СЕТЬ НАЗЕМНЫХ СТАНЦИЙ ДЛЯ ПРИЕМА И ХРАНЕНИЯ СПУТНИКОВЫХ ДАННЫХ Российский патент 2013 года по МПК H04B7/19 H04W84/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение касается устройства, называемого во всем тексте настоящей заявки «спутниковой сетью», которое содержит несколько сообщающихся между собой наземных станций приема и сохранения данных. Наземная станция приема и сохранения данных представляет собой станцию, оборудованную средствами приема данных наблюдений, поступающих от, по меньшей мере, одного спутника, находящегося на околоземной орбите, и средствами сохранения данных (массовой памятью, т.е. памятью большого объема).

Изобретение также охватывает устройство для наблюдений - в частности, для наблюдений Земли, содержащее:

- по меньшей мере, одну группировку спутников, размещенных на околоземной орбите, причем каждый из спутников содержит, по меньшей мере, один модуль сбора данных наблюдений и, по меньшей мере, один модуль передачи таких данных наблюдений на приемные антенны, расположенные на поверхности Земли,

- наземные станции приема и сохранения данных наблюдений, распределенные по поверхности Земли, причем каждая из станций приема и сохранения данных соединена с, по меньшей мере, одной приемной антенной, а именно, принадлежащей к ней антенной, причем такие станции осуществляют обмен данными между собой,

- причем передающее устройство каждого из спутников выполнено с возможностью передачи данных наблюдений на любую приемную антенну, расположенную в зоне видимости данного передающего устройства, а каждая из приемных антенн выполнена с возможностью приема данных наблюдений, передаваемых спутником, во время нахождения данной приемной антенны в зоне видимости передающего модуля указанного спутника.

В общем случае во всем тексте настоящего описания термин «наблюдения» обозначает любой сбор данных, в том числе результатов измерений физических параметров (температур, уровней излучения, топографических данных, изображений на различных длинах волн, как в пределах видимого спектра так и вне его, и т.д.), а термины «наблюдения Земли» обозначают любой сбор данных наблюдений, имеющих отношение к Земле, в том числе, данных, поступающих с Земли.

Изобретение в частности (но не исключительно) направлено на предложение такого устройства для наблюдения Земли, более конкретно, предназначенного для сбора и выдачи изображений земной поверхности с высоким пространственным разрешением (10 м и менее, в частности, порядка одного метра), с высокой частотой полного покрытия Земли (две недели и менее, в частности, порядка одного дня).

Во всем тексте настоящего описания термин «частота полного покрытия Земли» обозначает частоту, с которой устройство для наблюдения Земли обеспечивает полный обзор земной поверхности.

Уровень техники

Наблюдение Земли при помощи спутников было начато в 1950-е годы по мере развития приборов, предназначенных, в частности, для использования в метеорологии. Разработка таких приборов продолжается до сих пор, причем в зависимости от поставленных задач основные усилия могут быть направлены либо на повышение пространственного разрешения наблюдений поверхности Земли, либо на увеличение частоты обновления данных.

В настоящее время существует большое количество приборов для наблюдения Земли, в том числе LANDSAT, MODIS, IKONOS, QUICK BIRD, EROS, SPOT-5, SPOT-4 и другие. Данные приборы позволяют решать различные задачи получения изображений в самых различных областях - сельском хозяйстве, картографии, кадастровом учете земель, обороне, экологии, телекоммуникациях, управлении рисками, управлении возобновляемыми ресурсами и т.д. Во всех случаях данные наблюдений, получаемые наземными станциями от спутников, направляют на центральную станцию обработки и хранения данных, что позволяет обеспечить рационализацию различных данных, их обновление и их согласование с другими данными. Такая центральная станция также позволяет осуществлять передачу данных наблюдений пользователям, обеспечивая согласованность и однородность их датировки и содержания. Такая передача данных спутниковых наблюдений на центральную станцию, с учетом большого объема таких данных, чаще всего связана с проблемами обеспечения соединения и поддержки достаточной пропускной способности. Так, в патентной публикации GB 2432486 было предложено использовать спутники группировки для передачи данных на наземную пользовательскую станцию. Однако такое решение, крайне сложное и дорогостоящее, не обеспечивает вполне удовлетворительного разрешения данной проблемы.

Приборы IKONOS, QUICKBIRD, EROS и т.п. представляют собой спутники с весьма высоким разрешением, обеспечивающие возможность получения пространственного разрешения на земной поверхности порядка метра. Однако частота обновления ими полной информации по поверхности Земли превышает один месяц.

Приборы MODIS, MERIS и т.п. обладают невысоким разрешением, но частота обновления ими полной информации по поверхности Земли составляет от трех дней до одной недели.

Другими словами, с учетом современного уровня техники, разработка приборов для сбора и выдачи данных спутникового наблюдения - в частности, наблюдения Земли, - ограничена противоречивыми требованиями. Таким образом, речь идет о выборе между прибором с высоким пространственным разрешением (порядка метров), но небольшой частотой покрытия поверхности Земли (порядка недель или месяцев) и прибором с высокой частотой покрытия поверхности Земли (порядка суток), но низким пространственным разрешением (порядка сотен метров).

Были предложены альтернативные решения, направленные на обеспечение высокой частоты обзора заранее определенных областей при сохранении достаточно высокого пространственного разрешения. Такие решения используют один или несколько спутников, оборудованных оптическими приборами для получения изображений, выполненных с возможностью изменения линии визирования таких приборов. В частности, возможность получения изображений областей, лежащих за пределами естественной траектории спутника, позволяет осуществлять наблюдение за одной и той же географической зоной в течение нескольких последовательных оборотов спутника вокруг Земли.

Так, группировка спутников SPOT обеспечивает возможность сбора информации с частотой, позволяющей осуществлять ежедневное обновление изображений заранее определенной области земной поверхности. Данная группировка содержит несколько спутников, размещенных на полярной круговой солнечно-синхронной фазированной орбите вокруг Земли. Цикл вращения каждого из спутников составляет 26 суток. Каждый из спутников содержит оптические приборы, регистраторы данных и системы передачи изображений на наземные приемные станции. Оптические приборы выполнены с возможностью получения изображений с линией визирования, направленной под регулируемым углом, что позволяет осуществлять наблюдение одной и той же области несколько раз в течение 26-суточного цикла. Регистраторы данных позволяют сохранять изображения на борту спутника в то время, когда он находится за пределами зоны видимости наземной станции.

Таким образом, данная группировка спутников может обеспечить наблюдение за отдельными зонами поверхности Земли с высокой частотой. Однако частота глобального покрытия не может быть менее 26 суток. Более того, если группировка работает по программе, предполагающей многочисленные изменения линий визирования в течение 26-суточного цикла, частота глобального охвата Земли может быть значительно больше 26 суток.

Другой недостаток такого решения связан со стоимостью изготовления, установки, эксплуатации и обслуживания группировки спутников с возможностью изменения линий визирования. В частности, использование такой группировки требует установки и эксплуатации нескольких наземных станций, работающих независимо друг от друга и выполненных с возможностью передачи полученных визуальных данных на центральный сервер для их сохранения и дальнейшего распространения. Кроме того, управление каждым из приборов каждого из спутников осуществляет наземная группа специалистов, в обязанности которых входит определение и оптимизация линий визирования оптических приборов в соответствии с текущими задачами. Более того, для обеспечения возможности работы вне зон видимости наземных станций каждый из спутников должен содержать собственную записывающую аппаратуру. Кроме того, каждый из спутников содержит собственную систему передачи данных на Землю.

Помимо вышеизложенного, данное решение обладает еще одним существенным недостатком. А именно, покрытие всей поверхности Земли такой группировкой спутников с целью получения изображений с пространственным разрешением порядка метра и частотой глобального охвата порядка суток предполагает обработку центральным сервером порядка 1500 терабайтов данных в сутки, т.е. 170 гигабайтов в секунду, что значительно превосходит возможности передачи данных со спутников и их обработки наземными средствами, обеспечиваемые существующими в настоящее время технологиями и вариантами архитектуры серверов. Кроме того, та же проблема возникает для данных, поступающих от аппаратуры космического наблюдения, установленной на спутниках.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в устранении указанных недостатков и в предложении новой концепции устройства для записи данных спутниковых наблюдений, которая обеспечивала бы возможность сохранения чрезвычайно больших потоков данных, в частности, значительно превышающих уровень 100 гигабайтов в секунду. Более конкретная задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в предложении такого устройства, которое не требовало бы использования центрального сервера для распространения и/или сохранения данных.

Дальнейшая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в предложении такого устройства, а именно, устройства для спутникового наблюдения, выполненного с возможностью подачи информации в средства массовой информации в сети Интернет.

Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагается устройство, содержащее наземные станции приема и сохранения данных, снабженные средствами запоминания таких данных, причем каждая из наземных станций связана со средствами приема данных наблюдений, поступающих от, по меньшей мере, одного спутника, находящегося на околоземной орбите, отличающееся тем, что:

- данные наблюдений, поступающие от, по меньшей мере, одного спутника, в частности, от каждого из спутников - распределяют для их сохранения по средствам запоминания данных различных наземных станций приема и сохранения данных,

- каждая из наземных станций приема и сохранения данных функционально соединена с другими наземными станциями приема и сохранения данных посредством, по меньшей мере, одной цифровой сети и оборудована, по меньшей мере, одним модулем, называемым управляющим модулем, так, что различные наземные станции приема и сохранения данных связаны между собой различными управляющими модулями через цифровую сеть или цифровые сети в соответствии с конфигурацией, называемой спутниковой сетью, выполненной с возможностью обеспечения постоянного распределенного равноправного и полного доступа к указанным данным наблюдений, поступающих от, по меньшей мере, одного спутника и сохраненных в средствах (13) памяти различных наземных станций (5) приема и сохранения данных, причем указанная спутниковая сеть выполнена так, чтобы все данные наблюдений, сохраненные в различных наземных станциях приема и сохранения данных, были доступны и видны как единый набор данных наблюдений из любой точки доступа к цифровой сети или цифровым сетям (15).

Такая спутниковая сеть по изобретению, в которой наземные станции приема и сохранения данных спутниковых наблюдений функционально соединены между собой для обеспечения постоянного автоматического и полностью прозрачного совместного использования данных наблюдений, сохраненных в каждой из станций и, таким образом, распределенных по различным наземным станциям приема и сохранения данных без их концентрации на центральной площадке, образует новый объект, полностью преобразующий концепцию и образ действия систем спутникового наблюдения. Действительно, такая спутниковая сеть по изобретению представляет собой основной элемент одной или нескольких систем спутниковых наблюдений в том смысле, что в отсутствии спутниковой сети по изобретению такая система наблюдений становится полностью неработоспособной.

Кроме того, устройство по изобретению обладает ранее недостижимыми функциональными возможностями: возможности такого устройства по сохранению данных практически неограниченны, т.к. для увеличения объема, доступного для сохранения данных, и пропускной способности (вплоть до предельной пропускной способности передачи данных с соответствующих спутников) достаточно увеличить число наземных станций приема и сохранения данных; использование какого-либо центрального сервера для каталогизации данных или для распространения данных не требуется; все данные наблюдений доступны из любой точки доступа спутниковой сети немедленно и в режиме реального времени; работа устройства происходит в автоматическом режиме без потребности в каком-либо особом обслуживании (в частности, возникновение неисправности в какой-либо одной из наземных станций приема и сохранения данных никак не влияет на работу других наземных станций приема и сохранения данных и устройства в целом); устройство может быть связано в динамическом режиме с одним или несколькими спутниками и/или с одной или несколькими группировками спутников; устройство может быть предоставлено в распоряжение пользователей чрезвычайно простым, безопасным и надежным образом с использованием всех возможных и целесообразных вариантов управления доступом к данным, сохраненным в различных станциях, для их чтения и/или записи и/или управления ими.

В оптимальном варианте осуществления устройство по изобретению также отличается тем, что каждая из наземных станций приема и сохранения данных дополнительно связана со средствами передачи данных на, по меньшей мере, один спутник и содержит, по меньшей мере, один модуль дистанционного управления, выполненный с возможностью формирования, по меньшей мере, одной команды, предназначенной для, по меньшей мере, одного спутника, и передачи такой команды в спутниковую сеть. Таким образом, устройство по изобретению может быть использовано не только для приема данных спутниковых наблюдений и их распределенного хранения, но и для управления каждым из спутников, связанных с устройством по изобретению.

В оптимальном варианте осуществления изобретения указанная цифровая сеть указанной спутниковой сети представляет собой наземную цифровую сеть, в частности, общедоступную наземную цифровую сеть, такую как сеть Интернет.

Кроме того, в оптимальном варианте устройство по изобретению также отличается тем, что содержит, по меньшей мере, один наземный сервер, называемый сервером геопортала, соединенный указанной цифровой сетью с указанной спутниковой сетью, причем данный сервер геопортала доступен для пользователей через данную цифровую сеть и выполнен с возможностью управления доступом пользователей к спутниковой сети. Однако такой сервер геопортала не является сервером хранения или каталогизации данных. Таким образом, устройство по изобретению не использует никакого центрального сервера или центральной площадки хранения и/или каталогизации и/или распространения данных наблюдений.

Изобретение охватывает вышеупомянутое устройство для наблюдений, отличающееся тем, что содержит наземное устройство по изобретению, образованное указанными наземными станциями приема и сохранения данных. Другими словами, в устройстве для наблюдений по изобретению все наземные станции приема и сохранения данных, связанные между собой, образуют наземное устройство (спутниковую сеть) по изобретению.

Таким образом, в устройстве для наблюдений по изобретению каждая из наземных станций приема и сохранения данных связана с, по меньшей мере, одной цифровой сетью и оборудована, по меньшей мере, одним управляющим модулем так, что различные наземные станции приема и сохранения данных связаны между собой различными управляющими модулями через указанную цифровую сеть в соответствии с конфигурацией, называемой спутниковой сетью, выполненной с возможностью обеспечения постоянного распределенного равноправного и полного доступа к указанным данным наблюдений, поступающих от, по меньшей мере, одного спутника и сохраненных в средствах памяти различных наземных станций приема и сохранения данных, причем указанная спутниковая сеть выполнена так, чтобы все данные наблюдений, сохраненные в различных наземных станциях приема и сохранения данных, были доступны и видны как единый набор данных наблюдений из любой точки доступа к указанной цифровой сети.

Управляющие модули каждой из наземных станций приема и сохранения данных могут быть образованы известными сетевыми управляющими модулями, позволяющими формировать информационные сети, т.е. информационные структуры, основанные на сетевой конфигурации и обеспечивающие возможность прозрачного распределения разнородными системами и приложениями данных и/или информационных ресурсов (см. в частности http://ru.wikipedia.ora/wiki/Грид, Globus ToolK.it, а также программные пакеты gLite (EGEE), UNICORE или Synfmiway (Fujitsu) или программное обеспечение e-mule). Однако могут быть использованы и специально разработанные сетевые модули.

Технологии информационных сетей («грид») обеспечивают, в частности, возможности распределения и совместного использования значительных вычислительных мощностей благодаря включению в сеть мощных вычислительных средств и их соединению между собой. Поэтому такие технологии в основном используют в исследовательских центрах и на предприятиях, имеющих потребность в значительных мощностях обработки данных.

Хотя вычислительная мощность не является определяющим фактором в концепции устройства для наблюдений - в частности, прибора для наблюдений Земли, - авторы изобретения установили, что использование сетевой технологии для постоянного соединения между наземными станциями приема и сохранения данных наблюдений позволяет получить ранее недостижимые функциональные возможности и сформировать на практике распределенное устройство для наблюдения, обладающее несоизмеримо более высокими характеристиками, ценой чрезвычайно малых затрат. В частности, данные наблюдений могут быть распределены по различным наземным станциям приема и сохранения данных, в то же время обеспечивая возможность немедленного доступа к ним в режиме реального времени из любой точки доступа сети. Равным образом возможны передача и/или обмен данными наблюдений, производимые полностью прозрачным образом между наземными станциями приема и сохранения данных в соответствии с существующими потребностями и ограничениями. Кроме того, взаимное соединение наземных станций приема и сохранения данных в сеть позволяет облегчить осуществление дистанционного управления группировкой спутников с Земли.

Особенно выгодно осуществление изобретения в приложении к хранению данных наблюдений Земли. В частности, в оптимальном варианте осуществления изобретения устройство по изобретению также отличается тем, что средства сбора данных наблюдений каждого из спутников выполнены с возможностью сбора данных наблюдений Земли и имеют заранее определенное поле обзора, соответствующее области поверхности Земли, видимой для данных средств сбора данных, причем каждая из наземных станций приема и сохранения данных содержит средства для запоминания данных наблюдений, соответствующих, по меньшей мере, одной области земной поверхности, называемой областью сохраненных наблюдений, которая содержит, по меньшей мере, совокупность полей обзора средств сбора данных всех спутников, в которых расположена приемная антенна данной наземной станции приема и сохранения данных, причем число и распределение наземных станций приема и сохранения данных подобрано так, чтобы соответствующие указанные области сохраненных наблюдений были взаимно дополняющими и обеспечивали покрытие наблюдаемой земной поверхности, а различные данные наблюдений, соответствующие данной наблюдаемой поверхности, были распределены по средствам памяти различных наземных станций приема и сохранения данных, причем указанная спутниковая сеть представляет собой сеть хранения данных, в которой все данные наблюдений, сохраненные в различных наземных станциях приема и сохранения данных постоянно доступны в виде единого информационного ресурса из любой точки доступа цифровой сети указанной спутниковой сети.

Следует отметить, что в устройстве по изобретению существует возможность создания областей сохраненных наблюдений, виртуально связанных с какой-либо наземной станцией приема и сохранения данных, но не обязательно соответствующих зоне видимости приемной антенны данной наземной станции приема и сохранения данных или полям обзора спутников, пролетающих над такой антенной. Так, в оптимальном варианте осуществления изобретения область сохраненных наблюдений, по меньшей мере, одной из наземных станций приема и сохранения данных содержит, по меньшей мере, одну зону, расположенную вне совокупности полей обзора спутников, в которых расположена приемная антенна данной наземной станции приема и сохранения данных. С одной стороны, это обеспечивает возможность оптимального распределения данных наблюдений между наземными станциями приема и сохранения данных, как с точки зрения ресурсов, доступных для хранения данных, так и с точки зрения эффективности использования данных наблюдений (в частности, путем минимизации расстояния между каждым потенциальным пользователем и наземной станцией приема и сохранения данных, в которой сохранены соответствующие данные наблюдений, с целью снижения загруженности сети). Однако с другой стороны, это также позволяет предусмотреть передачу данных наблюдений со спутника нескольким наземным станциям приема и сохранения данных с последующим сохранением таких данных наблюдений в средствах памяти какой-либо одной наземной станции приема и сохранения данных, совпадающей или не совпадающей со станцией, исходно получившей эти данные от спутника. Архитектура сети различных наземных станций приема и сохранения данных позволяет осуществлять автоматическую, простую и прозрачную маршрутизацию данных наблюдений к соответствующей наземной станции приема и сохранения данных в соответствии с любым заранее установленным протоколом.

В соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения каждая из наземных станций приема и сохранения данных выполнена с возможностью поиска и сохранения в ее средствах памяти данных наблюдений каждой из наземных станций приема и сохранения данных, области сохраненных наблюдений которых граничит с ее областью сохраненных наблюдений, так что каждая из наземных станций приема и сохранения данных содержит локальную мозаику различных областей сохраненных наблюдений, смежных с ее областью сохраненных наблюдений.

Кроме того, в оптимальном варианте осуществления изобретения каждое из средств передачи спутника передает данные наблюдений в формате, включающем метаданные и/или данные, называемые данными геолокализации, идентифицирующие наблюдаемую область и дату наблюдений. Так, в случае наблюдений Земли данные таких наблюдений, передаваемые каждым из спутников «геолокализированы», т.е. содержат информацию, позволяющую определить положение на поверхности Земли, которому они соответствуют, что обеспечивает возможность их автоматической маршрутизации по сети к наземной станции приема и сохранения данных, в которой они должны быть сохранены, а также, впоследствии, их автоматического выбора через сеть в ответ на запрос пользователя. В связи с этим следует отметить, что данные наблюдений, переданные спутником, проходят, по меньшей мере, один этап обработки наземной станцией приема и сохранения данных (станцией, связанной с приемной антенной, осуществляющей прием таких данных, и/или станцией, в которой такие данные должны быть сохранены) до их сохранения в средствах памяти наземной станции приема и сохранения данных. Однако в любом случае, такая обработка сохраняет данные геолокализации неизменными.

Кроме того, в соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения, устройство по изобретению дополнительно отличается тем, что каждая из наземных станций приема и сохранения данных дополнительно связана с антенной для передачи данных на спутник, причем приемные и передающие антенны, средства передачи спутников и наземные станции выполнены с возможностью установления двустороннего обмена информацией между спутниками и наземными станциями приема и сохранения данных. В частности, это обеспечивает возможность простого и децентрализованного управления группировкой спутников, в результате чего отпадает необходимость использования единого центра управления, а команды управления могут быть направлены на каждый из спутников в любой момент из любой точки доступа сети.

Так, в соответствии с оптимальным вариантом осуществления изобретения устройство по изобретению содержит, по меньшей мере, один модуль дистанционного управления, выполненный с возможностью передачи команд на каждый из спутников, причем каждый из модулей дистанционного управления соединен с указанной цифровой сетью и со спутниковой сетью наземных станций приема и сохранения данных, на которые он направляет каждую из команд, предназначенных для передачи на спутники.

В соответствии с первым вариантом осуществления модуль дистанционного управления определяет, по меньшей мере, одну наземную станцию приема и сохранения данных, на которую он направляет команду для передачи такой команды на спутник-адресат.

В соответствии с другим вариантом осуществления указанную команду передают одновременно все наземные станции приема и сохранения данных, связанные с передающими антеннами. Тогда каждый из спутников принимает такую команду, переданную наиболее близкой к данному спутнику наземной станцией приема и сохранения данных, связанной с передающей антеннами. Поскольку команда содержит код идентификации спутника-адресата, каждый из спутников может определить, предназначена ли ему данная команда.

Группировка космических спутников может быть связана со спутниковой сетью наземных станций приема и сохранения данных посредством особых средств связи и обмена информацией, не являющихся составной частью сети, образующей спутниковую сеть. Однако в соответствии с оптимальным и предпочтительным вариантом осуществления изобретения каждый из спутников также содержит сетевой модуль, включенный в спутниковую сеть, образованную различными наземными станциями приема и сохранения данных и связывающей их цифровой сетью. Таким образом, в устройстве по изобретению каждый из спутников, так же как и каждая из наземных станций приема и сохранения данных, представляет собой узел спутниковой сети, что значительно облегчает обмен информацией и позволяет использовать все преимущества и все расширенные функциональные возможности такой спутниковой сети (упрощенное и прозрачное управление распределением данных, упрощенное управление доступом различных спутников к различным наземным станциям приема и сохранения данных и наоборот, устойчивость работы, например, в случае неисправности одного из спутников или одной из наземных станций приема и сохранения данных и т.д.).

В оптимальном варианте осуществления изобретения цифровая сеть указанной спутниковой сети представляет собой общедоступную наземную цифровую сеть, в частности, сеть Интернет, поддерживающую, в частности, соединения между различными наземными станциями приема и сохранения данных. В связи с этим следует отметить, что природа физических соединений между разными узлами сети не важна и может быть осуществлена на основе каналов связи любого типа или разных типов (проводные соединения, оптоволоконные соединения, соединения через спутники связи, сотовые соединения типа GSM или другого типа и т.д.) в рамках одной и той же сети. На практике каждый из модулей сети представляет собой информационный уровень, функционально присутствующий в одной или нескольких сетях и совместимый со всеми форматами сетей и платформ.

Кроме того, в оптимальном варианте устройство по изобретению содержит наземный сервер, называемый сервером геопортала, соединенный через общедоступную цифровую сеть с указанной спутниковой сетью, доступный для пользователей через такую общедоступную цифровую сеть и выполненный с возможностью управления авторизацией доступа пользователей к спутниковой сети. В связи с этим следует отметить, что такой сервер геопортала не образует центральной площадки или центрального сервера, в котором сохранялись бы данные наблюдений, предназначенные для предоставления пользователям, или который был бы необходим для определения места хранения данных наблюдений, запрашиваемых пользователем и/или для направления указанных данных наблюдений каждому из пользователей. Действительно, в устройстве по изобретению спутниковая сеть обеспечивает возможность автоматического прозрачного предоставления данных наблюдений каждому из пользователей, подключенных к данной сети, без необходимости использования какого-либо центрального сервера для отбора или передачи информации. Таким образом, в устройстве для наблюдений по изобретению сервер геопортала выполняет только функцию управления доступом пользователей к спутниковой сети, образующей данное устройство.

В предпочтительном варианте осуществления устройства для наблюдений по изобретению, поскольку указанные данные наблюдений должны быть представлены для просмотра в виде изображений, каждая из наземных станций приема и сохранения данных выполнена с возможностью обработки данных наблюдений, получаемых ею от каждого из спутников, с формированием и сохранением в ее средствах памяти соответствующих изображений, пригодных для непосредственного использования пользователем, причем образованная таким образом сеть обеспечивает пользователю непосредственный доступ ко всем изображениям наблюдений, полученных от разных спутников и соответствующих разным областям наблюдений, сохраненным в разных наземных станциях приема и сохранения данных. В частности, каждая из наземных станций приема и сохранения данных поддерживает в соответствии с текущей информацией сохраненную в ее средствах памяти локальную мозаику, образованную из ее собственной области сохраненных наблюдений и различных смежных с ней областей сохраненных наблюдений других наземных станций приема и сохранения данных, причем разные соответствующие данные наблюдений форматируют, калибруют и обрабатывают однородным образом, чтобы обеспечить возможность их непосредственного использования пользователем.

В связи с этим возможно несколько вариантов осуществления изобретения. В соответствии с первым вариантом осуществления изобретения управляющий модуль каждой из наземных станций приема и сохранения данных выполнен с возможностью динамического предоставления в распоряжение пользователя в режиме реального времени данных наблюдений, сохраненных последними в средствах памяти в спутниковой сети. Другими словами, в данном варианте осуществления изобретения каждый пользователь может получить через сервер геопортала наиболее свежие данные по какой-либо области наблюдений, т.е. последние полученные и сохраненные в соответствующей наземной станции приема и сохранения данных. Данный вариант позволяет постоянно получать наиболее свежее изображение различных областей наблюдений, наблюдаемых группировкой спутников, или всей Земли, если число спутников в группировке достаточно велико для этого.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения может быть предусмотрена периодическая, проводимая, например, один раз в сутки или в неделю, коллективная обработка различных данных наблюдений, полученных разными наземными станциями приема и сохранения данных, которые в таком случае получают одинаковую датировку и образуют полный набор данных наблюдений на данную дату, предоставляемый в распоряжение пользователей, например, путем передачи данных через серверы геопорталов, в качестве полного представления Земли.

Изобретение, в частности, охватывает устройство, позволяющее получить наблюдения всей поверхности Земли с вышеуказанными характеристиками. Так, в оптимальном варианте осуществления изобретения, каждый из спутников имеет полосу захвата шириной F и летит по низкой орбите так, что число ORB витков, которые он делает за сутки, превышает 1, причем число спутников подобрано так, что наблюдаемая ими земная поверхность соответствует всей поверхности Земли. Однако настоящее изобретение также применимо к другим группировкам спутников, обзор которых более ограничен, а также к наблюдениям космоса.

Таким образом, настоящее изобретение предполагает радикальное изменение концепции устройств для наблюдений Земли, поскольку оно основано на прозрачной, постоянной, автоматической сети взаимных соединений между различными составляющими частями (наземными станциями приема и сохранения данных и/или спутниками и/или антеннами), причем такая сеть представляет собой существенный элемент устройства по изобретению.

Изобретение также охватывает устройство - в частности, устройство для наблюдений, - отличающееся наличием всех или части из выше- или нижеупомянутых характеристик в их сочетании.

Краткое описание чертежей

Другие особенности, цели и преимущества изобретения станут ясны из нижеследующего описания одного из вариантов осуществления изобретения, приведенного в качестве примера и не вносящего каких-либо ограничений, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи. На чертежах:

- на фиг.1 представлена схема устройства для сбора и распространения данных наблюдений Земли по одному из вариантов осуществления изобретения,

- на фиг.2 представлена схема наземного устройства, образующего спутниковую сеть по одному из вариантов осуществления изобретения,

- на фиг.3 схематично представлена наземная станция приема и сохранения данных спутниковой сети по одному из вариантов осуществления изобретения.

Масштабы и пропорции на чертежах не соблюдены для большей наглядности и ясности иллюстраций.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлена схема устройства для наблюдений Земли по изобретению, которое содержит группировку спутников 4 и несколько наземных станций 5 приема и сохранения данных, передаваемых между ними, образующих наземное устройство по изобретению, или спутниковую сеть.

Каждый из спутников 4 дополнительно содержит, по меньшей мере, один аппарат для сбора данных наблюдений (в частности, оптический аппарат) с фиксированной линией визирования.

Такой аппарат для сбора данных наблюдений может представлять собой, например, жестко зафиксированную видеокамеру, направленную к Земле и выполненную с возможностью сбора данных наблюдений, в частности, изображений, полученных в разных спектрах, различных областей атмосферы и/или земной поверхности, над которыми пролетает спутник 4.

В соответствии с одним из возможных вариантов осуществления изобретения такой спутник может представлять собой «оптический парашют», например, такой, как описан в патентной публикации WO 2005110848.

Таким образом, спутник 4 в устройстве по изобретению не требует использований особой программы наводки, что значительно сокращает стоимость его изготовления и обслуживания.

Каждый из спутников 4 дополнительно содержит средства передачи данных наблюдений, выполненные с возможностью передачи собранных данных наблюдений на наземное оборудование (станцию 5) после каждого сеанса сбора данных наблюдений при помощи оборудования для сбора данных наблюдений, предусмотренного в данном спутнике 4. Такой модуль передачи данных может соответствовать любому известному типу такого оборудования; его подробное описание здесь не приводится.

Устройство по изобретению содержит несколько наземных станций 5 приема и сохранения данных, образующих спутниковую сеть.

Каждая из наземных станций 5 хранения данных содержит, по меньшей мере, один модуль 12 приема данных наблюдений, выполненный с возможностью приема данных, передаваемых с орбитального уровня сбора данных наблюдений.

Как показано на фиг.3, каждая из наземных станций 5 хранения данных дополнительно содержит модуль 11 обработки данных, выполненный с возможностью обработки данных 9 наблюдений, принятых модулем 12 приема данных данной наземной станции 5 хранения данных.

Модуль 11 обработки данных наблюдений наземной станции 5 хранения данных может представлять собой, например, вычислительный модуль обработки данных, в частности, типа микрокомпьютера, содержащий аппаратные и программные средства обработки информации (микропроцессоры), соответствующие элементы постоянной и оперативной памяти, операционную систему и другое программное обеспечение, периферийные устройства и драйверы периферийных устройств, соответствующие платы и шины, интерфейс «человек-машина» и т.д. В частности, модуль 11 выполнен с возможностью осуществления обработки и сохранения данных наблюдений, а также связи с, по меньшей мере, одной цифровой сетью 15.

Каждая из наземных станций 5 хранения данных содержит, в частности, средства 13 запоминания данных наблюдений, обработанных модулем 11 обработки данных. Такие средства 13 запоминания данных локально соединены с модулем 11 обработки данных и могут представлять собой запоминающие средства любого типа. Например, такие средства 13 запоминания данных могут быть образованы массовой памятью, например, на основе одного или нескольких жестких дисков.

Каждая из наземных станций 5 хранения данных дополнительно содержит соединение 14 с цифровой сетью 15, которое, с одной стороны, обеспечивает ее связь с другими наземными станциями 5 хранения данных, а с другой стороны, позволяет предоставлять данные наблюдений, сохраненные в запоминающих средствах 13, в распоряжение пользователей, подключенных к данной цифровой сети 15, при необходимости - после авторизации такого доступа сервером, называемым «сервером геопортала», который, в свою очередь, также соединен с цифровой сетью 15 и обеспечивает возможность административного и финансового управления выдачей разрешений на доступ пользователей к спутниковой сети.

Управление данным соединением 14 каждой из наземных станций 5 хранения данных с цифровой сетью 15 осуществляет один модуль, называемый управляющим модулем 8, загружаемый и исполняемый модулем 11 обработки данных каждой из наземных станций 5 приема и сохранения данных так, чтобы обеспечить постоянное соединение между разными наземными станциями 5 хранения данных через указанную цифровую сеть 15 в соответствии с архитектурой вычислительной сети, обеспечивающей постоянную возможность прозрачного (т.е. незаметного для пользователя) распределения вычислительных ресурсов, в частности, постоянного и прозрачного распределенного доступа к данным наблюдений (полученным от группировки спутников 4), сохраненным в запоминающих средствах 13 разных наземных станций 5 хранения данных. Таким образом, основная функция каждой из наземных станций 5 хранения данных состоит, с одной стороны, в сохранении данных наблюдений в локальной массовой памяти (запоминающих средствах 13), а с другой стороны, в обеспечении связи и предоставления таких данных наблюдений для чтения через спутниковую сеть с целью обеспечения возможности их просмотра через любую из точек доступа к данной спутниковой сети.

Таким образом, различные наземные станции 5 приема и сохранения данных, связанные между собою через цифровую сеть 15, образуют спутниковую сеть, доступ к которой может быть осуществлен через любую точку доступа к указанной цифровой сети 15, причем данная спутниковая сеть выглядит с точки зрения пользователя такой точки доступа как единый глобальный информационный ресурс. В частности, пользователь, получивший от сервера геопортала разрешение на подачу запроса, касающегося данных наблюдений, например, данных наблюдений определенной области земной поверхности, получает доступ ко всей сформированной таким образом сети, напрямую или через сервер геопортала, таким образом, что соответствующие данные наблюдений доступны для чтения и, при необходимости, могут быть переданы данному пользователю через сеть вне зависимости от того, в какой именно из наземных станций 5 хранения данных сохранена данная информация.

В результате, в устройстве по изобретению спутниковая сеть, образованная различными наземными станциями 5 приема и сохранения данных, а также цифровой сетью 15, на практике являются неотъемлемыми частями данного устройства для наблюдений в том смысле, что неработоспособность всей сети или ее части приводит к потере работоспособности устройства для наблюдений. Такая спутниковая сеть схематически представлена на фиг.2.

Модуль 8 управления может представлять собой сетевой управляющий модуль любого известного типа, в частности, модуль Globus ToolKit, или же программный пакет, такой как gLite (EGEE), UNICORE или Synfmiway (Fujitsu), или программную систему e-mule (www.emule-project.net).

Каждая из наземных станций 5 приема и сохранения данных связана с, по меньшей мере, одной приемной антенной 6, а в частном случае - с единственной приемной антенной 6, принадлежащей к данной станции, соединением 7. Данное соединение может представлять собой соединение любого типа. Например, данное соединение 7 может представлять собой проводное соединение, беспроводное радиосоединение, соединение Wi-Fi и т.д.

Приемные антенны 6 могут быть расположены на большем или меньшем удалении от наземных станций 5 хранения данных. В предпочтительном варианте каждая из наземных станций 5 хранения данных содержит локальную (расположенную вблизи нее) приемную антенну 6. В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения каждая из приемных антенн 6 может быть частью независимой приемной станции, отличной от наземной станции 5 хранения данных и содержащей модуль обработки информации, с которым соединена приемная антенна 6. В таком случае, каждая из приемных станций соединена с цифровой сетью 15 и дополнительно содержит управляющий модуль 8 так, чтобы обеспечить ее включение в спутниковую сеть и, следовательно, ее взаимную связь с наземными станциями 5 хранения данных.

Образованная таким образом спутниковая сеть устройства по изобретению осуществляет функцию автоматического обеспечения полного и равноправного доступа к данным наблюдений, сохраненным в каждом из модулей 13 массовой памяти каждой из наземных станций 5 хранения данных, в цифровой сети 15.

Кроме того, в наиболее распространенном случае, в котором такие данные наблюдений выполнены с возможностью их просмотра в виде изображений, такие данные наблюдений рассматривают как изображения, непосредственно доступные для просмотра пользователем, и каждая из наземных станций 5 хранения данных выполнена с возможностью сохранения в массовой памяти 13 не только данных наблюдений, точно соответствующих области обзора данной станции, но и всех данных наблюдений, соответствующих наземным станциям 5 хранения данных, непосредственно смежных с нею, т.е. станций, области обзора которых граничат с областью обзора данной наземной станции 5 хранения данных. Таким образом, массовая память 13 каждой из наземных станций 5 хранения данных содержит «мозаику» из всех данных локальных наблюдений, соответствующих области сохраненных в ней данных наблюдений и пограничным областям между данной областью и непосредственно прилегающими к ней областями. Кроме того, пользователь имеет возможность непосредственного доступа к такой локальной мозаике каждой из наземных станций 5 хранения данных через сеть.

Образованная таким образом спутниковая сеть также может работать и в обратном направлении, т.е. может обеспечивать чрезвычайно простую и надежную функциональность дистанционного управления спутниками 4. Для этого каждая из наземных станций 5 хранения данных (или, по меньшей мере, часть таких станций) дополнительно связана с передающей антенной, выполненной с возможностью установления восходящего канала связи с любым из спутников 4, проходящих через зону видимости данной передающей антенны. Такая передающая антенна может быть составной частью наземной станции 5 хранения данных или, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, аналогичным вышеописанному в связи с приемными антеннами 6, быть частью отдельной и независимой передающей станции, соединенной, в свою очередь, со спутниковой сетью и оборудованной управляющим модулем 8.

Передача такой команды дистанционного управления на спутник 4 через спутниковую сеть чрезвычайно проста. Действительно, прежде всего, такая команда дистанционного управления может быть выработана соответствующим модулем дистанционного управления хорошо известного типа и предназначена для одного или нескольких спутников 4. Модуль дистанционного управления может самостоятельно определить, с одной стороны, каждый из спутников, которым предназначена данная команда, а с другой стороны, каждую из наземных станций 5, которые должны передать данную команду дистанционного управления, и ввести идентификационные данные каждого из таких спутников-адресатов и/или каждой из таких наземных станций приема и сохранения данных как адрес и/или метаданные и/или данные команды дистанционного управления. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения модуль дистанционного управления распространяет команду дистанционного управления по сети, а каждая из наземных станций 5 сети, связанных с, по меньшей мере, одной передающей антенной, выполнена с возможностью передачи такой команды дистанционного управления на каждый спутник, проходящий через зону передачи такой передающей антенны, в результате чего различные спутники 4 получают данную команду дистанционного управления, причем каждый из спутников 4 определяет, предназначена ли ему данная команда дистанционного управления.

Количество и расположение приемных антенн и, как вариант, передающих антенн, на поверхности Земли и группировка спутников выбраны таким образом, чтобы:

- каждый из спутников 4 пролетал над, по меньшей мере, одной приемной антенной 6 и, в случае наличия таковых, по меньшей мере, одной передающей антенной,

- над каждой из приемных антенн 6 и, в случае их наличия, каждой из передающих антенн пролетал, по меньшей мере, один спутник 4.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения устройство дополнительно содержит М наземных станций приема и сохранения данных, причем $$M=\alpha \cdot {\left(\frac{C}{\pi \cdot r}\right)}^2$$ , где r - средний радиус зоны видимости приемных антенн 6, связанных с приемными модулями 12 наземных станций 5 хранения данных, а α - заранее определенный коэффициент, позволяющий обеспечить перекрытие зон видимости.

Коэффициент а позволяет обеспечить перекрытие зон видимости антенн, связанных с разными приемными модулями. На практике значение а составляет от 1,1 до 1,25, что позволяет получить степень перекрытия зон видимости от 10% до 25%.

Таким образом, спутник находится в зоне видимости, по меньшей мере, одной из приемных антенн 6, каково бы ни было его положение.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения коэффициент α устанавливают равным 1,2, что позволяет получить степень перекрытия зон видимости, равный 20%.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения число наземных станций 5 хранения данных наземного устройства для сохранения данных наблюдений равно числу спутников 4 орбитального уровня 1 сбора данных наблюдений.

Приемная антенна 6, связанная с приемным модулем 12 наземной станции 5 хранения данных, может представлять собой антенну любого типа. В частности, антенна 6 может иметь зону видимости разных размеров, в зависимости, в частности, от угла ее возвышения. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения каждая из антенн 6 имеет зону видимости радиусом 2500 км.

В соответствии с данным вариантом осуществления изобретения устройство по изобретению может содержать двадцать пять антенн 6, связанных с двадцатью пятью наземными станциями приема и сохранения данных, распределенных по поверхности Земли.

Использование сети Интернет в качестве цифровой сети 15 обеспечивает особенно простой и экономичный вариант осуществления устройства по изобретению.

Кроме того, если приемные антенны 6 и/или передающие антенны расположены на удалении от наземных станций 5 хранения данных, соединения между приемными и/или передающими станциями и наземными станциями 5 хранения данных также в оптимальном варианте осуществлены через цифровую сеть 15, а предпочтительно - через сеть, образованную наземными станциями 5 хранения данных и цифровой сетью 15, т.е. станции антенн сами соединены с цифровой сетью 15 и снабжены сетевыми модулями 8, настроенными так, чтобы вся информация и все данные, проходящие через каждую из антенн, были обрабатываемы такими управляющими модулями 8 и, следовательно, распространены по спутниковой сети. В частности, управляющие модели 8 настроены так, чтобы обеспечить наличие, по меньшей мере, каталога модуля 11 обработки данных, предназначенного для сохранения данных наблюдений, и чтобы обеспечить возможность доступа к такому каталогу, по меньшей мере, для чтения любому пользователю, имеющему доступ к спутниковой сети.

В оптимальном варианте осуществления изобретения каждый из спутников 4, в свою очередь, также оборудован блоком обработки данных с управляющим модулем 8, что обеспечивает включение спутников в сеть, образованную наземными станциями 5 хранения данных и цифровой сетью 15 через каналы связи, установленные между спутниками 4 и наземными станциями 5 хранения данных. Таким образом, в устройстве по изобретению спутники 4 могут быть сконфигурированы так, чтобы обеспечить предоставление данных наблюдений в сеть с возможностью прямого доступа к такой информации через наземные станции 5 хранения данных, которые могут производить ее дальнейшую обработку с целью ее сохранения в соответствующих средствах 13 запоминания данных, в частности, в виде изображений, непосредственно доступных для пользователей.

Другими словами, устройство для наблюдений по изобретению можно рассматривать как сеть, содержащую несколько серверов, образованных, с одной стороны, наземными станциями 5 хранения данных, приемными антеннами 6 и/или передающими антеннами, а с другой стороны, спутниками 4 осуществляющими сбор данных наблюдений с орбиты.

Обмен информацией между орбитальным уровнем сбора данных наблюдений и наземными средствами сохранения данных наблюдений может быть осуществлен в соответствии с технологиями любого типа.

Например, в соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения для обмена информацией между орбитальным уровнем 1 сбора данных наблюдений и наземными средствами сохранения данных наблюдений может быть использован протокол UMTS.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения для такого обмена информацией могут быть использованы другие протоколы, например, основанные на позднейших технологиях, таких как технология OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing - мультиплексирование с ортогональным частотным разделением) или технология HSDPA (High Speed Downlink Package Acess - высокоскоростная пакетная передача данных по нисходящему каналу).

В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления изобретения данные наблюдений сжимают на борту спутников 4 до их передачи на наземные средства сохранения данных наблюдений. Такое сжатие может быть осуществлено с использованием технологий любого типа, например, с использованием сжатия в формате JPEG.

Устройство для наблюдений по изобретению позволяет, например, просто и экономично получать ежедневные метрические изображения всей поверхности Земли.

В оптимальном варианте распространение таких изображений может быть произведено через сеть, однако при необходимости их распространение можно осуществлять под контролем сервера, соединение с которым устанавливают пользователи, имеющие соответствующий допуск.

Для этого, как указано выше, устройство по изобретению в оптимальном варианте содержит сервер, называемый сервером геопортала, соединенный через общедоступную цифровую сеть 15 с сетью наземных станций 5 хранения данных.

Такой сервер содержит средства приема запросов на соединение, поступающих от удаленных пользователей, средства анализа таких запросов, средства проверки прав допуска таких пользователей и средства разрешения или запрещения доступа таких пользователей к сети.

Однако следует отметить, что такой сервер геопортала никоим образом не представляет собой центральный модуль или центральный сервер, в котором происходит сохранение различной информации или управление ею; напротив, различные данные или изображения, доступные для пользователей, распределены по средствам 13 запоминания разных наземных станций 5 хранения данных, связанных между собой сетью.

Изображение Земли, полученное устройством для наблюдений по изобретению, распределено по поверхности Земли. Однако для пользователя такое распределение «прозрачно», поскольку система автоматически обнаруживает данные наблюдений, запрос на получение которых пользователь направляет через свой модуль сети, и предоставляет их в распоряжение пользователя через ту же сеть.

Такой сервер геопортала может представлять собой, например, микрокомпьютер, содержащий вычислительные средства, средства запоминания данных, программное обеспечение для анализа и обработки запросов и т.д.

Устройство для наблюдений по изобретению позволяет получать и распространять данные наблюдений Земли, в частности, в виде изображений, с высоким пространственным и временным разрешением, в частности, порядка метра и суток, соответственно.

Устройство для наблюдений по изобретению осуществляет физическое распространение собранных данных наблюдений Земли, что обеспечивает возможность получения и обработки необходимых данных. В частности, пропускная способность требуемых каналов передачи данных совместима с существующими в настоящее время технологиями.

Устройство для наблюдений по изобретению не требует никакого дополнительного нацеливания средств сбора информации наблюдений, имеющихся на борту спутников.

Кроме того, устройство для наблюдений по изобретению не требует использования никакого центрального сервера для хранения и/или каталогизации и/или распределения данных наблюдений. Распределение данных наблюдений по поверхности Земли и их сохранение происходит постоянно в средствах памяти разных наземных станциях приема и сохранения данных.

Устройство по изобретению, в частности, выполнено с возможностью предоставления данных наблюдений Земли пользователям, подключенным к общедоступной цифровой сети типа Интернет. В частности, устройство по изобретению позволяет всем пользователям, подключенным к такой сети, получать изображения определенных областей земной поверхности, полученных менее суток назад, с разрешением порядка метра. Таким образом, настоящее изобретение открывает возможности осуществления многочисленных новых приложений, в частности, в областях сельского хозяйства, картографии, обеспечения безопасности, обороны, экологии, городского планирования, телекоммуникаций, управления рисками, управления возобновляемыми ресурсами и т.д.

Настоящее изобретение охватывает различные варианты осуществления, не описанные выше. В частности, устройство по изобретению может содержать другие средства сбора данных наблюдений, предусмотренные на борту других летательных аппаратов или установленные наверху наземных сооружений, таких как здания, и осуществлять передачу собранных данных наблюдений на уровень обработки данных через уровень телекоммуникационных каналов. Такой уровень телекоммуникационных каналов может дополнительно содержать различные средства, обеспечивающие возможность передачи данных наблюдений с уровня сбора данных наблюдений на наземные средства хранения данных наблюдений по изобретению. В число таких дополнительных средств могут входить, например, ретрансляционные антенны, промежуточные сети и т.д. Наземные средства хранения данных наблюдений по изобретению могут содержать самые разнообразные наземные станции приема и сохранения данных, распределенные по поверхности Земли. Такие станции приема и сохранения данных могут представлять собой микрокомпьютеры, подключенные к общедоступной сети, такой как Интернет, или, в общем случае, любые средства, выполненные с возможностью приема изображений (или других данных наблюдений), обработки изображений, сохранения их в массовой памяти и предоставления их в распоряжение пользователей сети.

Кроме того, наземные станции 5 хранения данных могут быть соединены с несколькими цифровыми сетями, в частности, с, по меньшей мере, одной цифровой сетью, отличной от сети Интернет, например, с локальной цифровой сетью (даже если сама такая локальная цифровая сеть может быть частично или полностью основана на обмене информацией через сеть Интернет). Кроме того, наземные средства по изобретению могут быть использованы не только в сочетании с группировкой спутников 4, как описано выше, но, если это необходимо, и в сочетании с несколькими параллельными группировками спутников. Например, те же наземные средства по изобретению могут одновременно получать данные наблюдений, поступающие от первой группировки спутников, осуществляющей наблюдения в видимом диапазоне, и данные наблюдений, поступающие от второй группировки спутников, например, осуществляющей наблюдения космического пространства и/или измерение физических параметров околоземного пространства, например, измерения магнитного поля и/или наблюдения в диапазоне сверхвысоких частот и т.д.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к спутниковой сети, и может быть использовано для сбора данных наблюдений, имеющих отношение к Земле, в том числе данных, поступающих от Земли, таких как температуры, уровни излучения, топографические данные, изображения на различных длинах волн и т.д. Технический результат заключается в обеспечении высокого пространственного разрешения при высокой частоте покрытия поверхности Земли, а также обеспечении возможности сохранения чрезвычайно больших потоков данных, в частности, значительно превышающих уровень 100 Гб/с при отсутствии необходимости использования центрального сервера. Для этого спутниковая сеть содержит наземные станции (5) приема и сохранения данных, оборудованные средствами (13) памяти, причем каждая из станций (5) содержит средства приема данных наблюдений от, по меньшей мере, одного спутника, находящегося на околоземной орбите. Каждая из станций (5) соединена с, по меньшей мере, одной цифровой сетью (15) и оборудована, по меньшей мере, одним управляющим модулем так, чтобы различные станции (5) совместно обеспечивали постоянный и прозрачный распределенный доступ к указанным данным наблюдений, поступающим от, по меньшей мере, одного спутника и сохраненным в различных станциях (5), причем указанная спутниковая сеть выполнена с возможностью доступа к ней как к единому информационному ресурсу из любой точки доступа указанной сети (15). 14 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство, содержащее множество наземных станций (5) приема и сохранения данных, снабженных средствами (13) памяти для сохранения таких данных, причем каждая из наземных станций (5) связана со средствами приема данных наблюдений, поступающих от, по меньшей мере, одного спутника, находящегося на околоземной орбите, при этом
- данные наблюдений, поступающие от, по меньшей мере, одного спутника, сохраняются распределенным образом в средствах (13) памяти различных наземных станций (5),
- каждая из наземных станций (5) функционально соединена с другими наземными станциями (5) посредством, по меньшей мере, одной цифровой сети (15) и оборудована, по меньшей мере, одним управляющим модулем (8), так что различные наземные станции (5) связаны между собой посредством различных управляющих модулей (8) через цифровую сеть или цифровые сети (15) в соответствии с конфигурацией, называемой спутниковой сетью, выполненной с возможностью обеспечения постоянного и прозрачного распределенного доступа к указанным данным наблюдений, поступающим от, по меньшей мере, одного спутника и сохраненным распределенным образом в средствах (13) памяти различных наземных станций (5), причем указанная спутниковая сеть выполнена так, чтобы все данные наблюдений, сохраненные распределенным образом в различных наземных станциях (5), были доступны и видны как единый набор данных наблюдений из любой точки доступа к цифровой сети или цифровым сетям (15).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что каждая из наземных станций (5) дополнительно связана со средствами передачи данных на, по меньшей мере, один спутник (4) и содержит, по меньшей мере, один модуль дистанционного управления, выполненный с возможностью формирования, по меньшей мере, одной команды для, по меньшей мере, одного спутника (4), и передачи такой команды через спутниковую сеть.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанная цифровая сеть (15) представляет собой общедоступную наземную цифровую сеть.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что данные наблюдений представлены в виде изображений, причем каждая из наземных станций (5) выполнена с возможностью обработки данных наблюдений, получаемых от каждого из спутников (4), с формированием и сохранением в средствах (13) памяти соответствующих изображений, пригодных для непосредственного использования пользователем, в результате чего спутниковая сеть обеспечивает непосредственный доступ пользователя ко всем изображениям, сохраненным в различных наземных станциях (5).

5. Устройство для наблюдений по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, одну группировку спутников (4), размещенных на околоземной орбите, причем каждый из спутников (4) содержит, по меньшей мере, одно средство сбора данных наблюдений и, по меньшей мере, одно средство передачи таких данных наблюдений на приемные антенны (6), расположенные на поверхности Земли, причем каждая из наземных станций (5) приема и сохранения данных связана с, по меньшей мере, одной приемной антенной (6), при этом средство передачи каждого из спутников (4) выполнено с возможностью передачи данных наблюдений на любую из приемных антенн (6), расположенных в зоне видимости этого средства передачи, а каждая из приемных антенн (6) выполнена с возможностью приема данных наблюдений, передаваемых спутником (4) во время нахождения указанной приемной антенны (6) в зоне видимости средства передачи указанного спутника (4).

6. Устройство для наблюдений по п.5, отличающееся тем, что средство сбора данных наблюдений каждого из спутников (4) выполнено с возможностью сбора данных наблюдений Земли и имеет заранее определенное поле обзора, соответствующее области поверхности Земли, видимой для этого средства сбора данных наблюдений, причем каждая из наземных станций (5) содержит средства (13) памяти для запоминания данных наблюдений, соответствующих, по меньшей мере, одной области земной поверхности, называемой областью сохраненных наблюдений, которая содержит, по меньшей мере, совокупность полей обзора средств сбора данных наблюдений всех спутников (4), в которых расположена приемная антенна (6) этой наземной станции, причем число и распределение наземных станций (5) выбрано так, чтобы соответствующие указанные области сохраненных наблюдений были взаимно дополняющими и обеспечивали покрытие наблюдаемой земной поверхности, а различные данные наблюдений, соответствующие этой наблюдаемой поверхности, были распределены по средствам (13) памяти различных наземных станций (5), при этом указанная спутниковая сеть представляет собой сеть хранения данных, в которой все данные наблюдений, сохраненные в различных наземных станциях (5), постоянно доступны в виде единого информационного ресурса из любой точки доступа цифровой сети (15) указанной спутниковой сети.

7. Устройство для наблюдений по п.6, отличающееся тем, что область сохраненных наблюдений, по меньшей мере, одной из наземных станций (5) содержит, по меньшей мере, одну зону, расположенную вне совокупности полей обзора спутников (4), в которых расположена приемная антенна (6) этой наземной станции (5).

8. Устройство для наблюдений по п.6 или 7, отличающееся тем, что каждая из наземных станций (5) выполнена с возможностью поиска и сохранения в ее средствах (13) памяти данных наблюдений каждой из наземных станций (5), области сохраненных наблюдений которых граничат с ее областью сохраненных наблюдений, так что каждая из наземных станций (5) содержит локальную мозаику различных областей сохраненных наблюдений, смежных с ее областью сохраненных наблюдений.

9. Устройство для наблюдений по п.5, отличающееся тем, что каждое средство передачи спутника (4) выполнено с возможностью передачи данных наблюдений в формате, включающем метаданные и/или данные, называемые данными геолокализации, идентифицирующие наблюдаемую область и дату наблюдений.

10. Устройство для наблюдений по п.5, отличающееся тем, что каждая из наземных станций (5) дополнительно связана с приемной и передающей антенной (10) для передачи данных на спутник (4), причем приемные и передающие антенны (10), средства передачи спутников (4) и наземные станции (5) выполнены с возможностью установления двустороннего обмена информацией между спутниками (4) и наземными станциями (5).

11. Устройство для наблюдений по п.10, отличающееся тем, что содержит, по меньшей мере, один модуль дистанционного управления, выполненный с возможностью передачи команд на каждый из спутников (4), причем каждый из модулей дистанционного управления соединен с указанной цифровой сетью (15) и со спутниковой сетью наземных станций (5), на которые он направляет каждую из команд, предназначенных для передачи на спутники (4), причем передачу указанной команды производят одновременно все наземные станции (5).

12. Устройство для наблюдений по п.5, отличающееся тем, что каждый из спутников (4) дополнительно содержит управляющий модуль (8), обеспечивающий его включение в спутниковую сеть, образованную различными наземными станциями (5) и связывающей их цифровой сетью (15).

13. Устройство для наблюдений по п.5, отличающееся тем, что указанная спутниковая сеть соединена с общедоступной наземной цифровой сетью.

14. Устройство для наблюдений по п.5, отличающееся тем, что каждая из наземных станций (5) выполнена с возможностью обработки данных наблюдений, которые она получает от каждого из спутников (4), так чтобы обеспечить формирование и сохранение в ее средствах (13) памяти соответствующих изображений, пригодных для непосредственного использования пользователем, а образованная таким образом спутниковая сеть обеспечивает возможность прямого доступа пользователя ко всем указанным изображениям, полученным от различных спутников для различных областей наблюдений и сохраненных в различных наземных станциях (5).

15. Устройство для наблюдений по п.5, отличающееся тем, что управляющий модуль (8) каждой из наземных станций (5) выполнен с возможностью динамической выдачи в распоряжение пользователя данных наблюдений, сохраненных в последнюю очередь в средствах (13) памяти спутниковой сети.