Bildverarbeitung an Bord von Satelliten

In der weltraumgestützten Erdbeobachtung fallen durch hochauflösende Sensoren immense Datenmengen an. Dazu tragen seit einigen Jahren zunehmend auch kleinere Satellitensysteme durch ihre stetig steigende Leistungsfähigkeit bei. Unverändert sind allerdings die Limitierungen bei der Übertragung dieser Daten zur Erde. Obwohl auch hier die Kapazitäten steigen, können oft nicht alle aufgenommenen Daten übertragen werden. Dies erzeugt den Bedarf für die Verlagerung der Verarbeitung der Bilddaten vom Boden in den Satelliten. So müssen statt der Rohdaten lediglich die extrahierten Informationen gesendet werden. Die On-Board-Datenverarbeitung ermöglicht zusätzlich die Bereitstellung dieser Informationen für den Nutzer mit kürzeren Latenzzeiten bis hin zu echtzeitfähigen Systemen.

Die EMI Data Processing Unit (DPU) ermöglicht diese leistungsfähige Bildverarbeitung an Bord von kleinen Satelliten. Ausgestattet mit der neuesten Generation von FPGA-basierten Prozessoren, liefert das Gerät genügend Leistungsreserven für hochauflösende Kameras und fortschrittliche Verarbeitungsalgorithmen.

Die Software der DPU wurde im vergangenen Jahr hinsichtlich möglichst großer Flexibilität weiterentwickelt. Es werden beispielsweise unterschiedlichste Klassen von Bildquellen von einfachen Consumer-Webcams mit USB-Anschluss bis hin zu High-End-Industriekameras gleichermaßen unterstützt. Auch die Bildverarbeitung selbst kann in einer grafischen Oberfläche mit wenigen Klicks definiert und parametriert werden. Dabei können erste Tests direkt in einer Simulationsumgebung auf dem PC des Bedieners durchgeführt werden. Dies könnte im einfachsten Fall sogar ein Laptop mit eingebauter Webcam sein. Die so erstellte Konfiguration kann dann ohne Änderungen auf einer realen DPU im Labor verfeinert und schließlich auf den Satelliten im Orbit transferiert werden.

Diese Flexibilität ist zunächst für experimentelle Satellitenmission und Technologiedemonstratoren interessant. Gleichzeitig ermöglicht sie aber auch kürzere Entwicklungszeiten für zukünftige Erdbeobachtungssatelliten. Denn je flexibler und generischer ein System ist, desto später müssen im Entwicklungszyklus die exakten Funktionen und Parameter definiert werden. Mit der EMI DPU können nun sogar nach dem Start eines Satelliten noch völlig neue Anwendungen umgesetzt werden. Dieser Ansatz fügt sich in nahtlos in die Geschäftsmodelle des New Space ein.

Neben dem Einsatz in verschiedenen Mikrosatellitenmissionen unserer Kunden wird die EMI DPU auch im Nanosatelliten ERNST des Fraunhofer EMI für die Verarbeitung der Bilddaten verantwortlich sein. Der Start von ERNST ist für das Jahr 2022 geplant.