奋进新征程 | AI+卫星,迈向天基智能时代

文摘   科学   2024-10-01 09:20   北京  




太空新经济

New Space Economy

在浩瀚星空下,人类的探索脚步从未停歇。随着航天技术的飞速进步和商业航天市场的日益繁荣,一颗颗人造卫星犹如璀璨群星,在地球轨道上编织着科技与梦想的华章。


卫星的功能已不再局限于单一的通信、导航以及遥感,而是向着更为广阔的应用前景迈进,开启了令人瞩目的智能新时代。


近年来,随着空间态势感知技术的成熟,卫星如同太空中的哨兵,能够实时监测和分析太空环境,预警潜在威胁,保障太空活动的安全。这不仅提升了国防安全,也为民用航天提供了重要支持,是未来维护全球和平稳定的关键一环。


太空服务与垃圾清理成为了卫星应用的新亮点。太空服务可以延长卫星寿命,有助于可持续发展;同时,面对日益增多的太空碎片,人们正在探索使用卫星进行太空垃圾清理,未来将有很多“清洁卫星”穿梭在太空中,捕捉并处理废弃的卫星和其他空间废弃物,有效缓解太空环境污染问题,为未来的太空探索铺平道路。


在轨服务示意图:服务卫星接近目标卫星,并通过机械臂进行操作。图片来源:网络


然而,这些新兴应用模式的涌现,对卫星的智能化水平提出了前所未有的挑战。


为了适应复杂多变的空间环境,满足多样化的需求,卫星必须具备更高的自主决策能力和数据处理速度。智能化系统不仅要能快速响应各种突发状况,还要能够在无人干预的情况下执行复杂的任务,确保运行效率和安全性。


天地一体信息应用

All-Domain Information

随着卫星智能水平的飞速提升,地面、低空至太空之间形成了无缝链接的信息纽带,天基计算与地面计算的深度融合,正在以前所未有的方式改变着世界的运作模式。


借助强大的算力、先进的算法与网络架构,智能卫星能够迅速收集、分析海量数据,再将其转化为直观、易懂的信息反馈给地面终端。这种即时性与精确性的结合,赋予灾害预警、环境监测、情报侦察等领域前所未有的精度与效率,极大提高社会运转的安全性和稳定性。


全球来看,天地一体信息系统已经成为航天力量建设的重点领域。


在应急救灾领域,由AI驱动的卫星星座能够更快、更精准地发现全球野火,通过在轨实时处理将火点信息及时发送到地面终端,助力消防员、护林员有效应对火灾。谷歌公司最近支持了这样一个星座项目,计划明年发射第一颗野火监测卫星。


此外,天基信息系统还可应用于能源管线、电力设施的实时监测和风险预警,降低这些重要设施故障给经济社会和环境带来的负面影响。


智能卫星对能源管线监测实例:美国公司OSK的GHOSt星座探测到的甲烷羽流。图片来源:OSK


在情报侦察领域,美国软件公司帕兰蒂在2021年发布了一款卫星情报系统“元星座”,集成卫星处理、星座调度、系统应用以及地面套件,打通天地信息链路,可提供全球实时情报信息,帮助地面人员进行趋势判断与战略决策,该系统已经在真实战场上得到应用。


元星座地面设备SKYKIT工作箱:包含一台装有元星座系统的笔记本、一架预装AI算法的无人机、一台星链终端。 图片来源:网络


目前天基信息系统仍处于算力基础设施建设阶段,随着智能卫星的批量化部署,通过多星协作与智能化控制,天基信息处理能力将进一步提升。


未来,天基算力平台配合高速通信网络,将构成天、空、地协同的算力网络,实现一体化全时全域快速响应,使天基信息走向千行百业。


星测未来:AI+卫星



目前,很多国内外商业机构和科研院所都在共同攻关卫星智能计算技术,实现了星载计算从0到1的突破。越来越多的卫星具备了在轨数据处理的能力,显著提升了卫星数据尤其是遥感影像的应用效率。


在天基智能的浪潮中,星测未来深耕卫星智能计算领域,以创新为核心驱动力,致力于将最前沿的AI科技融入航天产业链,与合作伙伴一同发掘前所未有的机遇与价值。


公司自2020年成立以来,始终专注自主技术研发与科研成果转化,已经成功为通讯、遥感和科学实验等场景提供卫星计算技术服务。


2021年,星测未来推出核心产品星溪系列天基计算智能载荷基于高可靠边缘异构计算平台、高性能算法及软硬件协同优化能力,面向国防、应急等高时效业务和民商智能化服务,提供软硬件一体的算力平台+AI处理解决方案,具有低成本、高可靠、高算力特点,适配典型卫星应用场景,实现卫星价值提升。


2022年2月27日,星溪系列首颗产品星溪02-S21搭载巢湖一号卫星成功发射。星溪02-S21具备在轨AI任务自测、状态监测和SAR舰船识别等功能。遥测数据显示,在轨工作2年多,软硬件工作状态良好。


此后星测未来陆续成功发射多颗星溪产品,进一步验证在轨可靠性,并深入开展在轨AI算法及算法更新等技术验证。


2024年1月23日,全新星载AI计算板卡星溪04Pro-B275搭载泰景三号02星成功发射,该产品集成在卫星的数传单机上,具备275TOPS超高算力可以实现高速率AI图像压缩和AI目标识别等流式处理,图像压缩比由传统的4倍提升至10倍,极大提升了卫星影像获取的效率和应用服务的时效性。


星溪系列产品部分搭载发射案例


截止目前,星溪系列产品已成功实现近十颗载荷在轨,两年内实现三代产品迭代,在相同重量下实现算力提升数十倍,能效比提升5倍以上,载荷最高运算能力超过1000万亿次每秒(1000TOPS),并已实现纯国产化替代。

星溪系列产品迭代路线


星溪系列已具备成熟算法解决方案包括AI图像压缩、区域提取、SAR成像,几何定位,以及目标识别、特征提取等面向多种卫星应用场景的AI算法,可实现高效在轨数据处理,全面提升卫星智能感知能力。


星溪系列算法能力实例:AI图像压缩,相同PSNR下压缩比提高一倍,卫星亩产翻番。

星溪系列算法能力实例:SAR在轨全流程实时处理,GPU并行加速,相比与传统FPGA+DSP方案能效比提高1~2个量级。


星溪系列算法能力实例:AI目标识别算法,满足多种常见目标实时处理要求。

星溪系列产品已成功应用于遥感观测、科学实验等场景,通过“天数天算”实现分秒级信息服务。


全新星上处理模式与传统地面处理模式对比


迈向天基智能时代


面向未来的卫星智能化业务模式与国家战略需求,星测未来积极布局卫星智能决策与智能执行能力建设,将计算载荷集成卫星任务规划、健康管理等功能,并融合相机采集与控制、高性能计算、大容量存储、数据压缩、基带处理等功能,打造星载智能综合电子系统,真正形成具备感知-决策-执行综合能力的“卫星大脑”。



目前,我们正与多个合作伙伴共同开展预研工作,探索卫星智能计算的前沿能力,助力解锁新的卫星应用场景。

智能计算在新场景中的作用:


空间态势感知:迅速处理和分析海量数据,整合不同传感器、不同运营商的多源数据,提供更全面、多维度的有效信息。不断学习和推理,提升轨道分析、碎片预警和风险评估的准确性。


太空服务与碎片清除:快速识别并定位目标卫星,评估其功能和状态。智能解译态势感知数据,进行智能控制,避免碰撞或事故。并在服务任务期间保护数据传输和星间通信。


多星协同控制:通过多星智能进行任务的分配、资源的分配和决策的协同,可实现目标接力追踪、功能灵活调度以及天基算力组网。



随着航天技术的发展与卫星产业的爆发,全新的太空产业生态正在形成,这是一个充满竞争和挑战的领域。面向太空新经济与国家战略需要,星测未来坚持自主研发与技术创新,我们希望助力天基算力基础设施建设,为航天强国建设做出贡献!




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关于我们


星测未来成立于2020年,致力于利用前沿AI科技,赋能通讯、遥感和科学实验等整个航天产业链及航空、地面场景的其他高端装备领域。


公司核心技术优势包括高可靠边缘异构计算、高性能算法及软硬件协同优化能力,面向国防、应急等高时效业务和民商智能化服务,提供软硬件一体的算力平台+AI处理解决方案


核心团队成长于清华“天格计划”,包含8位清华大学博士,研发并成功在轨运营多款高性能星上智能处理平台,已有16颗载荷成功在轨经验,具备批量交付能力,最长在轨运行5年,与各卫星公司、航天院所、高校科研机构均有广泛合作。



星测未来
星测未来以“天基智能,引领未来”为使命。基于高性能星载异构计算和软硬件协同优化能力,提供高性能天基算力平台解决方案,赋能通讯、遥感和科学实验等整个航天产业链及航空、地面场景的其他高端装备领域。