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“智能卫星”该长什么样?

科学网 | 2018/04/18 15:27:48  | 1356 次浏览

“我们的海军在非洲护航,卫星拍到海盗的位置图像,它过境到中国需要花费几个小时,等数据下载到地面站、地面站处理数据,最后数据传回海军时,海盗的船已经开走了。”在近日举办的“2018软件定义卫星高峰论坛”上,中国科学院院士、中国工程院院士李德仁提出了我国现有卫星体系存在的问题:“天上有遥感卫星、通信卫星、导航卫星,但这些卫星系统孤立、信息分离、服务滞后。”

李德仁认为,要想解决这些问题,必须将各个系统联系起来,形成系统联通、时空融合、服务畅通的融合系统,智能处理,按需服务,最终建设成天基信息实时服务系统。

预计于今年下半年发射的中国第一颗软件定义卫星“天智一号”,就是这么一个更加智能、更加开放的卫星。

建立“航天应用商店”

“天智一号”是一颗验证软件定义卫星关键技术的新技术试验卫星,2017年正式立项,由中科院软件所牵头、中科院微小卫星创新研究院承担研制和测试工作。其主要载荷为能耗低、计算能力强的小型云计算平台,来执行空中应用程序,其他载荷还包括超分相机与4部加固国产智能手机。

与传统卫星“一星一任务、一箭定终生”、自成封闭体系不同,软件定义卫星技术侧重于提供系统软件平台化解决方案,支持多样化应用软件,推出“航天应用商店”,以丰富空间生态应用APP软件,让用户有更多选择。这意味着,所有人都可以为卫星开发软件,并将开发的软件上注“天智一号”,进行在轨验证。

除此之外,对卫星的实时状态,人们也可以通过‘追星APP’访问查询,并自由发布‘太空自拍’等空间任务。”

“软件定义卫星技术解除了卫星软硬件之间的紧耦合关系,有助于卫星软件的独立演化,为提高卫星智能化程度、发展智能卫星提供了更多可能。” 软件定义卫星技术联盟秘书长、中科院软件所研究员赵军锁说。

给卫星装个“脑子”

何为人工智能?中科院院士张钹认为,人工智能是让计算机模仿人类的三种功能。第一项是模仿理性思考,包括推理、决策和规划等等,属于人类的高级智能,或者叫逻辑思维。第二项是模仿感知,对周围环境的感知,包括视觉、听觉,触觉等。第三项是模仿动作,包括人类手、脚和其它动物或机构的动作。

“在人工智能时代,地球空间信息科学同样可以利用不同空间信息脑,实现作业的自动化、智能化。”李德仁说。

例如,卫星上的相机和智能处理系统就好比一个“对地观测脑”,卫星拍摄的所有影像将被这个“大脑”快速处理、提取有用的信息和驱动相应应用。

“对地观测脑”的实质,是以天上卫星观测星座与通讯导航星群、空中飞艇与飞机等获取地球表面空间数据信息,利用在轨影像处理技术、星地协同数据计算分析技术等对获取的数据信息进行处理分析,获取其中的有用的信息和知识,服务于用户决策,从而实现天空地一体化协同的实时对地观测与服务。

“视觉就是遥感,听觉就是通信,把脑分析,也就是软件定义卫星加进去,就可以实现在轨的对地感知、认知到行动。”李德仁说。

在他的构想中,“对地观测脑”可以为不同领域用户提供定位、实时增强导航服务、精密授时服务、快速遥感增值服务、天地一体移动宽带通信服务。

当然,想要实现“对地观测脑”,还有一些技术问题需要解决。包括星基导航增强技术、天地一体化网络通信技术、多源成像数据在轨处理技术、天基信息智能终端服务技术、天基资源调度与网络安全、一体化的非线性地球参考框架构建技术,以及基于载荷的卫星平台设计与研制等。

智能卫星前景可期

“把人工智能技术、大数据应用到卫星上,是很有前途的。”在清华大学计算机系教授孙增圻看来,软件定义卫星提供了超算平台和软件环境,也为智能卫星发展创造了条件。“智能卫星未来要实现自主规划、自主导航、自主智能控制、自主故障诊断等,这都需要很多的技术更新,要在软件定义卫星基础上进一步提高它的自主性和智能化。”

中国航天513所所长陶宏君也同样认可智能卫星的发展前景,他认为,从智能化和软件定义技术来看,卫星的体积、重量、功耗大幅降低对卫星的发展起到了很大的促进作用。“现在发展软件定义技术方法是提高卫星智能化的真正体现,而发展智能航天、智慧卫星必须要软件卫星来支撑。”

去年,国务院印发了《新一代人工智能发展规划》。规划中提到,到2025年人工智能基础理论实现重大突破,部分技术与应用达世界领先水平。“这是美国人没有的,如果我们努力做到美国人前面去,那么这个行业我们就是全球领先了。”李德仁呼吁。

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