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物联网&智慧城市创新实践|面向大规模星座实时服务的高性能星载计算平台与智能处理控制系统

发布时间:2025-8-29 8:34:36   
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「为深化智慧城市建设,推广城市数字化转型先进经验,推动物联网技术与城市发展深度融合,赋能北京城市高质量发展、高效能治理与高品质生活,北京物联网智能技术应用协会、中关村智慧城市产业技术创新战略联盟、北京测绘学会在2025年全球数字经济大会物联网与智慧城市论坛期间,联合开展2025物联网与智慧城市优秀案例征集评选活动。本次活动共征集200余个案例/成果,经评审筛选,最终发布60个优秀案例/成果,并将通过多渠道进行系列展示。诚邀各界开展合作交流,详情可咨询北物联李老师(联系电话:13521200337)。」

申报单位:星测未来科技(北京)有限责任公司

所属领域:智能制造领域  
一、案例概述

 CASE OVERVIEW

  本产品主要面向卫星智能化需求,基于高性能星载异构计算和软硬件协同优化能力,给卫星装上智能化大脑,让卫星具备高算力和软件定义的能力,能够在轨进行高效的数据处理,实现卫星的智能化升级,可大幅提升卫星应用效能。

    产品采用国内外领先的设计架构,可在400W功耗下提供1100TOPsAI推理算力,支持不小于4TB的数据存储能力,适配航天领域各类高、低速数据接口,支持在轨功能重构以应对多种处理需求,同时产品基于 COTS 器件及系统级抗辐照加固措施,可满足复杂空天环境下的可靠性要求。本产品可以多种不同类型的卫星场景,提供大规模边缘计算能力,支持包括卫星任务智能调度、遥感数据实时处理、关键目标识别提取等任务需求。

  目前产品已实现23颗载荷在轨,最长在轨时间5年,已经在空间科学、卫星遥感、卫星通信等应用场景落地。
二、行业挑战

 INDUSTRY CHALLENGES

  长期以来,受限于有限的星地数传带宽,卫星采集到的海量观测数据无法第一时间传输到地面端,很多高时效性应用需求得不到满足,如灾害预警、金融期货、军事快响、空间物体回收和设施在轨维修等。
  另一方面,随着全球范围内商业航天产业的发展,低成本大规模星座组网成为大趋势,伴随而来的是海量卫星数据的涌现,同时卫星应用需求也越来越多,亟需智能化的星上处理技术进行卫星智能升级;同时海量数据对星地带宽也带来了更大的考验,传统的地基处理模式已无法满足海量数据的需求,需要依托于天基计算能力进行解决。
三、解决方案与场景

 SOLUTIONS AND SCENARIOS


星测未来研发星载计算平台与智能处理控制系统具备高性能、低成本、高可靠、智能化特点,有效应对多样化应用场景、星上资源紧约束以及空间辐照环境这三大星载智能计算基础条件。可支持在轨对数据进行实时处理,配合北斗等快速下传链路,可以将关键情报以秒级或者分钟级的时延进行快速下传,从而满足国防安全、军事侦察、应急救灾、金融监控等高时效场景的应用需求,大幅提升卫星应用潜力。


在轨处理示意图(原创)

  产品核心技术包括:

  ——系统级容错加固技术(低成本、高可靠、高算力):电子元器件面临宇宙辐射损坏及充放电效应等环境威胁,基于公司空间环境辐射数据积累,采用商用COTS器件+系统级抗辐照加固,保障在轨智能计算的高可靠性。

  ——高性能星载计算技术(高性能):通过超异构计算架构与软硬件协同加速,实现超高能效比,支持AI等智能算法在轨运行。实现”天数天算“。

  ——软件定义技术(智能化):软件定义为星载AI提供技术基础,通过软硬件解耦合,支持星上应用即插即用以及卫星功能在轨重构和更新,以应对快速变化的航天任务需求,实现卫星从“功能机”到“智能机”的转变。

  作为高算力、低功耗、高可靠的边缘端高性能计算产品, 该产品可以广泛应用于民商领域的特种行业。其主要设计的应用场景为卫星星载的计算平台,但同时可适用于如无人机、运载火箭等航天航空的其他场景中。除此之外还可以应用于地面的安防、智能化矿区这类工作环境恶劣、可靠性要求严苛、计算性能要求高的场景中。在轨实际应用案例包括:

  (1)光学遥感卫星

  2024123日,星测未来星载AI计算板卡搭载微纳星空泰景三号02星光学遥感卫星成功发射,提供AI图像压缩、AI目标识别和定位服务,算力达到275TOPS。在轨运行结果表明,星上AI压缩处理相比传统算法相比性能有较大提升,满足实时遥感应用要求。

  (2)合成孔径雷达(SAR)遥感卫星

  2022227日,搭载天仪研究院巢湖一号SAR遥感卫星发射的21TOPS智能计算载荷,截至目前已完成428次在轨AI计算任务,成功率100% ,并通过上注更新链路(OTA)实现星上处理平台在轨重构,完成星载SAR舰船目标识别算法更新,并新增常态化定期重访观测等功能,星上处理能力不断提升。SAR在轨处理实例如下图所示。


SAR在轨舰船监测结合北斗短报文应用实例(原创)

  (3)科学卫星协同观测

  中科院高能物理研究所于2019年提出了 “全变源追踪猎人星座”计划(CATCH),CATCH是由百颗微型卫星组成的X射线观测星座,通过智能化控制,可实现对海量变源的无死角、不间断监测。星测未来为CATCH星座首颗验证星提供高性能AI智能计算平台,平台支持系统软件和算法的在轨更新,用于CATCH星座星上智能调度、星间协同的在轨方案验证,首星已于2024622日成功发射。
四、成效及价值总结

 SUMMARY OF EFFECTIVENESS  AND VALUE

  该成果已实现23颗载荷在轨,包括全球首款成功在轨、运算能力超过百万亿次每秒(275 TOPS)的天基计算载荷,算力性能国际领先。已实际应用于科学、遥感、通信领域,提升卫星智能化水平。

  我国正在加速推动大型星座建设,例如中国星网、G60 星座等,而星载智能处理已经成为了国内外卫星标配,市场成长空间巨大。可应用于灾害预警与应急响应、环境保护与气候变化应对、农业与资源管理、公共卫生与城市管理等国计民生关键领域,提升卫星应用时效性。未来还可应用于太空服务、深空探索与研究等场景,极大拓展人类的认知边界。除卫星应用场景外,该产品已经用于无人机、运载火箭等其他特种领域并承担核心组部件作用,具有广阔应用价值。

  

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