Giới thiệu hệ thống trạm thu ảnh viễn thám vệ tinh MODIS và Suomi NPP của Trung tâm FIMO

Giới thiệu hệ thống trạm thu ảnh viễn thám vệ tinh MODIS và Suomi NPP của Trung tâm FIMO

Trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành (FIMO) đã triển khai thành công việc lắp đặt, chuyển giao công nghệ và vận hành trạm thu dữ liệu ảnh từ 3 loại vệ tinh quan sát trái đất của Cơ quan hàng không vũ trụ Hoa Kỳ (National Aeronautics and Space Administration – NASA) và Cơ quan quản lý khí quyển và đại dương quốc gia Hoa Kỳ (National Oceanic and Atmospheric Administration – NOAA), bao gồm:

MODIS (Moderate Resolution Spectroradiometer: MODIS (Terra: 1999, Aqua: 2002)

MODIS Terra: Vệ tinh Terra được phóng bởi NASA từ căn cứ không quân Vandenberg vào 18 tháng 12 năm 1999. Nó mang trên mình bộ 5 cảm biến có khả năng thu thập thông tin đồng thời về nhiệt độ, đất đai, đại dương, năng lượng mặt trời từ Trái đất. Mỗi một cảm biến có những đặc điểm riêng biệt sẽ cho phép các nhà khoa học thực hiện được một loạt các mục tiêu khoa học. Đặc điểm chính của vệ tinh Terra:

• MODIS AQUA: Vệ tinh Aqua được phóng bởi NASA từ căn cứ không quân Vandenberg Vandenberg ở California (Mỹ) vào 4 tháng 5 năm 2002. Vệ tinh Aqua mang trên mình bộ 6 cảm biến có khả năng thu thập thông tin đồng thời về chu trình nước của Trái đất, bao gồm lượng nước bốc hơi từ các đại dương, hơi nước trong khí quyển, mây, độ ẩm mưa, đất, băng biển, băng trên đất liền, và tuyết phủ trên đất và đá. Bảng dưới đây cung cấp một số thông tin sơ lược về vệ tinh Aqua:

Suomi National Polar-orbiting Partnership (NPP): Suomi NPP: 2011.

• Các thiết bị đo đạc trên vê tinh được sử dụng để vẽ bản đồ và giám sát sự thay đổi của thực vật. Vệ tinh NPP theo dõi áp suất của tầng ozone và các trạng thái khí khá tốt như nhiệt độ của biển và các bề mặt. Nó cũng được sử dụng để giám sát biển băng, vùng đất băng và các sông băng trên khắp thế giới. Thêm vào đó vệ tinh NPP còn có khả năng giám sát các thảm họa thiên nhiên như phun trào núi lửa, cháy rừng, hạn hán, lũ lụt, bão.
• NPP quan sát bề mặt trái đất 2 lần/24h, một lần vào ban ngày một lần vào ban đêm. Dữ liệu quan sát được gửi tới trạm mặt đất tại Svalbard, Norway và các trạm địa phương. Bảng dưới đây cung cấp một số thông tin sơ lược về vệ tinh Suomi-NPP:

 Joint Polar Satellite System (JPSS): dự kiến phóng năm 2017.

• Cùng với sự thành công trong việc hợp tác của NOAA và NASA khi phóng vệ tinh Suomi NPP ngày 28/10/2011, dự án JPSS tiếp được được đầu tư, phát triển và dự kiến sẽ được phóng vào đầu năm 2017.
• JPSS sẽ được trạng bị các công nghệ và kỹ thuật khoa học hiện đại nhất trong việc theo dõi môi trường và dự báo thời tiết, khí hậu, môi trường và đại dương. NOAA sẽ chịu trách nhiệm cho việc quản lý và điều hành chương trình JPSS trong khi NASA chịu trách nhiệm phát triển và xây dựng vệ tinh JPSS.
• JPSS hứa hẹn là chương trình vệ tinh duy nhất có khả năng theo dõi dữ liệu về khí quyển để dự báo thời tiết từ sau năm 2017, với khả năng dự báo chính xác về thời tiết, nghiên cứu khí hậu.
  

  Cảm biến MODIS được gắn trên vệ tinh Terra và Aqua chụp các ảnh trên bề mặt Trái Đất theo 36 kênh

Trạm thu vệ tinh của Trung tâm FIMO là nguồn cung cấp dữ liệu ảnh viễn thám quý giá so với các dữ liệu của NASA cung cấp miễn phí với nhiều ưu điểm lớn như: có thể thu nhận và xử lý theo thời gian thực, chủ động về loại ảnh sản phẩm, cảnh ảnh cần thu nhận trên vùng không gian địa lý cần theo dõi, giám sát. Để có được kết quả là hệ thống trạm thu, nhận và xử lý tín hiệu ảnh viễn thám thành công, ghi dấu sự phối kết hợp hài hòa, đồng nhất của Ban Giám Hiệu Đại học Công Nghệ, Trung tâm FIMO, Bộ môn Điện tử Viễn Thông và từ đối tác công ty eOsphere (nước Anh).

Với hệ thống xử lý phần mềm hiện tại, hệ thống trạm thu có thể tạo ra rất nhiều các loại sản phẩm Level 1B và Level 2 nhằm phục vụ cho rất nhiều mục tiêu khoa học khác nhau. Dưới đây là bảng thống kê các loại sản phẩm chính của hệ thống, tương ứng với hai loại vệ tinh khác nhau là MODIS: Terra, Aqua và NPP.

Danh mục các ảnh sản phẩm Terra và Aqua:

Danh mục sản phẩm NPP:

Dung lượng dữ liệu thu được đối với hai vệ tinh Terra và Aqua là khoảng 6GB mỗi phiên ảnh, đối với vệ tinh NPP là 20GB cho mỗi phiên. Bên cạnh đó, hệ thống còn có thể tạo ra một số sản phẩm khác nữa từ các sản phẩm hiện tại. Trong tương lai, các phần mềm xử lý mới có thể được cài đặt thêm vào hệ thống để hứa hẹn mang lại khả năng cung cấp nhiều sản phẩm đa dạng hơn với chất lượng cao, phục vụ tích cực cho công tác n6ghiên cứu khoa học ở Việt Nam cũng như trên thế giới.

Tính năng của hệ thống:

Hệ thống trạm thu VxEos Ground Station được thiết kế để thu nhận và xử lý các loại dữ liệu ảnh từ các vệ tinh quỹ đạo cực và quỹ đạo địa tĩnh. Tất cả các phần mềm của hệ thống để thu tín hiệu hình ảnh từ vệ tinh được kết nối với ăng ten, bộ thu tín hiệu và thiết bị (card ingestion từ receiver sang dữ liệu số).

Quá trình thu và xử lý có khả năng được thực hiện tự động, cho phép các ảnh và dữ liệu có thể tự động được thu và xử lý trong thời gian thực bởi Task Scheduler (bộ lập lịch) được thực thi khi hệ thống khởi động, trong đó có một script được chạy để theo dõi vệ tinh, thu nhận, ingest và xử lý dữ liệu thu được tại thời điểm xác định. Hệ thống trạm thu và xử lý tín hiệu ảnh viễn thám của Trung tâm FIMO, bao gồm các thành phần chính như sau:

• Trạm thu ăng ten: CGC Technology Antenna (X-band feed, X-band LNA, down-converter, chảo thu parabolic, hệthống trục xoay theo dõi tracking pedestal, thiết bị GPS 18xHVS).

TS. Dominic Flach lắp đặt và kiểm tra hoạt động của ăng ten khi hoạt động thực tế

• Bộ giải điều chế tín hiệu X-Band Receiver: SSBV ERSDEM-2.5 Di, có khả năng thu nhận tín hiệu đa vệ tinh. Sử dụng dây Ethernet (telnet) kết nối từ máy tính để điều khiển.
• Server thu nhận (Acquisition): Dell Precision T5610: (3.4 Ghz Intel Xeon E5-2687W v2 gồm 8 core, 8 GB SDRam, 500 GB Sata (Linux /) và 2 TB (/data), ổ ghi DVD 8x, card đồ họa nVdia 1GB, màn hình Dell 24”, hệ điều hành CentOS Linux 6.4 x64.
• Server xử lý (Processing): Dell Precision T5610: (3.4 Ghz Intel Xeon E5-2687W v2 gồm 8 core, 8 GB SDRam, 500 GB Sata (Linux /) và 2 TB (/data), ổ ghi DVD 8x, card đồ họa nVdia 1GB, màn hình Dell 24”, hệ điều hành CentOS Linux 6.4 x64.
• LAN: Switch Ethernet NetGear Prosafe GS 108 8-port Gigabit Ethernet.

TS. Dominic Flach trực tiếp hướng dẫn cán bộ và nhân viên Trung tâm FIMO về cách vận hành trạm thu ăng ten

Hệ thống X-Band Acquisition có trách nhiệm:

• Duy trì cơ sở dữ liệu với các thành phần “two line orbital elements” tính toán các thông số của từng loại vệ tinh được thu từ Internet của NASA.
• Duy trì đồng hồ chính xác đồng bộ từ GPS ở trên trạm ăng ten và cung cấp đồng bộ tới các hệ thống khác.
• Lập lịch thu nhận tín hiệu vệ được điều khiển khoảng thời gian và vị trí khi vệ tinh EOS Aqua & Terra và NPP bay qua để thu nhận và xử lý.

Lập lịch thu nhận tín hiệu vệ tinh MODIS và NPP tự động qua vùng Việt Nam hàng ngày

• Điều khiển ăng ten, theo dõi vệ tinh bay qua từ đường chân trời tới đường chân trời và cài đặt các đơn vị ăng ten để thu nhận dữ liệu từ vệ tinh.

Phần mềm theo dõi và điều khiển ăng ten (XY Antenna Status), receiver (ERSDEM Receiver Status) trực tiếp từ trạm xử lý

• Điều khiển thiết bị ERSDEM 2.5 X-band Receiver, để giải mã và đồng bộ-bit của dữ liệu nhận được từ Receiver để xử lý.
• Xử lý dữ liệu đồng bộ từ Receiver, ghi dữ liệu thô ra đĩa và sử dụng phần mềm “telemetry processor” để tạo dữ liệu Level 0 data.

Xem quá trình ăng ten thu và trạm xử lý ảnh trực tiếp của vùng lãnh thổ Việt Nam và Đông Nam Á

• Cung cấp chương trình xem theo dõi ảnh thu trực tiếp từ dữ liệu MODIS và VIIRS.

Phần mềm Simulcast Viewer theo dõi tín hiệu ảnh thu trực tiếp khi vệ tinh bay vào vùng ăng ten có thể thu nhận

Hệ thống X-Band Processing có trách nhiệm:

• Duy trì cơ sở dữ liệu của các thành phần “2 line orbital elements” tương tự Acquisition System.

Định nghĩa vùng dữ liệu để tạo ảnh sản phẩm từ ảnh đã xử lý được

• Xử lý ảnh Level 0 thành ảnh Level 1B.
• Tạo ảnh sản phẩm Level 2 từ xử liệu Level 1B thu nhận được.

Ảnh MODIS AOT (sol khí) thu được từ vệ tinh MODIS AQUA

Ảnh chỉ số thực vật (EVI) thu được từ vệ tinh Suomi NPP

Ảnh sản phẩm cảnh báo cháy rừng từ vệ tinh MODIS AQUA

Phần mềm Image Viewer cho phép hiển thị chi tiết các band, các ảnh level 1B, level 2 đã được xử lý

• Phân phối dữ liệu để lưu trữ trên Storage Server trong cùng hệ thống mạng và có khả năng cung cấp dịch vụ dữ liệu trực tuyến cho các đối tác, đơn vị liên hệ trong tương lai.
• Cung cấp tính năng trực quan dữ liệu được xử lý, định nghĩa các vùng không gian quan tâm để tạo ảnh sản phẩm.
• Kiểm tra kết quả của các chương trình thực hiện qua các Log file để biết trạng thái và kết quả của quá trình hệ thống thực thi tự động.

Theo dõi và kiểm soát thông tin của quá trình trạm thu xử lý qua log file

Nghiên cứu viên: Phạm Hữu Bằng – Mẫn Đức Chức – Nguyễn Minh Trần