ-радиометра;

29 - контроль целостности и достоверности принятых данных;

30 - формирование файлов-потоков последовательных информационных пакетов СВЧ-радиометра;

31 - валидация данных измерений;

32 - привязка измерений к абсолютной шкале времени и формирование файлов для географической привязки;

33 - калибровка данных СВЧ в шкале антенных температур;

34 - формирование файлов - массивов калиброванных данных в пикселях измерений радиометра;

35 - вычисление географических координат для каждого из пикселей измерений радиометра;

36 - предиктовая модель орбиты для определения координат подспутниковой точки и геометрии сканирования;

37 - географическая привязка;

38 - внос поправок в параметры «крен», «тангаж», «рысканье» по разности положений t-контура и карты;

39 - передача файлов в формате HDF в комплекс тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра;

на фиг.4 - алгоритм тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра комплексом тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра, где:

40 - ввод из архива исходного файла (результат предварительной обработки);

41 - формирование растрового изображения яркостных температур;

42 - формирование растрового изображения скорости приводного ветра;

43 - формирование растрового изображения водозапаса облаков;

44 - формирование растрового изображения интегральной влажности атмосферы;

45 - формирование растрового изображения глобальной метеорологической карты;

46 - географическая привязка изображения к карте местности;

47 - проверка на удовлетворение условию привязки;

48 - коррекция;

49 - БД конечных продуктов (в формате jpeg, bmp);

на фиг.5 - алгоритм обработки комплексом данных спутниковой съемки в видимом и инфракрасном спектрах, поступивших от наземного КПСД, принятых в частотном диапазоне 1,7 ГГц, где:

50 - получение данных от наземного КПСД;

51 - проверка на удовлетворение признаку «новый снимок»;

52 - распаковка данных;

53 - БД принятых снимков;

54 - калибровка данных;

55 - географическая привязка;

56 - формирование композитов облачности;

57 - БД композитов облачности;

58 - проверка на удовлетворение условию по количеству снимков >2;

59 - формирование мозаики изображений;

60 - БД мозаики изображений;

61 - формирование информационных пакетов конечных продуктов;

49 - БД конечных продуктов (в формате jpeg, bmp);

на фиг.6 - алгоритм формирования выходной информационной продукции для внешних пользователей КФВИП, где:

12 - БД заявок;

49 - БД конечных продуктов;

62 - выбор из БД конечных продуктов результатов съемки в соответствие с заявками внешних потребителей;

63 - формирование информационных пакетов для внешних пользователей;

- уведомление оператора АРМ о выполнении заявки.

Принцип работы заявленной группы изобретений заключается в следующем.

Аппаратно-программный комплекс (АПК) - (см. фиг.1) состоит из:

комплекса предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра (1), осуществляющего предварительную обработку спутниковых данных СВЧ-радиометра, поступающих от источника данных - наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц, с последующим сохранением результатов обработки в виде файлов в блоке памяти (архиве) (3);

комплекса тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра (2), осуществляющего после предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра их тематическую обработку с последующим сохранением результатов обработки в виде файлов в блоке памяти (архиве) (3);

комплекса (4), осуществляющего обработку спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров, поступающих от источника данных - наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц, с последующим сохранением результатов обработки в виде файлов в блоке памяти (архиве) (3);

комплекса (5), осуществляющего формирование выходных информационных продуктов, как результатов обработки комплексами (2) и (4), с последующим сохранением результатов обработки в виде файлов в блоке памяти (архиве) (3);

комплекса (6), осуществляющего взаимодействие с внешними потребителями (8), операторами космических систем КС (9) и ЦУП (10).

Алгоритм функционирования комплекса взаимодействия с внешними потребителями, операторами КС и ЦУП (см. фиг.2) заключается в следующем.

При поступлении от внешних потребителей (11) заявок в согласованных форматах на планирование и проведение космической съемки после ее обработки и сохранения (13) в базе данных заявок (12) разрабатывается сценарий съемки (14) с моделированием на карте-основе заданных потребителем границ. Производится расчет предварительного плана съемки и плана задействования БСК КА (15) на основе анализа оператором его технических возможностей. Производится интерактивное планирование съемки (17), для расчета которого используются программа графического моделирования (18) и программа баллистического прогноза (16) на основе данных о характеристиках орбит КА, содержащихся в баллистической БД о КА (20) и данных о БСК КА (21). Сформированные результаты расчета интерактивного планирования являются основой для последующего формирования полетного задания (19), сохраняемого в базе данных результатов планирования (22). Полетное задание в форме заявки передается в ЦУП (25). На основе сформированного полетного задания выполняется расчет плана работ (23), передаваемого (26) в наземный КПСД. При этом результаты графического моделирования проведения съемки (18), результаты сформированного полетного задания (19) и план работ наземного КПСД (23) отображаются на дисплее ПЭВМ (24).

Алгоритм функционирования комплекса предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра (КПОСД-СВЧ), поступивших от наземного КПСД, принятых в диапазоне 8,2 ГГц (см. фиг.3), заключается в следующем.

В КПОСД-СВЧ (1) последовательно осуществляется: ввод (27) исходного файла спутниковых данных, принятых в частотном диапазоне 8,2 ГГц наземным комплексом приема КПСД (7), из исходного файла выделяются (28) кадры СВЧ-радиометра, осуществляется (29) контроль целостности и достоверности принятых данных, формируются (30) файлы-потоки последовательных информационных пакетов СВЧ-радиометра, осуществляется (31) валидация данных измерений, производится (32) привязка измерений к абсолютной шкале времени и формирование файлов для географической привязки, калибровка (33) СВЧ в шкале антенных температур, формирование (34) файлов-массивов калиброванных данных в пикселях измерений СВЧ-радиометра, вычисление (35) географических координат для каждого из пикселей измерений СВЧ-радиометра с использованием предиктовой модели орбиты (36) для определения координат подспутниковой точки и геометрии сканирования, географическая привязка (37), корректировка (38) географической привязки путем вноса поправок в параметры «крен», «тангаж», «рысканье» по разности положений температурного контура и контура карты-основы, передача (39) файлов в формате HDF в комплекс тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра - КТОСД-СВЧ (2).

Алгоритм тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра комплексом КТОСД-СВЧ (2) заключается в следующем.

Прошедшие предварительную обработку в КПОСД-СВЧ (1) данные СВЧ-радиометра поступают для тематической обработки в комплекс КТОСД-СВЧ (2), выполняющий последовательно операции: ввод (40) исходного файла в формате HDF (результата предварительной обработки), формирование растрового изображения яркостных температур (41), формирование (42) растрового изображения скорости приводного ветра, формирование (43) растрового изображения водозапаса облаков, формирование (44) растрового изображения интегральной влажности атмосферы, формирование (45) растрового изображения глобальной метеорологической карты, географическая привязка (46) изображения к карте местности с возможностью визуального контроля и после проверки (47) на удовлетворение условию географической привязки осуществляется (при необходимости) коррекция (48) географической привязки изображения к карте-основе с последующей записью в базу данных (архив) конечных продуктов (49) результатов тематической обработки данных СВЧ-радиометра в виде файлов в форматах jpeg или bmp.

Алгоритм обработки комплексом обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров (КОСДВИС), поступивших от наземного комплекса приема спутниковых данных КПСД, принятых в частотном диапазоне 1,7 ГГц, заключается в следующем.

Спутниковые данные съемки в видимом и инфракрасном спектрах, принятые КПСД (1) в диапазоне 1,7 ГГц, поступают для предварительной и тематической обработки в комплекс КОСДВИС (4), выполняющий функции: получение данных (50) от наземного КПСД, проверку на удовлетворение признаку «новый снимок» (51) и, в случае удовлетворения этому условию, распаковка (52) данных, калибровка (54) данных, географическая привязка (55) и их сохранение в базе данных (53) принятых снимков. По выбору опции пользователем осуществляется формирование (56) композита облачности с записью в базу (57) данных композита облачности, формирование мозаики изображений (59) после проверки (58) удовлетворения условию наличия двух и более перекрывающихся частично или полностью снимков на один район съемки с записью мозаики изображений в базу данных (60). На основе сохраненных снимков, композитов облачности и мозаики изображений в соответствие с заявками внешних потребителей формируются информационные пакеты конечных продуктов (61) с записью их в базу данных (архив) конечных продуктов (49).

Алгоритм формирования выходной информационной продукции для внешних пользователей комплексом формирования выходных информационных продуктов КФВИП (см. фиг.6) заключается в следующем.

Формирование выходной информационной продукции для внешних потребителей заключается в выборе из БД (49) конечных продуктов результатов съемки в соответствие с заявками внешних потребителей на проведение съемки заданными КА по заданным районам и в спектральных диапазонах, хранящимися в БД (12) заявок, формировании информационных пакетов для внешних пользователей с записью а БД и уведомления оператора о готовности выполнения заявки. С целью оценки удовлетворения заявкам результатов съемки и обработки данных осуществляется визуализация изображений.

Источником исходных данных для заявленного аппаратно-программного комплекса (АПК) являются заявки внешних потребителей на проведение спутниковой съемки.

Входными данными для АПК являются:

данные СВЧ-радиометра, принимаемые в частотном диапазоне 8,2 ГГц наземным комплексом приема спутниковых данных КПСД с КА, имеющих в составе БСК сканер-зондировщик;

данные спутниковой съемки в оптическом и инфракрасном спектрах, принимаемые в частотном диапазоне 1,7 ГГц наземным комплексом приема спутниковых данных КПСД с КА, имеющих в составе БСК соответствующие камеры.

Выходной информационной продукцией АПК являются:

вертикальные профили температуры и влажности атмосферы;

данные об интегральной влажности атмосферы, водозапасе облаков, интенсивности осадков;

данные о скорости и направлении приводного ветра;

данные о температуре подстилающей поверхности, в т.ч. океана;

результаты наблюдения и диагностики ледовых и снежных покровов;

результаты наблюдения и диагностики тайфунов и ураганов;

динамика развития гидросиноптических процессов.

Программное обеспечение (ПО) в составе АПК функционирует в среде ОС Windows.

Комплексная автоматизация процессов обеспечения внешних потребителей данными спутникового мониторинга достигается за счет:

автоматизированного расчета границ возможной съемки по баллистическим данным заявленного КА и характеристикам съемочной аппаратуры;

автоматизированного получения от внешних потребителей заявок на проведение съемки, формирования и отправки им сообщения о включении заявки в план работы с уточнением координат зоны съемки по результатам расчета;

автоматизированной отправки в ЦУП рассчитанного предварительного плана съемки;

автоматизированного формирования и отображения на АРМ задач по получению из архива (по готовности) исходных данных, а также их обработке и разработке выходных информационных продуктов;

автоматизированных предварительной и тематической обработок данных, принятых от наземных комплексов КПСД;

автоматизированной разработки выходных информационных продуктов.

Уменьшение времени планирования применения космических средств при увеличении количества проводимых сеансов съемок атмосферы и подстилающей поверхности Земли достигается за счет:

исключения необходимости формирования и пересылки донесений о выполнении наземными КПСД последовательности процедур приема, предварительной, тематической обработки данных;

автоматизации процессов обработки поступивших заявок на проведение космической съемки и расчета предварительного плана съемки с учетом параметров орбит КА и характеристик их бортовой аппаратуры.

Источники информации

1. Дистанционное зондирование земли. Справочные материалы. Выпуск 1. Космическая система «Метеор-3М» №1. Под ред. Г.М.Полищука и др. // Санкт-Петербург, Гидрометиздат, 2001.

2. Форма заявки на проведение съемки. http://www.ntsomz.ru/zakaz/data.

3. Станции НТЦ «Сканекс», http://www.scanex.ru/ru/stations/net/SGS_Network.pdf.

4. Ю.А.Полушковский и др. Автоматизированная система планирования работы бортового измерительного комплекса КА ДЗЗ. Материалы Всероссийской научной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса» М., ИКИ РАН, 2003.

Изобретение относится к космической отрасли, а именно к средствам и способам оперативного мониторинга состояния атмосферы, подстилающей поверхности Земли и мирового океана с использованием космических аппаратов (КА), и может использоваться, например, для краткосрочного прогнозирования гидрометеорологических процессов с целью принятия необходимых комплексных мер по повышению безопасности хозяйственной и научной деятельностей, сопряженных с применением наземных, морских, авиационных и космических средств. Достигаемый технический результат изобретения - повышение оперативности и обеспечение возможности комплексной автоматизации процессов космического гидрометеорологического мониторинга, а также уменьшение времени планирования применения космических средств при увеличении количества космических съемок атмосферы и подстилающей поверхности Земли, проводимых с одного или нескольких КА, а также количества обслуживаемых внешних пользователей, проводимых с одного или нескольких КА. Заявленное изобретение включает наземный комплекс приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц; наземный комплекс приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц; комплекс взаимодействия с внешними потребителями, операторами космических систем и Центром управления полетом; комплекс предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра; комплекс тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра; комплекс обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров; комплекс формирования выходных информационных продуктов; блок памяти (архив). 7 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Аппаратно-программный комплекс для приема и обработки заявок от внешних потребителей на проведение спутниковой съемки, комплексной обработки спутниковых данных и формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей, включающий:
наземный комплекс приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц;
наземный комплекс приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц;
комплекс взаимодействия с внешними потребителями, операторами космических систем и Центром управления полетом;
комплекс предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра;
комплекс тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра;
комплекс обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров;
комплекс формирования выходных информационных продуктов;
блок памяти (архив), при этом:
комплекс взаимодействия с внешними потребителями, операторами космических систем и Центром управления полетом выполнен с возможностью:
приема, обработки и сохранения в базе данных (архиве) заявок на проведение спутниковой съемки от внешних потребителей;
разработки сценария съемки с моделированием на карте-основе заданных внешними потребителями границ;
расчета предварительного плана съемки и плана задействования бортового комплекса космического аппарата (КА) на основе анализа его технических возможностей;
интерактивного планирования съемки на основе данных о характеристиках орбит КА и данных о бортовом комплексе КА;
формирования полетного задания, сохраняемого в базе данных результатов планирования, и передачи его в Центр управления полетом в форме заявки;
расчета плана работ на основе сформированного полетного задания, передаваемого в наземные комплексы приема спутниковых данных в частотных диапазонах 8,2 ГГц и 1,7 ГГц;
отображения на ПЭВМ оператора на базе процессора с устройством отображения информации результатов графического моделирования проведения съемки, результатов сформированного полетного задания и плана работ наземных комплексов приема спутниковых данных в частотных диапазонах 8,2 ГГц и 1,7 ГГц;
комплекс предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра, поступающих от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц, выполнен с возможностью:
ввода (приема) исходного файла спутниковых данных СВЧ-радиометра, принятых наземным комплексом приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц;
выделения из исходного файла кадров СВЧ-радиометра,
контроля целостности и достоверности принятых спутниковых данных;
формирования файлов-потоков последовательных информационных пакетов СВЧ-радиометра;
валидации данных измерений;
привязки измерений к абсолютной шкале времени и формирования файлов для географической привязки и калибровки СВЧ в шкале антенных температур;
формирования файлов-массивов калиброванных данных в пикселях измерений СВЧ-радиометра;
географической привязки на основе вычисления географических координат для каждого из пикселей измерений СВЧ-радиометра с использованием предиктовой модели орбиты и технических характеристик бортового комплекса КА для определения координат подспутниковой точки и геометрии сканирования;
и при необходимости корректировки географической привязки путем вноса поправок в параметры «крен», «тангаж», «рысканье» по разности положений температурного контура и контура карты-основы;
записи результатов предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра в блок памяти (архив) в формате HDF;
комплекс тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра выполнен с возможностью:
вывода из блока памяти (архива) сохраненных данных СВЧ-радиометра в формате HDF (результатов предварительной обработки спутниковых данных);
формирования растровых изображений яркостных температур, скорости приводного ветра, водозапаса облаков, интегральной влажности атмосферы, глобальной метеорологической карты с возможностью визуального контроля после проверки на удовлетворение условию географической привязки изображения к карте-основе, а также записи результатов тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра в базу данных (архив) конечных информационных продуктов в виде файлов в форматах jpeg или bmp;
комплекс обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров, поступающих от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц выполнен с возможностью:
приема спутниковых данных от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц, их распаковки, калибровки, географической привязки и, по выбору операции пользователем:
формирования композита облачности с записью в базу данных композита облачности,
формирования мозаики изображений (при наличии двух и более перекрывающихся частично или полностью снимков на один район съемки) с записью мозаики изображений в базу данных (архив),
формирования для потребителей пакета обработанных изображений в форме снимков облачности и подстилающей поверхности Земли с записью снимков в базу данных (архив) конечных информационных продуктов;
комплекс формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей выполнен с возможностью:
выбора (приема) из базы данных (архива) конечных информационных продуктов (результатов работы комплекса тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра и комплекса обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров) в соответствии с заявками внешних потребителей на проведение спутниковой съемки заданными КА по заданным районам и в различных спектральных диапазонах, хранящихся в базе данных (архиве) заявок внешних потребителей;
визуализации изображений с целью оценки их удовлетворения заявкам внешних потребителей;
формирования и передачи информационных пакетов внешним потребителям с записью их в базу данных (архив) и
уведомления оператора АРМ на базе процессора с устройством отображения информации о готовности выполнения заявки.

2. Процессор для взаимодействия с внешними потребителями, операторами космических систем и Центром управления полетом выполнен с возможностью:
приема, обработки и сохранения в базе данных (архиве) заявок на проведение спутниковой съемки от внешних потребителей;
разработки сценария съемки с моделированием на карте-основе заданных внешними потребителями границ;
расчета предварительного плана съемки и плана задействования бортового комплекса космического аппарата (КА) на основе анализа его технических возможностей;
интерактивного планирования съемки на основе данных о характеристиках орбит КА и данных о бортовом комплексе КА;
формирования полетного задания, сохраняемого в базе данных результатов планирования, и передачи его в Центр управления полетом в форме заявки;
расчета плана работ на основе сформированного полетного задания, передаваемого в наземные комплексы приема спутниковых данных в частотных диапазонах 8,2 ГГц и 1,7 ГГц;
отображения на ПЭВМ оператора на базе процессора с устройством отображения информации результатов графического моделирования проведения съемки, результатов сформированного полетного задания и плана работ наземных комплексов приема спутниковых данных в частотных диапазонах 8,2 ГГц и 1,7 ГГц.

3. Процессор для предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра, поступающих от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц, выполнен с возможностью:
ввода (приема) исходного файла спутниковых данных СВЧ-радиометра, принятых наземным комплексом приема спутниковых данных в частотном диапазоне 8,2 ГГц;
выделения из исходного файла кадров СВЧ-радиометра,
контроля целостности и достоверности принятых спутниковых данных;
формирования файлов-потоков последовательных информационных пакетов СВЧ-радиометра;
валидации данных измерений;
привязки измерений к абсолютной шкале времени и формирования файлов для географической привязки и калибровки СВЧ в шкале антенных температур;
формирования файлов-массивов калиброванных данных в пикселях измерений СВЧ-радиометра;
географической привязки на основе вычисления географических координат для каждого из пикселей измерений СВЧ-радиометра с использованием предиктовой модели орбиты и технических характеристик бортового комплекса КА для определения координат подспутниковой точки и геометрии сканирования;
и при необходимости корректировки географической привязки путем вноса поправок в параметры «крен», «тангаж», «рысканье» по разности положений температурного контура и контура карты-основы;
записи результатов предварительной обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра в блок памяти (архив) в формате HDF.

4. Процессор для тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра выполнен с возможностью:
вывода из блока памяти (архива) сохраненных данных СВЧ-радиометра в формате HDF (результатов предварительной обработки спутниковых данных);
формирования растровых изображений яркостных температур, скорости приводного ветра, водозапаса облаков, интегральной влажности атмосферы, глобальной метеорологической карты с возможностью визуального контроля после проверки на удовлетворение условию географической привязки изображения к карте-основе, а также записи результатов тематической обработки спутниковых данных СВЧ-радиометра в базу данных (архив) конечных информационных продуктов в виде файлов в форматах jpeg или bmp.

5. Процессор для обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров, поступающих от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц, выполнен с возможностью:
приема спутниковых данных от наземного комплекса приема спутниковых данных в частотном диапазоне 1,7 ГГц, их распаковки, калибровки, географической привязки и, по выбору операции пользователем:
формирования композита облачности с записью в базу данных композита облачности,
формирования мозаики изображений (при наличии двух и более перекрывающихся частично или полностью снимков на один район съемки) с записью мозаики изображений в базу данных (архив),
формирования для потребителей пакета обработанных изображений в форме снимков облачности и подстилающей поверхности Земли с записью снимков в базу данных (архив) конечных информационных продуктов.

6. Процессор для формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей выполнен с возможностью:
выбора (приема) из базы данных (архива) конечных информационных продуктов (результатов работы комплекса тематической обработки спугниковых данных СВЧ-радиометра и комплекса обработки спутниковых данных видимого и инфракрасного спектров) в соответствии с заявками внешних потребителей на проведение спутниковой съемки заданными КА по заданным районам и в различных спектральных диапазонах, хранящихся в базе данных (архиве) заявок внешних потребителей;
визуализации изображений с целью оценки их удовлетворения заявкам внешних потребителей;
формирования и передачи информационных пакетов внешним потребителям с записью их в базу данных (архив);
уведомления оператора АРМ на базе процессора с устройством отображения информации о готовности выполнения заявки.

7. Способ приема и обработки заявок от внешних потребителей на проведение спутниковой съемки, комплексной обработки спутниковых данных и формирования выходных информационных продуктов для внешних потребителей, заключающийся в том, что осуществляют:
прием от внешних потребителей и обработку заявок на проведение съемок облачного покрова и подстилающей поверхности Земли с одного или нескольких КА;
предварительное планирование проведения съемки, исходя из баллистического построения одного или нескольких КА, технических возможностей одного или нескольких КА и наземных комплексов приема спутниковых данных (КПСД) в частотных диапазонах 1,7 ГГц и 8,2 ГГц от одного или нескольких КА;
согласование плана работ с Центром управления полетом (ЦУП);
прием и обработку от КА на наземный КПСД результатов космической съемки в видимом и инфракрасном спектрах, переданных с одного или нескольких КА в частотном диапазоне 1,7 ГГц;
прием и обработку от КА на наземный КПСД результатов космической съемки СВЧ-радиометра, переданных с одного или нескольких КА в частотном диапазоне 8,2 ГГц;
сбор и архивацию спутниковых данных, полученных от одного или нескольких КА с последующей предварительной обработкой;
тематическую обработку спутниковых данных для последующего анализа и прогноза развития гидрометеорологических условий;
формирование и передачу внешним потребителям информации по заранее заданным и согласованным расписанию и протоколам информационного обмена;
предоставление по запросам внешних потребителей оперативных и архивных спутниковых снимков (данных), а также информационной продукции, разработанной на их основе.