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“天智一号”下半年将升空 带着“大脑”上太空

2018-04-16 07:33:53 张佳星 来源:科技日报  责任编辑:林晨 林晨   我来说两句

星上识别,比地面数据辨识更难

“我们此前负责过一个关于灾害应急的科研项目,要求我们对无人机接收的图像进行实时自动变化检测,在灾害发生后确定灾害中心、灾害强度、损毁情况等为救灾和灾后重建提供重要依据。”李德仁说,该项目的应急响应时间从小时级缩短到了分钟级,为灾后“黄金救援”争取到宝贵时间,这种自动检测技术完全可以用在卫星上。

人眼捕捉图像,人脑辨识变化,这个任务完成迅速,但让人工智能了解人类的知识和判断非常困难,尤其在弱人工智能阶段。地球上的AI,经常被专家学者比喻成一个孩子,人类手把手教它成千上万次,直到它们能得出与人类认知相似的结论。在图像、声音辨识方面,当下的AI技术发展迅速,尤其在图像辨识方面,特定的识别领域已经做到了低于1%的误识率。

但星上识别要远难于地面的数据辨识和分析。

为此,我国学者进行了大量的有益尝试,例如通过高分卫星获得图像,直接输入“立交桥”等字样可以实现实时定位与成像。“在技术上,这涉及星上高精度实时几何定位方法、星上数据的智能压缩方法、变化检测及建模等关键问题。”李德仁说。

与地球上的AI一样,星上AI同样面临数据基础的获取问题,目前的星上数据无法共享共用,通信、导航、遥感卫星各成体系。“部门协同可能是最难解决的问题。”总参通讯部原副部长杨千里说得直接,卫星的单一功能,更多地是因为部门条块之间分割很明显。此外还由于不同任务的卫星应用着不同的硬件。杨小牛介绍,不同频段的天线用于不同功能的卫星上,例如导航和电子侦察对抗的卫星使用的天线并不相同。此外,空天环境的高辐射、离子风暴、温度剧烈变化等外在环境也对系统的稳定性提出了高难度的挑战。

“天脑”雏形,迈出智能卫星演化第一步

“以前的相机,为了防止边缘曲面变形,镜头越大越好。现在手机上的相机镜头很小,但也能拍摄宽幅的画面。因为软件的进步弥补了硬件的不足。”中国科学院院士、中国科学院软件研究所研究员林惠民说,软件定义卫星就是通过软件“最大化”,实现硬件“最小化”,既能够降低卫星的研发成本、也能缩短研发周期。

将于今年下半年发射的“天智一号”就是一颗这样的卫星。“我们建立了一个开放平台,鼓励各个企业、单位为它研制适配的应用。”赵军锁介绍,这是一颗可以不断更新软件的卫星,与其他卫星不同,这颗卫星真的设有“航天应用商店”,人们还可以通过手机访问它,给它下任务,并在手机上查看执行结果。

“天智一号”由中科院软件所牵头、中科院微小卫星创新研究院承担研制和测试工作,主要载荷包括能耗低、计算能力强的小型云计算平台,一台超分相机和4部国产智能手机。太空中的严酷环境中,云平台需要智能调配计算节点,响应地面的需求,对相机和手机采集到的数据进行计算分析,并传输到地面的测控站点或应用端。

为了丰富充实这颗卫星,中科院软件所2017年主办了“软件定义卫星软件创新设计大赛”,尝试通过比赛引来创新应用,胜出的软件将登上“天智一号”,在真正的太空获得检验。一款简化卫星运维系统,降低卫星应用成本的应用胜出。“在太空中,冗余和繁琐的程度非常有限,这款软件能够提升卫星自动化运控能力。”获奖代表廖翔表示。

此外,漂浮物等目标识别软件、3维重构软件等也将上星。软件的应用有效降低了卫星的物理载荷,并使得“天智一号”有望成为一颗智能卫星。“通过软件或是在地面训练好的神经网络模型,在轨实时执行一些智能任务,例如智能目标检测识别、智能云判读、基于强化学习的智能姿态控制等。”赵军锁说,这是全新的尝试,虽然距离成熟的“天脑”还差得远,但它是通过商业化的模式,推动传统卫星向智能卫星演化迈出第一步。

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