تصميم نظم Fpga للتصوير الساتلي العالي الاستبانة

لماذا الـ "إف بي جي" أساسيّة للتصوير الساتليّ على متن الطائرة

المفارقة الجماعية والرأس الأخضر

وخلافاً للمجهزات الصغيرة التي تنفذ مسارات التعليم المتتابعة، تتألف هذه الشبكات من ملايين القطع المنطقية القابلة للتشكيل، وشريحات نظام الأفضليات المعمم، وتقطع طرق التكامل بين أجهزة الترددات ذات الترددات العالية، وتربط هذه البيانات بنسيج مبرمج، وتسمح هذه البنى بتكرار العمليات على نحو واسع النطاق في كل دورة من دورات البرمجة، وذلك فيما يتعلق بمجموعات الترددات العالية التي تستخدمها الشبكة في نفس الوقت.

التسامح مع الإشعاع والثقة في الرحلات الجوية

ويمكن أيضاً أن تُستبدل بعثات إعادة التشكيل التي تستخدم في إطار برنامج " FPGA " ، التي كانت تستخدم في مرحلة متقدمة، والتي كانت تستخدم في عمليات إعادة التشكيل، والتي كانت تستخدم فيها أجهزة جديدة ذات قيمة أكبر، والتي يمكن أن تُستخدم في عمليات إعادة التشكيل، والتي تُستخدم فيها أجهزة قياسية جديدة تعمل على أساس التكوين، والتي تُستخدم فيها أجهزة قياسية ذات قدرة على إحداث تغيير في المدارات الأرضية.

التحديات الرئيسية أمام تحقيق الأهداف الإنمائية للألفية

منافذ البيانات وضبطها في الوقت الحقيقي

تصميم خط تجهيز لجهاز تصوير ساتلي هو عملية توازن بين القفز والكهرباء والقدرة على التكيف في ظل قيود شديدة، ومعدل البيانات الخام من جهاز استشعار واحد من طراز Pnchromatic على خط الشاشة، و000 1 خط لكل ثانية يمكن أن يصل إلى 7.5 غيبوبة، وجهاز مصمم متعدد الأطياف مع أربعة مجموعات من هذا الرقم، وبدون معالجة الترددات الثابتة على متن الترددات،

إدارة الطاقة والحرارة

وقد تكون ميزانيات الطاقة على السواتل الصغيرة منخفضة إلى ما يتراوح بين ٢٠ و٥٠ واط مقابل الحمولة بأكملها، مما لا يترك سوى حفنة من الخنازير لمجلس FPGA، ويزيد من حدة المشكلة في الإدارة الحرارية لأن الجهاز يجب أن يفصل الحرارة دون أن يلتصق، ويكافح المصممون القوة الدينامية باستغلال الترميز، وخفض نشاط التحول عن طريق الترميز باستخدام مواد الاختراق البلاستيكية ذات المقياس الحرفي، بدلا من ذلك.

آثار الإشعاع والاعتماد عليه

ويمكن أن تؤدي آثار الترسبات، ولا سيما الاضطرابات التي تحدث في إحدى المناسبات، إلى تغيير شكل التقلبات أو محتويات BRAM، إلى تغيير سلوك الخوارزمية، ويجب التخفيف من ذلك من خلال إعادة التكرار وإعادة التشكيل الدوري، ويمكن أن تؤدي الاختلالات التي تُستخدم في إطار الأشعة دون الحمراء إلى إحداث تضخم في الأشعة دون الحمراء.

Mass and Volume Constraints

وتستلزم القيود الشديدة على الكتل والحجم في المنابر الساتلية عوامل متكاملة للغاية، ونموذجية مدمجة، حيث يمكن محاكاة كل مسألة تتعلق بنزاهة الإشارة من الاتصال على مستوى سطح السفينة إلى وسيلة الإنهاء والتحقق منها قبل الإطلاق، كما أن الربط الكثيف والمركبات الثنائية الفينيل المتعددة المستويات ذات الارتداد المتحكم بها أمران أساسيان، وكثيرا ما يدمج مجلس إدارة مراقبة الغلاف الجوي العالمي أنظمة الطاقة والذاكرة والمرورات المحولة في وحدة واحدة تسهلة على نحو 100 سم2.

هيكل نظامي لمادة متطورة

قاعدة البيانات الأمامية

نظام التصوير المُحكم عليه (في (إف بي جي) يُستخدم عادةً في خط الأنابيب الذي يُقطع مسار البيانات إلى مراحل التنفيذ المتزامنة، في النهاية الأمامية، تُعالجُ وصلاتُ متسلسلة عالية السرعة تحمل (كاميرا لينك) أو (كواكس بريس) أو صور (فيبر)

التطبيع والتجهيز المكاني

وحالما تطغى بيانات المسح، تتدفق إلى مرحلة التجهيز المكاني التي تؤدي إلى التسريح (للمجسات صفائف التصفية) وتصحيح التشويه الجغرافي، وكيّف مسارات التصحيح القائمة على أساس التداخل في إطارات التخصيب القائمة على التعددية، وذلك باستخدام خطوط التخزين المتعددة التخصيب القائمة على التخميد الجغرافي.

إدارة الذاكرة والضغط

(أ) إدارة عملية مراقبة الذاكرة ومحرك قيادة مكافحة الألغام ذات النطاق الترددي العالي للوصول إلى السحب الخارجي، والحواجز المميتة، والسلاسل، والجدول المتطلع إلى التفريق بينية متماسكة عبر خط الأنابيب المزود بمقياس للجرعات، وأجهزة التحكم في الأشعة فوق البنفسجية، وأجهزة التليفزيون المزودة بأجهزة اتصال متحركة، وغالبا ما يتم تنفيذ نظام التحكيم الخاص بالجرعة القصوى (JPEG-LS)

تصميم خط الأنابيب لتجهيز العمليات

عمليات الدمج على مستوى رفيع

ويحتاج مركز إدارة المركبات إلى 20 ثانية من أجل تجهيز خط كامل على جميع النطاقات، ويستخدم هيكلاً متأنياً عميقاً، ويستخدم كل مرحلة مجموعة فرعية من البيانات بطريقة متدفقة، ويستخدم فيها جهازاً إصلاحياً مبسطاً من نوع BixM.

Multi — Spectral Alignment and Pan —Sharpening

فالتواؤم المتعدد الأطياف والتسجيل المشترك أمران يتطلبان بشكل خاص، لأن مختلف النطاقات الطيفية قد تتعرض في أوقات أو زوايا مختلفة قليلا، ومن المطلوب أن يتوافق التداخل بين النطاقات مع النموذج الجاهز الذي يُستخدم في إطاره النموذج المغنطيسي الذي يُستخدم في فرز أجهزة قياسية متعددة.

التفعيل الأمثل للموارد

يجب تحليل الدقة من خلال المحاكاة لتحديد الحد الأدنى من طول الكلمات التي تتجنب القطع الأثرية الظاهرة، مثلاً، وجود تمثيل ثابت من النقاط الـ 16 لقيم المخلفات بـ8 أجزاء من القطع، يكفي في كثير من الأحيان للتصويب و التكليف، بينما قد تحتاج الرشّات المكانية إلى متراكمات من 24 إلى منع التدفق المفرط.

إدارة الطاقة والتخفيف من حدة الإشعاع

تقنيات خفض الطاقة الديناميكية

إن استهلاك القوة من طراز FPGA هو وظيفة التحول الدينامي والتسرب الثابت، ووقف التشغيل الأول/العملية، ويكافح المصممون القوة الدينامية عن طريق استغلال الوقت في التغيير وتخفيض نشاط التحول عن طريق الترميز باستخدام أجهزة الحرق ذات الصبغة البرمجية ذات الصبغة المضغوطة، وذلك بدلاً من المنطق الصنعي للتوسع في الطاقة وإضافتها، مما يتيح إعادة تشكيل الشبكة السحابية التي تستخدم مؤقتاً(85).

هدر الإشعاع بالتصميم

(أ) إن التصدّي للترسب الإشعاعي هو تأديب متعدد المستويات، ويجب اختيار الهيئة نفسها لتسامح الجرعة المؤينة (التي غالباً ما تكون 100 كراد) وحصانة من الاختراقات غير المُستخدمة في إطار من الاختلالات الشمسية (الإنفلط)

التعافي من الاضطرابات والصدمات

ويجب تصميم هذا الخناق بمستوى منخفض للتقليل إلى أدنى حد من النافذة بالنسبة للاضطرابات المتعددة المدارات، كما أن التنظيف الأعمى، الذي يُجرى من خلال جميع الأطر التشكيلية بغض النظر عن الأخطاء، هو أبسط من حيث القدرة على النفايات، كما أن الرش الجاهز، الذي يفحص كل إطار من الصور الذهبية، أكثر كفاءة، ولكنه يتطلب منطقا إضافيا، أما بالنسبة للذاكرة الخارجية، فيجب أن ينسق الاشعاع المتناظر مع نظام إدارة الشؤون الخارجية

إدماج التعلم في مجال مكافحة المخدرات والآلات في المدار

Intelligent On —Board Analysis

ومن أكثر الاتجاهات تحولا في التصوير بالسواتل التحول من الضغط البسيط إلى التحليل الذكي على متن السفن، وبدلا من إرسال كل بيكسيل إلى الأرض، يمكن الآن لأجهزة مراقبة السفن أن تستضيف شبكات للثورة تقوم بفحص السحاب، أو قناع المياه البرية، أو كشف السفن، أو تحديد مواقع إطلاق النار البرية، أو تحديد مواقع المراقبة ذات الصلة بالعلم، أو 99 في المائة.

الأدوات والمحفوظات لأغراض استخدام شبكة FPGA

(ب) توفر أدوات مثل جهاز التهاب (AMD Vitis AI) وشركة إنتل (P OpenVINO) تدفقات توليفية رفيعة المستوى تُحدّد وتُجمّع شبكات مُدربة إلى مُسرعات متوازية جداً من طراز FPG، ومحركاً للذاكرة المركبة (CNN) يُدخل في نطاق متوسط من حيث القدرة على معالجة أكثر من 100 متر في ميزانية قوة تقل عن 5 درجات.

In-Flight Model Updates

تم بالفعل إثبات نشر النماذج الحديثة من خلال إعادة التشكيل الجزئي لبعثات مثل (إس إس إيه) قبل أن يضيف (إكسات) إلى عملية الصنع

الاختبار والتقدير والمؤهلات

المحاكاة والاختلاط

إن الطابع غير المغتفر للفضاء يعني وجوب التحقق من نظام التصوير المركب من طراز FPGA إلى التصلب المطلق قبل التكتل، ويبدأ التقييم بتحفيز خط الأنابيب بأكمله، ويغذيه بصور مركبية للأجهزة الأرضية، ويتحقق من إنتاج المواد ذات التأثير الضيق على جهاز C-model.

المؤهلات البيئية والتراثية

وتخضع المؤهلات البيئية للنموذج الأولي للإهتزازات والصدمات والدوران الحراري والفراغ، ويجب أن تبين هذه المجموعة من البرمجيات الخالية من الأخطاء في نطاق واسع من درجات الحرارة، وأن تكون عادة 40 درجة مئوية إلى +85 درجة مئوية بالنسبة لأجزاء من الدرجة الصناعية أو أوسع بالنسبة للأجهزة العسكرية، وأن تجري اختبارات الإشعاع في مرافق متخصصة تستخدم أجهزة التبريد أو الأشعة الثقيلة لقياس التأثيرات المعبرة للصوت الواحد وتثبت من وقت التخفيف من آثاره.

نظام التقييم النهائي

وبالإضافة إلى اختبار المكونات، يجب التحقق من سلسلة التصوير بكاملها في إطار مجموعة متكاملة تشمل جهاز الاستشعار والبصريات ومجلس FPGA والجهاز الإرسالي، ويشمل ذلك استخلاص أنماط الاختبار من هدف ذو استبانة عالية، وتجهيزها من خلال خط الأنابيب التابع للمؤسسة، ومقارنة الناتج بالحق في الأرض، كما أن اختبارات معدلات الخطأ في واجهة الوصلة النهائية تتحقق من أن الأخطاء المضغوطة في حدود معقولة من حيث يمكن تحملها.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات المتطورة

ارتفاع معدلات البيانات والهيكلات الجديدة لمؤسسة FPGA

الجيل القادم من الصور ذات الاستبانة العالية يوعد باختبارات أرضية من المدار الأرضي المنخفض بثلاثة سنتات، مما سيخلق معدلات بيانات ستقطر نظم اليوم،

التصوير المصفوف بالبرمجيات والتداول الديناميكي

ويمكن أن تكون عمليات التجهيز بواسطة أجهزة الصنابير الصغيرة التي يمكن أن تكون محددة، والتي تقوم فيها أجهزة الأنابيب التي تستخدمها FPGA على أساس نوع محدد من الأهداف، والتي تستمد من نمط رفيع المستوى على المحيطات، إلى طريقة متعددة الأطقم للاستبانة فوق المناطق الحضرية، عملية من خلال تبادل الوظائف الدينامية وإدارة أجهزة الاستشعار التي تحركها الأجهزة الآلية، مما يتيح لسواتل واحدة خدمة زبائن متنوعين بمنتجات بيانات مصممة حسب نوعها.

مفتوح للنظم الإيكولوجية

وفي الوقت نفسه، فإن النظام الإيكولوجي المفتوح المصدر حول النواة الأساسية للنظم الإيكولوجية في مجال الطاقة الشمسية والفولطية، وإطار Vitis AI، يؤدي إلى تخفيض الحواجز أمام تطوير أجهزة تعجيل فضائية مصممة خصيصا لذلك، كما أن الأدوات المفتوحة مثل إطار LiteX توفر نواة من قبل مكتبات مراقبة الذاكرة، وشبكة إيثري، وشبكة GPIO، مما يخفض الوقت المتاح للترخيص.

خاتمة

أما المصممون الذين يستطيعون التحكم في استخدام المعالم الضوئية، وأجهزة تجهيز الصور، وأجهزة التصوير الفلكي، فإنهم سيشكلون مستقبل الاستشعار عن بعد، إذ أن استخلاص المزيد من المعلومات لكل وقود، وكمية الكيلوغرام، سيمكن جمعيات السواتل الصغيرة من توفير التغطية الحادة العالية الاستبانة، بعد أن تُخصص لبعثات التسلق الرئيسية التي تبلغ مليار دولار، مما سيضفي الطابع الديمقراطي على إمكانية الوصول إلى أجهزة الاستخبارات الأرضية المؤثرة.