نظام المحطة الأرضية للأقمار الصناعية - "مركز الأعصاب" لأقمار الاستشعار عن بعد للأرض

يُعد نظام الأقمار الصناعية للاستشعار عن بعد نظامًا هندسيًا معقدًا واسع النطاق، ويتكون عادةً من سبعة أنظمة فرعية: التشغيل والإدارة، وتخطيط المراقبة، واستقبال البيانات، ومعالجة البيانات، وإدارة البيانات، والمعايرة والتقييم، وخدمات التوزيع.

نظام إدارة العمليات الفرعي

يُعدّ نظام إدارة العمليات مركز الإدارة الرئيسي للنظام الأرضي بأكمله، وهو المسؤول عن إدارة دورة حياة النظام بالكامل. يربط هذا النظام بين الأنظمة الفرعية المختلفة على مستوى الأجهزة، ويراقب ويدير الحالة التشغيلية وأمن موارد النظام من الأجهزة والبرامج. علاوة على ذلك، يقوم نظام إدارة العمليات بجدولة المهام المتعلقة باستقبال البيانات ومعالجتها وإدارتها وتوزيعها داخل النظام الأرضي.

النظام الفرعي لتخطيط المراقبة

يُعدّ نظام تخطيط الرصد مسؤولاً بشكل أساسي عن جدولة مهام الأقمار الصناعية. يُرسل العديد من المستخدمين طلبات خدمة البيانات إلى النظام الأرضي، حيث يتم فحصها وتصفيتها. وبناءً على قدرات الرصد الخاصة بحمولة القمر الصناعي، يُصيغ النظام الفرعي خطط رصد واستقبال القمر الصناعي لليوم التالي، ويرسل هذه الخطط إلى شبكة تتبع الأقمار الصناعية والتحكم بها. تُنقل هذه الخطط بعد ذلك إلى القمر الصناعي عبر هوائي التتبع والتحكم، لتوجيهه لتنفيذ مهام الرصد. ثم تُنقل خطط استقبال القمر الصناعي إلى شبكة المحطات الأرضية عبر نظام إدارة العمليات.

نظام فرعي لاستقبال البيانات

كما يستقبل الجهاز العصبي البصري في الدماغ البشري ما تراه العين، يتطلب استقبال بيانات الرصد التي تجمعها أقمار الاستشعار عن بُعد في مداراتها محطات استقبال أرضية لرصد الأقمار وتتبعها وفقًا لخطة استقبال الأقمار الصناعية. تُستقبل بيانات الاستشعار عن بُعد والبيانات المساعدة، وتُفكّ شفرتها، وتُسجّل على شكل إشارات موجات كهرومغناطيسية. ثم تُرسل البيانات المستلمة إلى نظام معالجة البيانات عبر نظام إدارة البيانات.

تشمل معدات المحطة الأرضية بشكل أساسي مغذيات الهوائيات، وأجهزة الإرسال والاستقبال للقنوات، ومسجلات البيانات، وغيرها من معدات التحكم والإدارة. يرتكز مغذي الهوائي، وهو عبارة عن هوائي استقبال على شكل طبق، على تركيز الإشارات من خلال تصميمه الذي يتراوح قطره بين 5 و20 مترًا. عندما يمر قمر صناعي فوق المحطة، يقوم هوائي الاستقبال تلقائيًا بمحاذاة مساره وتتبعه. وخلال هذه الفترة، تُرسل إشارات بيانات رصد القمر الصناعي باستمرار. أما جهاز الإرسال والاستقبال للقنوات، المشابه لجهاز استقبال البث التلفزيوني، فيقوم بفك تشفير الإشارات الكهرومغناطيسية المستقبلة، وتضخيمها، وتحويلها، ومعالجتها. ويقوم مسجل البيانات بتسجيل البيانات الناتجة من جهاز فك التشفير على أجهزة تخزين مثل الأقراص الصلبة.

تستخدم أجهزة استقبال المحطات الأرضية حاليًا تقنية تعدد إرسال واستقبال الإشارات، ما يُمكّنها من استقبال البيانات المُرسلة من الأقمار الصناعية وإرسالها إليها. كما تُعدّل هذه الأجهزة أوامر مهام الأقمار الصناعية وغيرها من البيانات المُولّدة من المحطات الأرضية، وتُرسلها إلى القمر الصناعي عبر الهوائيات لتوجيه عملياته. تدور أقمار الاستشعار عن بُعد عادةً حول الأرض في مدارات متزامنة مع الشمس. ولا يتم إرسال البيانات إلا عندما يكون القمر الصناعي ضمن نطاق هوائي الاستقبال. ونظرًا لاتساع مساحة بلادي، لا تستطيع محطة أرضية واحدة تغطية كامل أراضيها؛ لذا، يلزم وجود شبكة من محطات أرضية متعددة لضمان استقبال شامل. وتوجد حاليًا محطات أرضية شائعة الاستخدام في بلادي في بكين، وأورومتشي، وقوانغتشو، ومودانجيانغ.

نظام معالجة البيانات الفرعي

بعد استقبال بيانات الأقمار الصناعية، تقوم محطة الاستقبال الأرضية بنقلها إلى مركز معالجة البيانات الأرضية عبر شبكة الألياف الضوئية. هناك، تخضع بيانات الاستشعار عن بُعد الخام لمعالجة آلية سريعة، لتحويل الإشارات الرقمية المستلمة إلى بيانات قابلة للاستخدام. تشمل هذه العمليات بشكل أساسي معايرة الإشارة، وفك الضغط، وتحليل تنسيق البيانات، ومعالجة البيانات المساعدة، وفهرسة البيانات، واستخراج المعلومات الرقمية، والتصحيح الإشعاعي، والتصحيح الهندسي، والتصحيح الإسقاطي. يتم إنشاء مسارات عمل مختلفة بناءً على احتياجات المستخدمين المتنوعة، مما ينتج عنه منتجات موحدة بمستويات مختلفة. يعمل التصحيح الإشعاعي، على وجه الخصوص، على إزالة التشوه في الصورة الأصلية، مما يجعل صور المعالم الأرضية أكثر وضوحًا وواقعية.

نظام إدارة البيانات الفرعي

يوجد في بلادي حاليًا عشرات الأقمار الصناعية للاستشعار عن بُعد في مداراتها، يحمل كل منها عدة أجهزة استشعار عن بُعد. ويمكن لكل قمر صناعي إجراء العديد من عمليات الرصد الأرضي يوميًا. ولتسهيل استرجاع البيانات واستخراجها بسرعة، تُعد الإدارة الفعّالة لبيانات منتجات أقمار الاستشعار عن بُعد أمرًا بالغ الأهمية. يُشبه نظام إدارة البيانات وحدة الذاكرة العصبية في الدماغ، ويُستخدم بشكل أساسي لأرشفة وإدارة بيانات منتجات أقمار الاستشعار عن بُعد القياسية وبياناتها الوصفية على المدى الطويل. كما يُتيح هذا النظام الوصول إلى قاعدة بيانات العمل، ويُنشئ نظام معلومات قادرًا على الاستعلام عن قواعد البيانات وإضافة البيانات وحذفها. ويُعتمد حاليًا نهج التخزين الهرمي - عبر الإنترنت، وشبه متصل، وغير متصل - بشكل عام. ويُساهم هذا النهج في توفير تكاليف التخزين مع ضمان أمن البيانات.

نظام فرعي للمعايرة والتقييم

يختبر نظام المعايرة والتقييم جودة بيانات الرصد عبر الأقمار الصناعية ويقيّمها بشكل أساسي. ببساطة، يشبه الأمر اختبار حدة البصر، لضمان حصول القمر الصناعي على البيانات بأفضل جودة ممكنة. يتتبع هذا النظام تغيرات أداء مستشعرات الأقمار الصناعية للاستشعار عن بُعد، ويصحح فورًا المعايير اللازمة لمعالجة البيانات، ويوفر أساسًا لتعديل معايير القمر الصناعي؛ كما يزود المستخدمين دوريًا بمعاملات المعايرة المطلقة في المدار، مما يسهل قياس بيانات الاستشعار عن بُعد؛ ويقوم بتحليل...

نظام فرعي لخدمة التوزيع

يُقدّم نظام توزيع البيانات البيانات الأكثر صلةً للمستخدمين، مُوفّرًا في المقام الأول خدمات مشاركة البيانات، تمامًا كما يسترجع الدماغ معلومات دقيقة من الذاكرة. بعد العثور على البيانات المطلوبة في شبكة توزيع البيانات التابعة للنظام الأرضي، يُمكن للمستخدمين طلبها، كما هو الحال عند الطلب عبر موقع تاوباو. يُضيف نظام الطلبات سجلًا لطلب البيانات، ويسترجع النظام الخلفي البيانات المُقابلة من النظام الفرعي لإدارة البيانات بناءً على طلب المستخدم، ويُقدّمها له عبر قرص مضغوط، أو نسخها من القرص الصلب، أو إرسالها عبر الإنترنت. يتسم النظام الأرضي للأقمار الصناعية بدرجة عالية من التعقيد، كما هو موضح في الشكل 2. يتطلب بناء النظام الأرضي معارف وتقنيات من تخصصات متعددة. ولا يُمكن إتمام تشغيل وإدارة أقمار الاستشعار عن بُعد بنجاح إلا عندما يُؤدي كل نظام فرعي داخل النظام الأرضي مسؤولياته وينسق مع الأنظمة الأخرى. تُراقب العمليات اليومية للقمر الصناعي والنظام الأرضي، كما يفعل جسم الإنسان، العالم الخارجي من خلال "العيون"، وتكتسب معلومات مفيدة من الإدراك البصري عبر "الدماغ"، وتُكوّن "ذكريات". وعند الحاجة إلى هذه "الذكريات"، يتم استرجاعها بسرعة لخدمة الأنشطة البشرية.

تخدم أنظمة الاستشعار عن بُعد الأرضية اليوم عددًا كبيرًا من المستخدمين، حيث تعالج مئات أو حتى آلاف طلبات البيانات يوميًا، مما يتطلب قدرات حاسوبية وتخزينية وشبكية عالية الأداء، بالإضافة إلى دعم تقني معلوماتي متكامل. وتعتمد هذه الأنظمة حاليًا على نطاق واسع على تحليلات البيانات الضخمة، حيث توصي تلقائيًا وبذكاء بمنتجات بيانات الاستشعار عن بُعد المناسبة للمستخدمين بناءً على هويتهم وموقعهم وسجل طلباتهم. بعد استلام منتجات بيانات الاستشعار عن بُعد، يقوم المستخدمون بتفسير وتحليل المعلومات المُستقاة من الأقمار الصناعية، وتحويلها إلى معلومات الخصائص الأرضية اللازمة لتخصصات محددة، مما يُمكّن معلومات الاستشعار عن بُعد من أداء دورها في العمل التطبيقي ضمن هذه التخصصات.

(بعض البيانات الواردة في هذه المقالة مأخوذة من شبكة نشر علوم الفضاء الصينية. في حال وجود أي انتهاك، يرجى الاتصال بنا لحذفها.)