Echtzeit-Datenverarbeitung im Weltraum

EU-finanzierte Forscher haben eine erhebliche Verringerung der Zeitverzögerung, die zwischen dem Zeitpunkt der Bilderfassung im Rahmen der Erdbeobachtung (Earth Observation, EO) und dem Empfang beim Endanwender am Boden auftritt, von Tagen auf nahezu Echtzeit erreicht.

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Hyperspektralsensoren für die Erdbeobachtung erfassen Bilder in vielen schmalbandigen Frequenzen über den gesamten sichtbaren und infrarotnahen Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Die Breitband-Bildgebung ermöglicht eine Unterscheidung zwischen Merkmalen auf der Erdoberfläche, die unterschiedliche Lichtabsorptions- und Reflexionseigenschaften aufweisen. Über eine Kombination der Stärke digitaler Bildgebung und Spektroskopie unterstützt die hyperspektrale Bildgebung bahnbrechende Sichtweisen in mehreren Anwendungsbereichen. Die neue Technologie wird bereits im Zusammenhang mit dem Klimawandel und der Stadtplanung zur Detektion und Identifizierung von Pflanzenwuchs und von Konstruktionen eingesetzt, die vom Menschen errichtet worden sind. Algorithmen, die hyperspektrale Daten verarbeiten, ermöglichen ebenfalls gute Abbildungen auf Paralellsystemen wie Computer-Clustern, diese Systeme sind jedoch nur schwer auf eine Onboard-Verarbeitung anzupassen. Das EU-finanzierte Projekt QI2S (Quick image interpretation system) wurde für die Gestaltung einer Plattform initiiert, die mit den Nutzdaten von EO-Satelliten kompatibel ist. Zum Erreichen dieses ehrgeizigen Ziels, vereinten sechs Partner ihre jeweiligen Maßnahmen und Fachkenntnisse bezüglich einzelner Komponenten, die ihnen zugewiesen worden waren. Während des QI2S-Projekts wurde eine Mehrkern-Datenverarbeitungs-Engine entwickelt, die auf Field-programmable Gate Arrays (FPGAs) sowie einem neuen 64-Kern-Signalverarbeitungschip mit der Bezeichnung RC64 basiert. Der RC64 kombiniert fortschrittliche digitale Signalprozessoren mit einem gemeinsamen Multibank-Speicher sowie einem Hardwareplaner, der Prozessoren Aufgaben zuweist. Der Chip wurde für eine Integration mit mehreren zehn oder hundert anderen RC64-Chips entworfen und ermöglicht somit eine leistungsstarke Signalverarbeitung im Weltraum. Die FPGAs ermöglichen daneben trotz ihres geringen Gewichts und ihrer geringen Größe eine hohe Rechenleistung zu niedrigen Kosten. Diese Hardwarebeschleuniger stellen außerdem die attraktive Möglichkeit einer adaptiven Auswahl des anzuwendenden Datenverarbeitungsalgorithmus in Aussicht. Die QI2S-Systemhardware setzt auf Softwarebausteine für die Datenverarbeitung und -auswertung mit einer ausgefeilten Befehlssprache, die eine Rekonfiguration ermöglicht. Anders gesagt ist eine Rekonfiguration möglich, ohne dass, wie heute üblich, zeitaufwändige Tests erforderlich wären, um Betriebsänderungen bezüglich der Nutzdaten eines Satelliten vorzunehmen. Es wird damit gerechnet, dass die neue Technologie drastische Verkürzungen hinsichtlich der Bereitstellung von Hyperspektraldaten ermöglicht. Endanwender am Boden werden angeforderte Daten anstelle von Tagen oder sogar Wochen innerhalb weniger Minuten erhalten. Diese Entwicklung wird den Weg für spannende zukünftige Anwendungen wie etwa Frühwarnsysteme für Naturkatastrophen ebnen.

Schlüsselbegriffe

Datenverarbeitung, Hyperspektraldaten, QI2S, FPGA, RC64, Frühwarnsystem

Quick Image Interpretation System

Echtzeit-Datenverarbeitung im Weltraum

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