УСТРОЙСТВО СПУТНИКОВОГО РАСПОЗНАВАНИЯ ДАННЫХ Российский патент 2019 года по МПК G01V8/00 G06N3/02 

Устройство спутникового распознавания данных

Устройство спутникового распознавания данных относится к области системе сбора и передачи спутниковых данных и может быть использовано для передачи данных на Землю.

В настоящее время существует обширный набор устройств, осуществляющих дистанционную фиксацию изображений и фиксации излучений и/или полей с переводом данных в цифровой формат. Также имеется опыт размещения такого рода устройств на летательных аппаратах, в том числе на искусственных спутниках Земли. Кроме того, имеются решения по обработке данных непосредственно на спутнике.

Известен способ и система для сбора и передачи спутниковых данных (RU 2496234 С2), основанные на непрерывном приеме данных на многих наземных приемных станциях с последующим объединением данных и управлением отбора данных с группировки спутников.

При этом по мере развития спутниковых систем малых размеров появляются решения, основанные на сборе максимально возможного количества данных с измерителей (например, RU 58735 U1).

Сложность с доставкой данных со спутниковых аппаратов заключается в узком канале для передачи данных и ограниченном времени его использования. Между тем сфотографированные данные направляются на наземные станции в излишнем объеме, так как существующие решения предполагают отправку снимков либо в полном объеме, либо по частям. В результате и без того узкий канал передачи данных используется неэффективно, так как через него передается большое количество ненужной информации.

Предлагаемое устройство решает данную проблему.

Устройство спутникового распознавания изображений (см. чертеж) состоит из комплекса фиксации (включая видеофиксацию) излучений и/или полей (3), комплекса обработки данных (2), комплекса приема передачи на узлы связи (1), с помощью которого данные направляются на узлы связи (в том числе на наземную станцию) и получаются задания на производство фиксации и обработки данных и интерфейса взаимодействия с бортовой аппаратурой спутника и комплекса обработки данных (4).

Определение необходимой информации осуществляется с помощью нескольких параллельных способов управления устройством. Первый способ - передача управляющих команд с наземной станции. Второй способ - распознавание той информации, которая получается благодаря съемкам или иным данным, полученным в результате фиксации излучений или полей. Третий способ - дообучение комплекса и проверка качества путем непрерывной кросс-валидации результата.

При этом система непрерывно дообучается на основе обратной связи, которая получается от наземной станции в виде оценки качества распознавания фотографий, оценки важности переданных данных и других данных, которые передаются для управления качеством распознавнания. Дообучение на орбите позволяет осуществлять корректировку передаваемых данных с минимальными нагрузками на канал передачи, так как все дообучение осуществляется исключительно на спутниковом аппарате, а обратная связь передается аппарату в предельно сжатом виде в формате оценок полученных данных.

Комплекс автоматизированной обработки изображений строится на базе вычислительного устройства, снабженного видеокартой (графическим процесором) или несколькими видеокартами для быстрого вычисления параметров нейронной сети. Все оборудование должно быть выполнено в соответствии с требованиями, предъявляемыми к космической технике, что может быть реализовано в настоящее время на базе, например, таких решений как Jetson. Приблизительный вес комплекса автоматизированной обработки изображений составляет от 0,1 кг без учета конструкций, необходимых для защиты аппаратуры от вредных воздействий в космосе и энергоснабжения. В зависимости от поставленных перед устройством задач и степени обеспечиваемой надежности можно расширять количество устройств, установленных на одном космическом аппарате как для повышения надежности оборудования, так и для повышения скорости и объема производимых вычислений за счет их параллелизации.

Для осуществления вычислений в постоянную память комплекса обработки данных загружают предобученную нейронную сеть и сопутствующее программное обеспечение для ее работы и взаимодействия с остальными элементами устройства. Комплекс может осуществлять распознавание необходимых данных и передавать управляющие команды на комплекс фиксации излучений, который может при необходимости осуществлять оптическое увеличение или уменьшение изображения снимаемой поверхности, изменять углы наклона и другие параметры съемки. Помимо этого комплекс может обратывать данные не только оптического диапазона, но и более широкого спектра, а также данные, зарегистрированных с помощью электромагнитных, гравитационных, радиационных и иных датчиков. Помимо нейронных сетей возможно использование алгоритмов машинного обучения, которые позволяют получать результаты, которые проще поддаются анализу. С помощью вводимых данных может быть организовано дообучение нейронной сети и алгоритмов машинного обучения, поставлены новые цели для распознавания.

Изобретение относится к средствам обработки и передачи данных со спутниковых аппаратов и состоит из комплекса (3) фиксации излучений и/или полей, комплекса (1) приема-передачи данных на узлы связи, интерфейса (4) взаимодействия с бортовой аппаратурой спутника и одного или нескольких комплексов (2) обработки данных. Каждый из комплексов (2) обработки данных включает вычислительный блок и блок машинного обучения. Причем в блок машинного обучения предварительно загружены программа для управления нейронной сетью и для вычисления алгоритмов машинного обучения, предобученные нейронные сети и алгоритмы машинного обучения. Технический результат: упрощение и повышение эффективности передачи данных со спутниковых аппаратов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство спутникового распознавания и передачи данных, состоящее из комплекса фиксации излучений видимого, и/или инфракрасного, и/или ультрафиолетового, и/или рентгеновского диапазона, и/или электромагнитных излучений, и/или полей: магнитного и/или гравитационного, комплекса приема-передачи данных на узлы связи, интерфейса взаимодействия с бортовой аппаратурой спутника и комплекса обработки данных, отличающееся тем, что включает один или несколько комплексов обработки данных, включающих вычислительный блок и блок машинного обучения, который может быть построен на базе одного или нескольких графических процессоров или одного или более центральных процессоров, в который предварительно загружены программа для управления нейронной сетью и для вычисления алгоритмов машинного обучения, предобученные нейронные сети и алгоритмы машинного обучения, на вход которых подаются данные с комплекса фиксации излучений и/или полей, а на выходе получаются результаты распознавания данных, которые с помощью вычислительного блока преобразуются в управляющие команды для комплекса фиксации излучений и/или полей, в данные, передаваемые на комплекс приема-передачи, и в команды, направляемые на интерфейс взаимодействия с бортовой аппаратурой спутника, также на вход которых подаются данные для дообучения нейронной сети и алгоритмов машинного обучения для повышения качества распознавания данных или для постановки новых целей для распознавания, при этом обмен данными может быть реализован как напрямую между элементами устройства, так и через интерфейс взаимодействия с бортовой аппаратурой спутника, а при необходимости комплекс обработки данных может вычислять и передавать управляющие команды для бортового оборудования спутника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено электромеханической оптической аппаратурой, управляемой с помощью комплекса обработки данных.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что снабжено комплексом управления питанием оборудования, управляемого с помощью комплекса обработки данных.