專利名稱：用于接收并存儲衛星數據的地面站網格的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在全文中成為“衛星網格(satellite grid) ”的設備，包括相互通信的多個數據接收和記錄陸地站。數據接收和記錄陸地站是一種具有用于接收來自位于圍繞地球的軌道中的至少一個衛星的觀測數據的單元以及用于存儲這些數據的單元(大容量存儲器)的站。本發明還涉及一種觀測設備，尤其是用于觀測地球的設備，包括部署在圍繞地球的軌道中的至少一個衛星星座，每個衛星包括至少一個觀測數據捕獲設備以及用于將這些觀測數據發送到位于地球表面的接收天線的至少一個設備；分布在地球表面的多個觀測數據接收和記錄陸地站，每個接收和記錄陸地站連接至至少一個接收天線，尤其是連接到屬于該接收和記錄陸地站的接收天線，這些站相互通信；每個衛星的發送設備用于將觀測數據發送到位于該發送設備視野內的任何接收天線，每個接收天線用于在該接收天線位于衛星的發送設備視野內時接收由所述衛星發送的觀測數據。
背景技術：
通常，在全文中，術語“觀測”是指任何數據捕獲，包括物理參數(溫度、輻射、地形數據、各種可見或不可見波長形式的圖像等等)的測量，而術語“地球觀測”是指對與地球有關的觀測數據(尤其是來自地球的觀測數據)的任何捕獲。提供一種用于地球觀測的設備尤其(雖然不是專門)是本發明的一個目的，該設備更具體地旨在捕獲并提供地面觀測圖像，并具有較高的地面分辨率(10米或更小，特別是以一米為量級)以及較高的地球全覆蓋頻率O星期或更少，特別是以一天為量級)。在全文中，地球全覆蓋頻率是指觀測設備能夠獲得地球的完整圖像的頻率。隨著專用于氣象學的裝置的開發，由衛星上的裝置進行地球觀測開始于20世紀 50年代。從那時起，就持續不斷地開發這種裝置，同時還支持地面分辨率或刷新頻率，這取決于預期應用。目前，存在大量的陸地觀測裝置，包括LANDSAT、M0DIS、IK0N0S、QUICK BIRD,EROS, SP0T-5、SP0T-4等。這些裝置能夠滿足各種領域(例如農業、制圖、地籍測量、國防、環境、 城市規劃、電信、風險管理、可再生資源管理等)中的大量的圖像需求。在所有情況中，在中央處理和存檔站點收集由地面站接收的來自衛星的觀測數據，中央處理和存檔站點能夠以選定的方式對這些各種數據進行合理化、對這些數據進行更新、以及使這些數據相互相關。 這種中央站點還能夠相對于觀測數據的日期及其內容來向用戶相關地并均勻地分發觀測數據。衛星觀測數據向中央站點的這種遷移常常由于這些數據的超大容量而引起連接和帶寬問題。例如，GBM32486提出了重用星座中的衛星，以便將數據遷移到地面用戶站。這種方案是十分昂貴和復雜的，并且在總體上并不令人滿意。裝置IK0N0S、QUICK BIRD、ER0S等是具有很高分辨率的衛星，其允許以一米為量級的地面分辨率。另一方面，它們具有的整個地球刷新速率卻大于一個月。裝置M0DIS、MERIS等是具有較低分辨率但具有較高的整個地球刷新速率(以3天到一個星期為量級)的裝置。換句話說，鑒于現有技術，對用于捕獲并提供觀測衛星數據(尤其是用于陸地觀測)的裝置的設計受到相沖突的約束的影響。從而，在具有高空間分辨率(以一米為量級) 但低全覆蓋頻率(以一個星期或一個月為量級)的裝置與具有高全覆蓋頻率(以一天為量級)但低空間分辨率(以100米為量級)的裝置之間存在選擇。已經提出了另外的方案，以便能夠從預定的特定區域的高覆蓋頻率中獲益，同時從有利的空間分辨率中獲益。這些方案包括采用配備有用于圖像捕獲的光學裝置的一個或多個衛星，該一個或多個衛星允許這些光學裝置的重新校準。特別地，在衛星自然軌跡之外捕獲圖像的能力允許在衛星的幾個連續旋轉期間對相同的地理區域進行觀測。例如，SPOT衛星星座提供了能夠每天捕獲地球的預定區域的圖像的捕獲能力和刷新速率。該星座包括多個衛星，多個衛星設置在相對于地球同相的太陽同步的、圓形極軌道上。每個衛星具有的周期為沈日。每個衛星包括光學裝置、數據記錄器以及用于將圖像發送到地面上的接收站的系統。光學裝置適合于確保得到可參數化的間接目標(oblique sighting)，使得在沈日的周期的過程中，可以數次觀測相同區域。在衛星對于地面站不可見時，數據記錄器能夠在衛星上(on board)存儲圖像。從而，該星座可以具有地球特定區域的較高的覆蓋頻率。但是，全覆蓋頻率不能少于沈天。此外，如果對該星座進行設置使得在沈天的周期期間執行大量的重新校準操作， 那么地球的全覆蓋頻率可能比沈天多得多。此種方案的另一個缺點在于具有重新校準能力的衛星星座的制造、安裝、管理和維護成本。具體地，此種星座需要在地面上安裝并管理多個地面站，其中多個地面站相對于彼此以自主的方式進行操作，并且考慮到其分布，適合于將所接收到的圖像發送到中央服務器進行圖像備份。此外，由一組專家從地面控制每個衛星中的每個裝置，其中，該組專家負責根據需求來確定并優化光學裝置的重新校準。另外，每個衛星必須包括記錄器，以便克服對地面站可見性的缺乏。每個衛星進一步包括用于向地面進行發送的專用系統。此外，這種方案將會遭遇主要的實際困難。具體地，以提供具有以一米為量級的空間分辨率以及以一天為量級的全覆蓋頻率的圖像為目的，采用這種衛星星座覆蓋整個地球，需要中央服務器每天管理1500太字節(terabyte)量級的數據，也就是說，每秒鐘管理 170吉字節(gigabyte)，這大大超出了采用當前可用的服務器技術和架構可達到的衛星傳輸能力和地面處理能力。此外，對于來自于衛星的用于觀測空間的裝置的數據，將會產生相同的問題。
發明內容
本發明的目的是克服這些缺點，以解決這些困難，并提供衛星觀測數據記錄設備的新的構思，該設備能夠以非常高的數據速率(尤其是可能超過每秒100吉字節的速率) 進行記錄。更具體地，本發明的一個目的是提供一種不需要用于分發和/或記錄數據的中央服務器的設備。本發明的又一個目的是提供一種用于在互聯網上供應大量可用的信息介質的設備，尤其是觀測設備。為此，本發明涉及一種包括多個數據接收和記錄陸地站的設備，所述多個數據接收和記錄陸地站具有用于存儲數據的存儲單元，每個接收和記錄陸地站與用于接收來自圍繞地球的軌道中的至少一個衛星的觀測數據的單元相關聯，其中從至少一個衛星(特別是所述至少一個衛星中的每個衛星)接收的觀測數據分布在并且保持分布在各個接收和記錄陸地站的所述存儲單元中；每個接收和記錄陸地站由至少一個數字網絡功能性地連接至其它的接收和記錄陸地站，并具有被稱為管理模塊的至少一個模塊，管理模塊適合于使得根據被稱為衛星網格的架構，由各個管理模塊將各個接收和記錄陸地站經由所述至少一個數字網絡彼此互聯，所述衛星網格適合于允許對來自至少一個衛星(尤其是所述至少一個衛星中的每個衛星)的所述觀測數據的持久的并且透明的共享訪問，其中，所述觀測數據以分布式的方式被記錄在各個接收和記錄陸地站的所述存儲單元中，所述衛星網格適合于使得將以分布式方式記錄在各個接收和記錄陸地站中的全部觀測數據作為來自所述至少一個數字網絡的任何接入點的單組觀測數據進行訪問和查看。根據本發明的這種衛星網格制定了對并入該衛星網格的衛星觀測裝置的設計和操作模型進行充分改革的新目標，在該衛星網格中，用于接收并記錄衛星數據的多個陸地站功能性地彼此連接，以自動地、持久地并完全透明地共享觀測數據，所述觀測數據記錄在并保持記錄在每個站中，從而分布在各個接收和記錄陸地站中，而不需要遷移到中央站點。 具體地，根據本發明的這種衛星網格是一個或多個觀測設備的組成元素，以至于在不具有根據本發明的衛星網格的情況下，這種觀測設備變得完全不起作用。此外，根據本發明的設備具有新穎性的功能這種設備的記錄容量實質上是無限的，這是因為足以倍增接收和記錄陸地站的數量以增加記錄容量和數據速率(在數據速率的范圍內，可以由相應的衛星進行發送)；不需要用于標注數據或用于分發數據的中央服務器；可從網格的任何接入點立即地并實時地獲得所有觀測數據；自動地保證設備的操作，而不需要任何特定的維護(具體地，通常任何一個接收和記錄陸地站的故障都不對其它接收和記錄陸地站以及設備的操作造成影響)；其可以動態地與一個或多個衛星和/或一個或多個衛星星座相關聯；可以以非常簡單、安全并可靠的方式使其對用戶是可用的，其中對訪問控制進行所有可能的以及適當的變形，來讀取和/或寫入和/或管理在各個站中記錄的數據。有利地，根據本發明的設備還是如下一種設備其中，每個接收和記錄陸地站還與用于向至少一個衛星廣播數據的單元相關聯，并且每個接收和記錄陸地站包括至少一個遠程控制模塊，該遠程控制模塊適合于產生針對至少一個衛星的至少一個命令，并能夠在衛星網格上發送這種命令。從而，根據本發明的設備不僅可以用于接收衛星觀測數據以及對這些數據的分布式記錄，還可以用于控制與根據本發明的設備相關聯的每個衛星。有利地并根據本發明，所述衛星網格的所述數字網絡包括公共陸地數字網絡，具體地，是諸如互聯網的公共陸地數字網絡。此外，有利地，根據本發明的設備還可以是如下一種設備其包括被稱為地理門戶服務器(geoportal server)的陸地服務器，該地理門戶服務器被所述數字網絡連接至所述網格，用戶經由該數字網絡可以訪問該地理門戶服務器，并且該地理門戶服務器適合于管理對用戶訪問該網格的授權。但是，這種地理門戶服務器不是用于記錄或標注數據的中央服務器。從而，根據本發明的設備不需要用于記錄和/或標注和/或分發觀測數據的任何中央服務器。
如上文提到的，本發明擴展到一種觀測設備，其包括根據本發明的由所述接收和記錄陸地站形成的陸地設備。換句話說，在根據本發明的觀測設備中，將所有的接收和記錄陸地站互聯，以便形成根據本發明的陸地設備(衛星網格)。從而，在根據本發明的觀測設備中，每個接收和記錄陸地站功能性地連接至至少一個數字網絡，并具有被稱為管理模塊的至少一個模塊，所述管理模塊適合于使得根據被稱為衛星網格的架構，經由所述至少一個數字網絡將各個接收和記錄陸地站彼此互聯，所述衛星網格適合于允許對記錄在各個接收和記錄陸地站的存儲單元中的觀測數據進行持久并透明的共享訪問，所述衛星網格適合于作為來自所述至少一個數字網絡的任何接入點的單個計算機資源進行訪問并查看。根據本發明的設備中的每個接收和記錄陸地站的管理模塊可以由網格模塊形成，其本質上是已知的，能夠產生計算機網格(就是說，基于網絡的計算機架構)，并允許異構系統和應用透明的共享數據和/或計算機資源(具體參看http://fr. wikipedia. org/wiki/Grid_computing, Globus ToolKit,或者軟件套件 gLite (EGGEE)，UNICORE 或 Synfiniway (Fujitsu)，或者軟件e-mule)。但是，沒有類似的內容阻止開發特定的網格模塊。計算機網格技術尤其能夠通過將功能強大的計算機單元進行聯網以及互聯，來分發并共享大的計算容量。因此，這些技術主要由具有較大處理能力需求的研究中心和企業來使用。雖然在設計觀測設備(尤其是用于地球觀測的裝置)的過程中，計算能力不是決定性因素，但是，本發明人已經確定出將網格技術用于對用于接收并記錄觀測數據的陸地站進行持久的互聯，能夠給予新穎性功能，并實際上獲得分布式觀測設備，分布式觀測設備能夠以極低的成本獲得無比的性能。具體地，觀測數據可以分布在各個接收和記錄陸地站中，然而可以從網絡的任何接入點立即地并實時地進行訪問。而且，根據需求或所施加的約束，可以在接收和記錄陸地站之間完全透明地傳輸和/或交換觀測數據。類似地，以網格形式對接收和記錄陸地站進行互聯，能夠有助于從地面來遠程控制衛星星座。尤其有利地是，本發明可應用于記錄地球觀測數據。具體地，有利地，根據本發明的設備還是一種如下的設備其中，每個衛星的觀測數據捕獲設備具有預定的視野，該預定的視野與對該捕獲設備可見的地球表面區域相對應，并且其中，每個接收和記錄陸地站包括用于存儲觀測數據的單元，所述觀測數據來自被稱為所記錄的觀測區域的至少一個陸地區域，所記錄的觀測區域包括每個衛星的捕獲設備的視野的至少一個輪廓，接收和記錄陸地站的接收天線位于該輪廓中，對所述各個接收和記錄陸地站的數量和分布進行調節，使得所述相應所記錄的觀測區域是互補的并且允許覆蓋要觀測的陸地表面，與要觀測的該表面相對應的各種觀測數據分布在各個接收和記錄陸地站的存儲單元中，所述衛星網格是存儲網格，對該存儲網格進行調節，使得將各個接收和記錄陸地站所存儲的全部觀測數據作為來自所述衛星網格的數字網絡的任何接入點的單個計算機資源持久地進行訪問。應當注意的是，在根據本發明的設備中，可能以虛擬的方式創建與接收和記錄陸地站相關聯的所記錄的觀測區域，該所記錄的觀測區域不必與接收和記錄陸地站的接收天線的可視范圍相對應，也不必與飛躍該天線的衛星的視野相對應。因此，有利地并根據本發明，至少一個接收和記錄陸地站的所記錄的觀測區域包括位于衛星的視野的輪廓外部的至少一個區域，所述輪廓內包含接收和記錄陸地站的接收天線。這一方面使得觀測數據能夠在各個接收和記錄陸地站之間優化地進行分布，以及根據存儲容量和觀測數據的使用效率來進行上述操作(具體地，通過對每個潛在用戶與記錄相應觀測數據的接收和記錄陸地站之間的距離進行最小化，以降低對網絡的占用)。但是，也使得衛星能夠將觀測數據發送到任何一個接收和記錄陸地站，其中，該任何一個接收和記錄陸地站可以是或者可以不是最初從衛星接收這些觀測數據的接收和記錄陸地站。這是因為，各個接收和記錄陸地站的網格架構允許根據預定的協議(其可以是任何類型的)將觀測數據自動、簡單并透明地路由到適當的接收和記錄陸地站。在本發明的有利變形中，每個接收和記錄陸地站適合于對所記錄的觀測區域與其自己相鄰的每個接收和記錄陸地站的觀測數據進行搜索，并將該觀測數據合并入其存儲單元中，使得每個接收和記錄陸地站合并入與其自己相鄰的各個所記錄的觀測區域的局部拼接圖(local mosaic) ο此外，有利地并根據本發明，由衛星的每個發送設備根據并入元數據和/或數據的格式來發送觀測數據，其中，該元數據和/或數據被被稱為地理位置數據，其表示觀測區域的位置以及觀測日期。因此，在陸地觀測的情況下，由每個衛星發送的地球觀測數據是 “地理定位的”，也就是說，地球觀測數據并入了能夠確定其相對應的地球表面的部分的信息，使得可以由網格將地球觀測數據自動地路由到將存儲所述地球觀測數據的接收和記錄陸地站，并隨后響應于用戶請求而經由網格自動地選擇所述地球觀測數據。為此，應當注意的是，在衛星發送的觀測數據被記錄在接收和記錄陸地站的處理單元中之前，這些數據經歷了由接收和記錄陸地站(與接收這些數據的接收天線相關聯的接收和記錄陸地站和/或記錄這些數據的接收和記錄陸地站)進行的至少一個處理操作。然而，無論哪種情況，該處理操作保存地理位置數據。此外，在有利的變形中，根據本發明的設備還是如下的一種設備其中，每個接收和記錄陸地站還與用于向衛星進行廣播的天線相關聯，并且其中，接收和廣播天線、衛星的發送設備以及接收和記錄陸地站適合于在衛星與接收和記錄陸地站之間建立雙向交換。具體地，這允許以簡單的并分散的方式來控制衛星星座，使得不必再提供單一的控制中心，并且可以將命令隨時從網格的任何接入點發送到每個衛星。因此，根據本發明的設備有利地包括至少一個遠程控制模塊，適合于向每個衛星發送命令，并且每個遠程控制模塊連接至所述數字網絡和接收和記錄陸地站的網格，其中，遠程控制模塊將要被發送到衛星的每個命令指引到所述數字網絡和接收和記錄陸地站的網格。在第一變形中，遠程控制模塊確定命令所針對的、并且負責將該命令發送到目標衛星的至少一個接收和記錄陸地站。在另一變形中，由與廣播天線相關聯的所有接收和記錄陸地站同時發送所述命令。然后，每個衛星從連接至離該衛星最近的廣播天線的接收和記錄陸地站接收這種命令。 該命令包括該命令所針對的衛星的標識碼，并且每個衛星可以確定該命令是否是針對其的。可以使用特定的鏈路和通信單元將空間衛星星座連接至接收和記錄陸地站的衛星網格，其中，特定的鏈路和通信單元沒有構成形成該衛星網格的數字網絡的組成部分。然而，根據本發明的有利以及優選變形，每個衛星自身也可以包括網格模塊，以被并入到由各個接收和記錄陸地站以及將這些陸地站連接起來的數字網絡所形成的衛星網格中。因此，在根據本發明的設備中，每個衛星與每個接收和記錄陸地站一樣，是衛星網格中的節點，使得十分有助于通信，并且通信可以從這種衛星網格所允許的優點和所有先進功能中受益(對數據共享進行簡化的和透明的管理、對各個衛星訪問各個接收和記錄陸地站進行簡化管理、對各個接收和記錄陸地站訪問各個衛星進行簡化管理、例如在一個衛星或一個接收和記錄陸地站發生故障時的操作魯棒性等等)。有利地并根據本發明，所述衛星網格的數字網絡是尤其支持各個接收和記錄陸地站之間的鏈路的公共陸地數字網絡，尤其是互聯網。已經注意到，在這方面中，網格的各個節點之間的物理通信鏈路的特性是不重要的，并且可以是任何類型的，并且可以在相同的網格內變化(有線鏈路、光纖鏈路、經由通信衛星的鏈路、GSM類型等的蜂窩鏈路等等)。實際上，網格模塊可以是在操作中添加到一個或多個網絡上的、與所有格式的網絡和平臺兼容的軟件層。此外，根據本發明的觀測設備有利地包括被稱為地理門戶服務器的陸地服務器， 其由所述陸地數字網絡連接至所述衛星網格，用戶經由該公共數字網絡是可以訪問該地理門戶服務器的，并且該地理門戶服務器適合于管理對用戶訪問網格的授權。為此，應當注意的是，這種地理門戶服務器沒有構成中央站點或者中央服務器，在中央站點或中央服務器中存儲將要傳送至用戶的觀測數據，為了確定構成用戶請求的主題的觀測數據的記錄位置和/或為了將所述觀測數據遷移到每個用戶，需要中央站點或中央服務器。實際上，在根據本發明的設備中，網格使得與連接至該網格的每個用戶透明地并自動地共享觀測數據成為可能，而不需要任何中央站點來選擇或發送信息。在根據本發明的觀測設備中，地理門戶服務器只具有對用戶對形成該設備的網格的訪問控制進行管理的功能。優選地，在根據本發明的觀測設備中，所述觀測數據是能夠以圖像形式顯示的數據，每個接收和記錄陸地站適合于處理其從每個衛星接收的觀測數據，以形成可以由用戶直接使用的相應圖像并將這些圖像記錄在存儲單元中，這樣形成的衛星網格使得所有的觀測圖像對用戶是可直接訪問的，所述觀測圖像是來自于各個衛星的、針對各個觀測區域的并被記錄在各個接收和記錄陸地站中。具體地，每個接收和記錄陸地站在其自己的存儲單元中不斷地更新由其自己的所記錄的觀測區域以及其它接收和記錄陸地站的各個相鄰的所記錄的觀測區域形成的局部拼接圖，對各種相應的觀測數據進行統一的格式化、校準以及處理，以便能夠由用戶直接使用這些觀測數據。為此，本發明的數種變形是可能的。根據本發明的第一替換實施例，每個接收和記錄陸地站的管理模塊適用于使得存儲單元中最新記錄的觀測數據在衛星網格上是動態、實時可用的。換句話說，在該替換的實施例中，每個用戶可以經由地理門戶服務器獲得相應接收和記錄陸地站中最近接收并記錄的、任何觀測區域的最新觀測數據。該替換的實施例能夠持久地提供由衛星星座掃描的各種觀測區域的最新圖像，并從而在星座的衛星的數量足夠時能夠提供地球的最新圖像。在第二變形中，另一方面，并不妨礙各個接收和記錄陸地站所接收的各種觀測數據成為定期(例如，每天或者每星期)收集處理的主題，以便進行更新，從而形成對用戶可用的最新觀測數據的完全集合，例如，以便以表示地球的方式來經由地理門戶服務提供數據。
本發明尤其應用于能夠采用上文提到的特征獲得地球整個表面的觀測的設備。因此，有利地并根據本發明，每個衛星具有覆蓋F以及低軌道，使得其可以在一天內描繪比一大的數量(ORB)的軌道，并且可以調節衛星的數量，使得要被觀測的陸地表面與地球的整個表面相對應。然而，本發明還應用于其它的衛星星座，該其它的衛星星座在其觀測范圍方面更受限制和/或用于觀測太空。因此，本發明代表了設計地球觀測設備的突破，基于對其各個組成部分(接收和記錄陸地站和/或衛星和/或天線)進行透明的、持久的并且自動的網格互聯，該網格構成了觀測設備的基本元件。本發明還涉及一種設備，尤其是一種觀測設備，其特征在于上文或下文提到的所有特征或一些特征的組合。
通過閱讀下面的描述并參考附圖，本發明的其它特征、目的和優點將變得很明顯， 下面的描述通過非限制性的例子給出了本發明的實施例；在這些附圖中圖1是根據本發明的實施例用于捕獲并分發地球觀測數據的設備的示意圖；圖2是根據本發明的實施例形成衛星網格的陸地設備的示意圖；圖3是根據本發明的實施例的衛星網格中的接收和記錄陸地站的示意圖。
具體實施例方式為了解釋和清楚的原因，在附圖中并沒有考慮尺寸和比例。如圖1中所示的，根據本發明的地球觀測設備包括衛星4的星座以及相互進行通信的多個數據接收和記錄陸地站5，從而形成了根據本發明的被稱為衛星網格的陸地設備。每個衛星4還包括用于以固定的目標來進行觀測數據捕獲的至少一個設備，尤其是光學設備。例如，這種觀測數據捕獲設備是朝向地球的固定攝像機，并用于對衛星4飛躍的陸地大氣層和/或表面的區域的多光譜觀測數據(尤其是圖像)進行捕獲。根據本發明可能的實施例，這種衛星是例如W02005110848中所描述的光學降落傘(parachute)。因此，根據本發明的設備中的衛星4不需要特定的對準程序，這大大降低了制造以及維護成本。每個衛星4還包括用于發送觀測數據的至少一個模塊，其用于在衛星4的觀測數據捕獲設備捕獲了每個觀測數據之后，將所捕獲的觀測數據發送到陸地層(站幻。這種廣播模塊可以是任何已知類型的，在本文中不進行詳細描述。根據本發明的設備包括形成衛星網格的多個接收和記錄陸地站5。每個接收和記錄陸地站5包括至少一個觀測數據接收模塊12，其用于接收來自進行觀測數據捕獲的空間層的觀測數據。如圖3中所示的，每個記錄陸地站5還包括處理模塊11，其用于對該記錄陸地站 5的接收模塊12所接收的觀測數據9進行處理。例如，記錄陸地站5的觀測數據處理模塊11是計算處理模塊(尤其是微計算機類型的)，其包括用于處理信息的硬件和軟件單元(微處理器、相關聯的只讀以及隨機存取存儲器、操作系統和其它軟件應用程序、外圍設備和外圍驅動器、相應的卡和總線、人機接口等等)。具體地，模塊11用于能夠執行對觀測數據的處理和記錄以及連接到至少一個數字網絡15。每個記錄陸地站5尤其包括用于存儲由處理模塊11處理的觀測數據的單元13。 這些存儲單元13在本地連接至處理模塊，并且可以是任何類型的。例如，這些存儲單元13 由大容量存儲器(例如具有一個或多個硬盤的存儲器)形成。每個記錄陸地站5還包括到數字網絡15的連接14，使得一方面連接至其它記錄陸地站5，另一方面，可選地在由被稱為地理門戶服務器的服務器授權以后，能夠使得由其存儲單元13所存儲的觀測數據對于連接到該數字網絡15的用戶是可用的，其中地理門戶服務器本身也連接至數字網絡15并且允許對用戶訪問網格的授權進行行政和財政管理。每個記錄陸地站5到數字網絡15的這種連接14通過被稱為管理模塊8的模塊進行管理，管理模塊8由每個接收和記錄陸地站5的處理模塊11裝載并執行，使得各個接收和記錄陸地站5根據網格計算機架構經由所述數字網絡15持久地彼此互聯，其中，網格計算機架構允許對計算機資源進行透明地并且持久地共享，尤其是對各個記錄陸地站5的存儲單元13中所記錄的(來自衛星4的星座的)觀測數據的透明地并且持久地共享訪問。因此，每個記錄陸地站5的主要功能在于，一方面能夠在本地大容量存儲器(存儲單元13)上存儲觀測數據，另一方面能夠經由衛星網格互聯并共享讀取這些觀測數據，使得可以從該衛星網格的任何接入點來查看這些觀測數據。因此，經由數字網絡15互聯的各個接收和記錄陸地站5形成了衛星網格，該衛星網格可從所述數字網格15的任何接入點來進行訪問，并可以作為單個的以及全局的計算機資源從這種接入點進行查看。具體地，由地理門戶服務器授權的、制定與觀測數據(例如，陸地表面的給定區域的觀測數據)有關的請求的用戶直接地或經由地理門戶服務器地訪問如此形成的整個網格，使得透明地經由網格來訪問其相應的觀測數據以進行讀取，并且可選地能夠將這些觀測數據下載到用戶，而不管存儲該信息的源記錄陸地站5。因此，在根據本發明的觀測設備中，由各個接收和記錄陸地站5以及數字網絡15 形成的衛星網格實際上是該觀測設備的組成部分，這是因為如果網格的全部或者部分不可操作，那么觀測設備的功能就消失了或者不論如何會大大地退化。在圖2中示意性地示出了這種衛星網格。管理模塊8可以由任何已知的計算機網格模塊(尤其是Globus ToolKit)形成， 或者從軟件套件 gLite (EGEE)、UNIC0RE、或 Synfiniway(Fujitsu)、或者軟件 e-mule(www. emule_project.net)當中進行選擇。每個接收和記錄陸地站5由鏈路7連接到至少一個接收天線6，尤其是連接到屬于該接收和記錄陸地站5的單個天線6。該鏈路可以是任何類型的。例如，該鏈路7可以是有線鏈路、無線鏈路、wifi等。接收天線6可以離記錄陸地站5更遠或者更近。優選地，每個記錄陸地站在本地包括接收天線6。作為一種變形，每個接收天線6形成獨立接收站的一部分，獨立接收站包括計算處理模塊，接收天線6連接至該計算處理模塊，并且該計算處理模塊與記錄接收站5 的計算處理模塊相分離。在該情況下，每個接收站連接到計算機網絡15并也包括管理模塊 8，以便被并入衛星網格中，并從而與記錄陸地站5互聯。
根據本發明的設備的以這種方式形成的衛星網格首先具有下述功能使得每個記錄陸地站5的每個大容量存儲器13中存儲的觀測數據在數字網絡15上是自動、透明并實時可用的。此外，在最常見的情況中，其中這些觀測數據適合于以圖像的形式進行顯示，將這些觀測數據處理成直接可用于用戶的圖像，并且每個記錄陸地站5適合于在其大容量存儲器13中不僅存儲正好與其可視范圍相對應的觀測數據，還存儲與緊鄰的記錄陸地站5(也就是說，可視范圍與記錄陸地站5的可視范圍相鄰的記錄陸地站)相對應的全部觀測數據。 因此，每個記錄陸地站5在其大容量存儲器13中保持與其所記錄的觀測區域以及其所記錄的關系中的該區域與緊鄰區域之間的邊界相對應的全部觀測數據的局部拼接圖。此外，每個記錄陸地站5的該局部拼接圖對于用戶而言，是可以經由網格直接訪問的。這樣形成的衛星網格還能夠在相反的方向上以非常簡單并可靠的方式來執行對衛星4的遠程控制。為此，每個記錄陸地站5 (或者至少一些記錄陸地站)還與廣播天線相關聯，其中，該廣播天線能夠建立去往經過該廣播天線的可視區域的任何衛星4的上行鏈路。這種廣播天線可以形成記錄陸地站5的組成部分，或者相對于接收天線6作為上文描述的變形，形成分離的獨立廣播站的一部分，獨立廣播站本身也連接至衛星網格，并且獨立廣播站具有管理模塊8。經由衛星網格向衛星4發送這種遠程控制命令是非常簡單的。具體地，首先可以由本質上公知的、適當的遠程控制模塊來構造該遠程控制命令，并且該控制命令是針對一個或多個衛星4的。遠程控制模塊本身一方面可以確定每個目標衛星，另一方面可以確定負責發送該遠程控制命令的每個陸地站5，并可以將每個目標衛星和/或每個接收和記錄陸地站的標識數據插入到遠程控制命令的地址和/或元數據和/或數據中。作為優選的變形，遠程控制模塊在網格上廣播遠程控制命令，并且網格中與至少一個廣播天線相關聯的每個陸地站5用于將該遠程控制命令發送到經過該廣播天線的廣播區域的每個衛星，各個衛星4接收遠程控制命令，并且每個衛星4確定該遠程控制命令是否是針對其的。對地球表面和衛星4的星座上的接收天線6以及可選的廣播天線的數量和分布進行調節，以使得每個衛星4飛躍至少一個接收天線6以及可選地至少一個廣播天線；每個接收天線6以及可選地每個廣播天線由至少一個衛星4所飛躍。根據本發明的優選實施例，該設備還包括M個接收和記錄陸地站，其中
(C Λ2
M = a.—— ，r是與連接至記錄陸地站5的接收模塊12的接收天線6相關聯的可視范圍的平均半徑，并且α是能夠確保可視范圍重疊的預定系數。α是能夠確保與接收模塊相關聯的天線的各個可視范圍重疊的系數。實際中，α 位于1. 1和1. 25之間，這能夠獲得可視區域的10%和25%之間的重疊因子。因此，無論衛星的位置在哪里，衛星對于至少一個接收天線6是可見的。根據優選的實施例，系數α固定為1. 2，這能夠獲得20%的重疊因子。根據本發明的優選實施例，陸地觀測數據記錄設備中的記錄陸地站5的數量等于進行觀測數據捕獲的空間層1的衛星4的數量。與記錄陸地站5的接收模塊12相關聯的接收天線6可以是任何類型的。具體地， 天線6可以具有各種可視范圍，具體地取決于其高度。根據本發明的一個實施例，每個天線6具有的可視范圍等于2500km。根據該實施例，根據本發明的設備可以包括與分布在地球表面上的二十五個接收和記錄陸地站相關聯的二十五個天線6。在數字網絡15是互聯網的情況下，建立根據本發明的設備是特別容易的和經濟的。此外，在接收天線6和/或廣播天線遠離記錄陸地站5的情況下，這些天線的接收和/或廣播站與記錄陸地站5之間的鏈路還有利地由數字網絡15來形成，并且所述鏈路優選地由記錄陸地站5和數字網絡15所形成的網格來形成該鏈路，也就是說，具有這些天線的站本身也連接至數字網絡15，并且也具有網格模塊8，網格模塊8被配置使得經過每個天線的全部信息和數據由該管理模塊8進行管理，并且所述全部信息和數據從而在衛星網格上被共享。具體地，管理模塊8被配置為具有處理模塊11的至少一個目錄，該目錄專用于記錄觀測數據，并被配置為允許來自在衛星網格上進行訪問的任何用戶的對該目錄的訪問 (至少用于讀取該目錄)。有利地并根據本發明，衛星4本身各自也具有處理模塊與管理模塊8，使得將衛星 4也集成到由記錄陸地站5和數字網絡15經由衛星4和記錄陸地站5之間所建立的通信鏈路而形成的網格中。因此，在根據本發明的設備中，可以對衛星4進行配置，以便使得觀測數據在網格上可用，從而使得該信息對于記錄陸地站5是可直接評估的，記錄陸地站5隨后可以對該信息進行處理，以便將該信息作為特別是用戶可直接訪問的圖像記錄在其特定的存儲單元13中。換句話說，根據本發明的觀測設備可以被看成是包括多個服務器的網絡網格，一方面，該網絡網格由記錄陸地站5、接收天線6和/或廣播天線形成，另一方面，該網絡網格由軌道中用于捕獲觀測數據的衛星4形成。進行觀測數據捕獲的空間層與陸地觀測數據記錄設備之間的通信可以是任何類型的。例如，根據本發明的優選實施例，進行觀測數據捕獲的空間層與陸地觀測數據記錄設備之間的通信使用UMTS協議。根據另一實施例，該通信可以使用其它的協議，例如基于諸如0FDM(正交頻分復用)或HSPA技術(高速下行鏈路分組接入)之類的未來技術的協議。根據本發明的優選實施例，在將觀測數據發送到陸地觀測數據記錄設備之前，在衛星4上對這些觀測數據進行壓縮。該壓縮可以是任何類型的，例如JPEG壓縮。例如，根據本發明的觀測設備能夠以簡單的并且經濟的方式獲得整個地球的每天的度量圖像。有利地，如果需要地話，可以在被批準的用戶所連接的服務器的控制之下，通過網格來分布這些圖像。為此，如上文所指示的，根據本發明的設備有利地包括被稱為地理門戶服務器的服務器，該服務器由公共數字網絡15連接至記錄陸地站5的網格。該服務器包括用于接收來自遠程用戶的連接請求的單元；用于分析該請求的單元；用于驗證該用戶的訪問權限的單元；以及用于授權或拒絕該用戶對網格的訪問的單兀。
然而，應當注意的是，這種地理門戶服務器沒有以任何方式構成存儲或管理各種信息的中央站點或中央服務器，恰恰相反，這是因為在由網格互聯的各個記錄陸地站5的存儲單元13中對用戶可訪問的各種信息或圖像進行處理和分布。由根據本發明的觀測設備所獲得的地球圖像分布在地球表面上。另一方面，對于用戶而言，考慮到經由網格自動地遷移觀測數據并使得觀測數據對用戶可用，所以這種分布是透明的，其中，該觀測數據形成了用戶經由屬于他的網格模塊所請求的主題。例如，這種地理門戶服務器是微計算機，其包括運算單元、存儲單元以及用于分析請求并處理請求的軟件等。根據本發明的觀測設備能夠捕獲并提供信息，特別是具有較高空間和時間分辨率 (特別是分別以一米和一天為量級)的陸地觀測的圖像。根據本發明的觀測設備在物理上在地球上分布全部所捕獲的觀測數據，這能夠遷移并處理數據。具體地，所使用的帶寬與現在可用的技術是相兼容的。根據本發明的觀測設備不需要對衛星上的觀測數據捕獲設備進行任何重新校準。此外，根據本發明的觀測設備不需要用于記錄和/或標注和/或分布觀測數據的任何中央服務器。將觀測數據不斷地分布在地球上，并存儲在各個接收和記錄陸地站的存儲單元中。根據本發明的設備特別適合于向連接至互聯網類型的公共數字網絡的用戶提供地球觀測數據。具體地，根據本發明的設備允許連接至該網絡的任何用戶恢復地球一部分的圖像，其中該圖像具有以一米和短于一天為量級的分辨率。從而，本發明為許多新的應用開辟了道路，尤其是農業、制圖、安全、國防、環境、城市規劃、電信、風險管理、可再生資源管理等領域。本發明可以是未具體描述的各種變形的主題。具體地，根據本發明的設備可以包括其它觀測數據捕獲設備，這些其它觀測數據捕獲設備布置在其它飛行平臺上或者甚至布置在陸地建筑物(例如高層大廈)的頂部，根據本發明的設備通過電信層將所捕獲的觀測數據發送到觀測數據處理層。這種電信層還可以包括用于將觀測數據從觀測數據捕獲層傳送到根據本發明的用于記錄觀測數據的陸地設備的各種附加設備。例如，這些附加設備是中繼天線、中間網絡等。根據本發明用于記錄觀測數據的陸地設備可以包括分布在地球表面上的各種接收和記錄陸地站。這些接收和記錄站可以是連接至公共網絡(例如，互聯網) 的微計算機，并且通常是適合于接收圖像(或其它觀測數據)、處理圖像、在大容量存儲器中記錄圖像并使圖像對網絡用戶可用的任何設備。此外，記錄陸地站5可以連接至多個數字網絡，尤其是連接至除了互聯網以外的至少一個數字網絡，例如，連接至特定的數字網絡(雖然該特定的數字網絡本身也可能完全地或部分地基于經由互聯網的通信)。此外，根據本發明的陸地設備不僅可以與上文描述的衛星4的星座一起使用，而且如果需要的話，還可以與多個衛星星座并行地使用。例如， 根據本發明的同一陸地設備可以接收第一衛星星座(其執行可視范圍內的觀測)傳遞的觀測數據，另一方面還可以接收來自第二衛星星座的觀測(例如，其執行對太空和/或陸地環境物理參數的觀測)，例如磁場測量和/或微波范圍內的觀測。
權利要求
1.一種包括多個數據接收和記錄陸地站(5)的設備，所述多個數據接收和記錄陸地站 (5)具有用于存儲這些數據的存儲單元(13)，每個陸地站(5)與用于接收來自圍繞地球的軌道中的至少一個衛星的觀測數據的單元相關聯，其中從至少一個衛星接收的觀測數據分布在并且保持分布在各個接收和記錄陸地站(5) 的所述存儲單元(13)中；每個接收和記錄陸地站( 通過至少一個數字網絡(1 功能性地連接至其它的接收和記錄陸地站(5)，并具有被稱為管理模塊(8)的至少一個模塊(8)，管理模塊(8)適合于使得根據被稱為衛星網格的架構，由各個管理模塊(8)將所述各個接收和記錄陸地站(5) 經由所述至少一個數字網絡(1 彼此互聯，所述衛星網格適合于允許對來自至少一個衛星的所述觀測數據的持久的并且透明的共享訪問，其中，所述觀測數據以分布式方式被記錄在所述各個接收和記錄陸地站( 的所述存儲單元(1 中，所述衛星網格適合于使得將以分布式方式記錄在所述各個接收和記錄陸地站(5)中的全部觀測數據作為來自所述至少一個數字網絡(1 的任何接入點的單組觀測數據進行訪問和查看。
2.如權利要求1所述的設備，其中，每個接收和記錄陸地站(5)還與用于向至少一個衛星(4)發送數據的單元(10)相關聯，并且其中，每個接收和記錄陸地站( 包括至少一個遠程控制模塊，所述遠程控制模塊適合于產生針對至少一個衛星的至少一個命令并在所述衛星網格上發送這種命令。
3.如權利要求1和2中的一項所述的設備，其中，所述衛星網格的所述至少一個數字網絡(15)是公共陸地數字網絡(15)。
4.如權利要求1至3中的一項所述的設備，其中，所述觀測數據是適合于以圖像形式顯示的數據，每個接收和記錄陸地站( 適合于處理其從每個衛星(4)接收的所述觀測數據，以形成能夠由用戶直接使用的相應圖像并將這些圖像記錄在其存儲單元(1 中，從而形成的衛星網格使得所述各個接收和記錄陸地站(5)中記錄的全部觀測圖像對于用戶而言是能夠直接訪問的。
5.如權利要求1至4中的一項所述的觀測設備，其包括部署在圍繞地球的軌道中的衛星的至少一個星座，每個衛星(4)包括至少一個觀測數據捕獲設備以及用于將這些觀測數據發送到位于地球表面的接收天線(6)的至少一個發送設備，每個接收和記錄陸地站(5)與至少一個接收天線(6)相關聯；每個衛星的所述發送設備適合于將觀測數據發送到位于該發送設備的視野內的任何接收天線(6)，每個接收天線(6)適合于在該接收天線(6)位于所述衛星(4)的所述發送設備的視野內時接收由所述衛星(4)發送的觀測數據。
6.如權利要求5所述的觀測設備，其中，每個衛星(4)的觀測數據捕獲設備適合于捕獲地球的觀測數據，并具有與對于該捕獲設備而言可見的地球表面區域相對應的預定視野， 并且其中，每個接收和記錄陸地站( 包括用于存儲來自被稱為所記錄的觀測區域的至少一個陸地區域的觀測數據的單元(13)，所記錄的觀測區域至少包括每個衛星的捕獲設備的視野的輪廓，其中，該接收和記錄陸地站的接收天線(6)位于該輪廓內，其中，對所述各個接收和記錄陸地站(5)的數量以及分布進行調節，以使得所述相應的所記錄的觀測區域是互補的并且允許覆蓋要觀測的陸地表面，與要觀測的該表面相對應的各種觀測數據分布在所述各個接收和記錄陸地站(5)的所述存儲單元(1 中，所述衛星網格是存儲網格，其中，對該存儲網格進行調節，以使得將所述各個接收和記錄陸地站( 所存儲的全部觀測數據作為來自所述衛星網格的所述至少一個數字網絡(1 的任何接入點的單個計算機資源來持久地進行訪問。
7.如權利要求6所述的觀測設備，其中，至少一個接收和記錄陸地站(5)的所記錄的觀測區域包括位于所述衛星的視野的所述輪廓外部的至少一個區域，該輪廓內包含該接收和記錄陸地站(5)的所述接收天線(6)。
8.如權利要求6和7中的一項所述的觀測設備，其中，每個接收和記錄陸地站(5)適合于對所記錄的觀測區域與其自己的所記錄的觀測區域相鄰的每個接收和記錄陸地站(5) 的觀測數據進行搜索，并將該觀測數據合并入其存儲單元(1 中，從而使得每個接收和記錄陸地站(5)并入與其自己的所記錄的觀測區域相鄰的各個所記錄的觀測區域的局部拼接圖。
9.如權利要求5至8中的一項所述的觀測設備，其中，衛星(4)的每個發送設備適合于根據并入被稱為地理位置數據的元數據和/或數據的格式來發送所述觀測數據，所述元數據和/或數據表示觀測區域的位置以及觀測的日期。
10.如權利要求5至9中的一項所述的觀測設備，其中，每個接收和記錄陸地站(5)還與用于向衛星(4)進行廣播的天線(10)相關聯，并且其中，接收和廣播天線(10)、衛星(4) 的發送設備以及陸地站( 適合于使在所述衛星(4)和所述陸地站( 之間建立雙向交換成為可能。
11.如權利要求10所述的觀測設備，其包括至少一個遠程控制模塊，該遠程控制模塊適合于使向每個衛星(4)發送命令成為可能，并且其中，每個遠程控制模塊連接至所述至少一個數字網絡(15)，并連接至接收和記錄陸地站(5)的所述衛星網格，每個遠程控制模塊將要發往衛星(4)的命令指引到所述至少一個數字網絡(1 和所述衛星網格，所述命令由所有接收和記錄陸地站(5)同時發送。
12.如權利要求5至11中的一項所述的觀測設備，其中，每個衛星(4)還包括管理模塊(8)，以被并入衛星網格中，該衛星網格是由所述各個接收和記錄陸地站(5)以及連接所述各個接收和記錄陸地站(5)的所述數字網絡(1 形成的。
13.如權利要求5至12中的一項所述的觀測設備，其中，所述衛星網格連接至公共陸地數字網絡(15)。
14.如權利要求5至13中的一項所述的觀測設備，其中，每個接收和記錄陸地站(5)適合于處理其從每個衛星(4)接收的所述觀測數據，以形成能夠由用戶直接使用的相應圖像并將這些圖像記錄在其存儲單元(1 中，從而形成的衛星網格使得來自所述各個衛星的、 針對各個觀測區域的、被記錄在所述各個接收和記錄陸地站(5)中的全部觀測圖像對于用戶而言是能直接訪問的。
15.如權利要求5至14中的一項所述的觀測設備，其中，每個接收和記錄陸地站(5)的所述管理模塊(8)適合于使得最新記錄在存儲單元(1 中的觀測數據在所述衛星網格上是動態能用的
全文摘要
本發明涉及一種被稱為衛星網格的設備，包括多個接收和存儲地面站(5)，多個接收和存儲地面站(5)具有存儲單元(13)，每個站(5)包括用于從圍繞地球進行軌道運行的至少一個衛星接收觀測數據的單元。每個站(5)連接到至少一個數字網絡(15)，并且包括至少一個管理模塊，使得不同的站一起協作，以便提供對來自至少一個衛星的、并存儲在不同站(5)中的所述觀測數據的持久的并且透明的共享訪問，其中，所述衛星網格適合于作為來自所述網絡(15)中的任何接入點的單個計算機資源來進行訪問和查看。
文檔編號H04B7/185GK102197605SQ200980141986
公開日2011年9月21日 申請日期2009年8月21日 優先權日2008年8月28日
發明者J-P·安蒂基迪斯 申請人:法國國家太空研究中心