Système au sol des satellites — le « centre névralgique » des satellites de télédétection terrestre

Le système au sol des satellites de télédétection est un système d'ingénierie complexe à grande échelle, généralement composé de sept sous-systèmes : exploitation et gestion, planification des observations, réception des données, traitement des données, gestion des données, étalonnage et évaluation, et services de distribution.

Sous-système de gestion des opérations

Le sous-système de gestion des opérations est le centre névralgique de l'ensemble du système au sol, responsable de la gestion de son cycle de vie complet. Il connecte les différents sous-systèmes au niveau matériel et surveille et gère l'état opérationnel et la sécurité des ressources matérielles et logicielles du système. De plus, le sous-système de gestion des opérations planifie les tâches liées à la réception, au traitement, à la gestion et à la distribution des données au sein du système au sol.

Sous-système de planification des observations

Le sous-système de planification des observations est principalement responsable de la planification des missions satellitaires. De nombreux utilisateurs soumettent des demandes de services de données au système au sol, qui les examine et les filtre. En fonction des capacités d'observation de la charge utile du satellite, le sous-système élabore les plans d'observation et de réception pour le lendemain et les transmet au réseau de poursuite et de contrôle. Ces plans sont ensuite transmis au satellite via son antenne de poursuite et de contrôle, lui permettant ainsi d'effectuer ses tâches d'observation. Les plans de réception sont ensuite transmis au réseau des stations au sol via le sous-système de gestion des opérations.

sous-système de réception de données

De même que le système nerveux visuel du cerveau humain reçoit les informations visuelles, la réception des données d'observation acquises par les satellites de télédétection en orbite nécessite des stations de réception au sol pour acquérir et suivre les satellites conformément au plan de réception. Les données de télédétection satellitaire et les données auxiliaires sont reçues, démodulées et enregistrées sous forme de signaux d'ondes électromagnétiques. Les données reçues sont ensuite transmises au sous-système de traitement des données par l'intermédiaire du sous-système de gestion des données.

L'équipement d'une station au sol comprend principalement des lignes d'alimentation d'antenne, des émetteurs-récepteurs de canaux, des enregistreurs de données et d'autres équipements de contrôle et de gestion de la station. La ligne d'alimentation d'antenne, essentiellement une antenne de réception en forme de parabole, concentre les signaux grâce à sa conception, avec un diamètre variant de 5 à 20 mètres. Lorsqu'un satellite passe au-dessus de la station, l'antenne de réception s'aligne et le suit automatiquement. Pendant ce temps, les signaux de données d'observation du satellite sont transmis en continu. L'émetteur-récepteur de canaux, similaire à un décodeur, démodule, amplifie, convertit et traite les signaux électromagnétiques reçus. L'enregistreur de données enregistre les données issues du démodulateur sur des supports de stockage tels que des disques durs.

Actuellement, les équipements de réception des stations au sol utilisent souvent le multiplexage des signaux montants et descendants, ce qui leur permet de recevoir des données transmises par satellite et d'en transmettre également. Ils peuvent moduler les commandes de mission et autres données générées au sol, puis les transmettre au satellite via des antennes afin de piloter ses opérations. Les satellites de télédétection orbitent généralement autour de la Terre sur des orbites héliosynchrones. La transmission de données n'a lieu que lorsque le satellite se trouve à portée de l'antenne de réception. Compte tenu de l'immensité du territoire de mon pays, une seule station au sol ne peut couvrir l'ensemble du territoire ; un réseau de plusieurs stations est donc nécessaire pour une réception complète. Actuellement, les stations au sol les plus couramment utilisées en Chine sont situées à Pékin, Ürümqi, Guangzhou et Mudanjiang.

Sous-système de traitement des données

Après réception des données satellitaires, la station de réception au sol les transmet au centre de traitement des données au sol via un réseau de fibres optiques. Les données brutes de télédétection y subissent un traitement rapide et automatisé, convertissant les signaux numériques reçus en données exploitables. Ce traitement comprend principalement l'étalonnage du signal, la décompression, l'analyse du format des données, le traitement des données auxiliaires, le catalogage des données, l'extraction d'informations numériques, la correction radiométrique, la correction géométrique et l'orthorectification. Différents flux de travail sont mis en place en fonction des besoins des utilisateurs, aboutissant à des produits standardisés de différents niveaux. La correction radiométrique, en particulier, élimine les distorsions de l'image originale, rendant les images du relief plus nettes et plus réalistes.

Sous-système de gestion des données

Actuellement, mon pays dispose de plusieurs dizaines de satellites de télédétection en orbite, chacun embarquant de multiples capteurs. Chaque satellite peut effectuer quotidiennement de nombreuses observations au sol. Afin de faciliter la récupération et l'extraction rapides des données, une gestion efficace des données issues des satellites de télédétection est essentielle. Le sous-système de gestion des données est comparable à la mémoire neuronale du cerveau ; il est principalement utilisé pour l'archivage et la gestion à long terme des données et métadonnées standard des produits satellitaires de télédétection. Il permet d'accéder à la base de données métier et met en place un système d'information capable d'interroger, d'ajouter et de supprimer des données. Actuellement, une approche de stockage hiérarchique (en ligne, quasi en ligne et hors ligne) est généralement adoptée. Cette approche permet de réduire les coûts de stockage tout en garantissant la sécurité des données.

Sous-système d'étalonnage et d'évaluation

Le sous-système d'étalonnage et d'évaluation teste et évalue principalement la qualité des données d'observation satellitaire. En d'autres termes, il s'agit d'un contrôle de la vue, garantissant que le satellite acquiert des données dans les meilleures conditions possibles. Il surveille les variations de performance des capteurs du satellite de télédétection, corrige rapidement les paramètres nécessaires au traitement des données et sert de base à l'ajustement des paramètres du satellite ; il fournit périodiquement aux utilisateurs des coefficients d'étalonnage absolus en orbite, facilitant ainsi la quantification des données de télédétection ; et il analyse et…

Sous-système de service de distribution

La distribution des données fournit aux utilisateurs les données les plus pertinentes, principalement grâce à des services de partage de données, à l'instar de la récupération d'informations mémorielles précises dans le cerveau. Après avoir trouvé les données requises sur le réseau de distribution du système au sol, les utilisateurs peuvent les commander, comme sur Taobao. Le système de commande crée un enregistrement de commande de données, et le système dorsal récupère les données correspondantes auprès du sous-système de gestion des données en fonction de la demande de l'utilisateur, puis les lui fournit par CD-ROM, copie sur disque dur ou transmission en ligne. Le système au sol du satellite est extrêmement complexe, comme illustré sur la figure 2. Sa construction requiert des connaissances et des technologies issues de multiples disciplines. Ce n'est que lorsque chaque sous-système du système au sol remplit ses responsabilités et se coordonne avec les autres que l'exploitation et la gestion des satellites de télédétection peuvent être menées à bien. À l'image du corps humain, le système au sol et le satellite fonctionnent quotidiennement en observant le monde extérieur par leurs « yeux », en acquérant des informations utiles par la perception visuelle grâce à leur « cerveau », et en formant des « souvenirs ». Lorsque ces « souvenirs » sont nécessaires, ils sont rapidement récupérés pour faciliter les activités humaines.

Aujourd'hui, les systèmes au sol des satellites de télédétection desservent de nombreux utilisateurs et traitent quotidiennement des centaines, voire des milliers, de requêtes de données. Leur fonctionnement exige une puissance de calcul élevée, des capacités de stockage importantes, des équipements réseau performants et un support informatique conséquent. Ces systèmes exploitent largement l'analyse des mégadonnées pour recommander automatiquement et intelligemment aux utilisateurs les produits de données satellitaires de télédétection pertinents, en fonction de leur identité, de leur localisation et de leur historique de commandes. Après réception de ces données, les utilisateurs les interprètent et les analysent, les transformant en informations topographiques exploitables par leurs disciplines respectives. Ainsi, les données de télédétection peuvent être mises en pratique dans ces disciplines.

(Certaines données de cet article proviennent du Réseau chinois de vulgarisation des sciences aérospatiales. En cas d'infraction aux droits d'auteur, veuillez nous contacter afin que nous les supprimions.)