科技日报记者 张盖伦
古者将有新令，必奋木铎以警众，使明听也。8月25日，由北京师范大学研制的“木铎一号”即时遥感科学实验卫星星座，在太原卫星发射中心成功发射入轨。
“木铎一号”总设计师、北京师范大学卫星应用前沿交叉研究院院长王国强告诉记者，随着在轨计算、星间通信等硬件技术初步成熟，国内外突发性地表异常探测逐渐向在轨模式转变，即时遥感正成为国内外前沿布局的重点方向。“木铎一号”是国内首个即时遥感科学实验卫星平台，旨在系统验证以“星间互联、星地互馈、在轨处理、手机直传”为特征的即时遥感全链条技术工程实现能力。
一颗找异常，一颗下诊断
“木铎一号”由“木铎1A”及“木铎1B”两颗卫星组成。
传统卫星星座一般走“同质化”路线——几颗星长得一样，干的活也一样。但“木铎一号”创新构建了两星协同观测机制，两颗星扮演不同角色。
木铎1A星是“侦察兵”，搭载宽幅多光谱相机，实现100千米幅宽的大范围扫描与初步筛查，负责普查引导。其发现地表异常斑块之后，通过星间激光通信引导编队的木铎1B卫星实现任务规划，快速转动相机镜头对准潜在异常区域进行拍摄。木铎1B卫星搭载的高光谱相机有多达26个通道，可以采集地物精细指纹信息，实现地表异常类型的精确诊断。但是其幅宽仅30千米，所以需要1A卫星的在轨引导，实现“大面积普查”与“精细详查”的配合。
两颗星在轨道上相距约2000千米，它们协同开展大范围巡查，在轨识别火灾、洪涝、滑坡、水体异常等事件，由“地面找卫星数据”转变为“卫星主动发现问题”。两颗星还可综合多光谱、高光谱等多种观测能力，对异常目标进行交叉验证和定量诊断。
边拍边算，预警信息分钟级直达手机
传统卫星遥感是在异常事件发生后由地面向卫星上注拍摄指令，地面站接收数据后通过多部门联动完成数据预处理与信息提取，整个过程耗时以天计，无法满足环境治理与灾害应急的高时效要求。
“木铎一号”则将轻量化遥感处理、识别及诊断模型部署在高性能在轨计算芯片上，大幅缩短从数据获取到信息送达的时间间隔。据测试，其可将地表异常从观测到预警的响应时间压缩至1分钟左右，实现了卫星遥感业务模式的根本性变革。
王国强介绍，识别异常的最大难点叫“一景发现”。判断“异常”，通常需要两张影像前后对比，但如何靠拍下的一张图就准确嗅出危机？
答案是——把专家知识带上天。
比如，遥感图片中，城市道路表现为正常纹理，但道路一旦被水覆盖，纹理就会被打破。能大面积改变纹理又不摧毁建筑的，通常就是洪水。研究团队要把这种专家经验编进算法，让卫星能扫一眼就知道哪儿不对劲。
木铎1A与1B星分别部署了8种地表异常在轨识别算法及12种地表异常智能诊断模型。卫星“边拍边算”，在获取遥感影像的同时，利用星载智能计算平台对数据进行实时处理，快速生成异常位置、影响范围、风险类型及置信度等结果。这一结果，还可通过北斗短报文直接推送给相关人员。
实现“星间互联、星地互馈、手机直传”后，防灾减灾由传统的“卫星成像—数据下传—地面发现”模式，转向“天基发现、地面确认、直达现场”的智能闭环，为救援争取宝贵时间。
算法好不好，上天见真章
木铎星座上搭载多套算法，实行“赛马机制”——同一张影像，几种算法各出结果，长期对比下来，准的、稳的留下，差的淘汰。该星座具备以“星地互馈”为特色的持续更新能力：下传的木铎卫星遥感数据可用于优化模型算法，优化后的算法可通过星地上注链路动态更新至星上计算单元。
“算法好不好，得上天见真章。”王国强指出，未来影响即时遥感的关键不在硬件，而在星上算法。很多遥感算法在实验室表现良好，但缺少太空在轨实测平台，无法验证真实工况下的可用性。
“木铎一号”就是一座太空中的即时遥感算法“练兵场”。王国强希望，在该星座的持续工作中，面对错综复杂的真实遥感场景，锤炼出更多可用于各类遥感卫星的高质量算法，为突破传统卫星遥感在应急管理与风险防范中响应滞后的瓶颈提供技术手段与数据支撑。
据介绍，“木铎一号”将向全行业开放算法测试与上注接口，积极吸纳针对自然灾害、违规开发、重大事故等典型地表异常事件的即时识别与诊断模型，为即时遥感新技术的常态化验证提供工程底座。
王国强透露，“木铎二号”计划于今年年底发射，将由5颗卫星组成。未来，星座还可能加入合成孔径雷达、“微光/夜光”等新卫星，以提升异常事件“全天时”“全天候”发现能力。
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