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建设智能星座要翻几道坎儿
来源: | 作者: | 人气: | 发布时间:2019-07-19
摘要:

  建设智能星座要翻几道坎儿

  “传统上,不同种类卫星间泾渭分明,遥感卫星就只负责遥感,气象卫星只负责气象,未来的智能卫星却可以依据安装的软件,完成功能之间的转换。”

  在近日举行的中国2019软件定义卫星高峰论坛上,中国科学院软件所研究员赵军锁这样描绘智能卫星愿景。

  “我们的海军在非洲护航,卫星拍到海盗船位置图像,运行到中国上空要数小时,等数据下载到地面站处理,再传回海军时,海盗船已经跑掉了。”  

  在2018年4月举办的一个论坛上,中国科学院院士、中国工程院院士李德仁指出,传统卫星系统孤立、信息分离、服务滞后,亟须智能化升级。

  智能卫星也被称为软件定义卫星,是以天基先进计算平台和星载通用操作环境为核心,采用开放系统架构,支持有效载荷即插即用、应用软件按需加载、系统功能按需重构的新一代卫星系统。简单地说,就是将天基超算平台装载于卫星,从而大大增强其功能。

  对于中国来说,智能卫星不是遥不可及的未来,当下正在进行在轨试验。2018年11月,中国首颗智能卫星“天智一号”发射升空。在过去半年中,该卫星成功开展了星箭分离成像、自主请求式测控、空间目标成像等10多项在轨试验,涉及智能测运控、智能信息处理等多个方面,性能表现优异。

  星上计算 天基智能

  智能卫星拥有“判云读雾”和“智能驾驶”能力。前者是指判读图像质量能力,智能卫星能够“判读”“筛选”图片并下传,节约信道资源。而传统卫星则不具备这种能力,只负责数据获取和下传,交由地面测控中心筛检处理,造成信道资源的浪费。“智能驾驶”是一种形象说法,是指智能卫星一方面可以自主定轨或调轨,另一方面能够自动向地面发出测控请求,运转更安全高效。据介绍,“天智一号”安装了自主请求式管控APP,能够利用星上实时或历史全球导航卫星系统定位数据进行自主定轨,未来可自行高精度调整轨道,发现自己运行轨道偏差超出设定将会自主向地面发出管控请求。

  实际运行中,“天智一号”的表现可圈可点。在“判云读雾”方面,该卫星成功进行数据判读,在此基础上,进一步完成了对信息初筛后的数据计算,实现了从数据到信息的提取,大大提升了效率。在“无人驾驶”方面,今年1月7日至3月17日,中国科学院软件研究所、西安卫星测控中心、中国科学院微小卫星创新研究院联合对其开展了自主请求式管控试验,获得成功。

  任务可变、天基计算、请求管控等是智能卫星的重要能力,但这些还不够,赵军锁说:“我们希望构建的是一个智能无限延展的平台。希望把底层算法移植到卫星上,让地面的软件开发者可以参与到天基智能的形成中来。”作为天智系列卫星总设计师,赵军锁带领团队近年来一直致力于智能卫星的研制等工作。

  节能增效 自主可控

  “天智一号”搭载了云计算平台,通过自主感知计算负载实现智能管理、调度计算资源,在轨完成大量数据处理工作,省去了大量不必要的数据传输。作为智能卫星的初步尝试,“天智一号”的计算能力还是相对有限的。

  目前,人工智能的模型大多在地面上,因为高计算能力往往意味着高能源消耗,而卫星的载荷有限,把地面上的超级计算机的处理能力搬到太空困难重重,大量计算无法在天基进行,仍旧下传采集到的大量数据,由人工智能学习后将模型上传至卫星,这需要反复地矫正、训练。

  要增强卫星的计算能力,使其更“聪明”,必须在节能增效方面下工夫。“未来我们希望通过软件针对更低功耗的芯片做算法上的‘翻译’,让现在GPU(图形处理器)上跑的算法能直接在低功耗处理器上跑,把人工智能算法搬到卫星上。这样就能在卫星上做更多的运算,让卫星上的人工智能与地面的差距越来越小。”赵军锁说。

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