Keşif gözetleme uyduları yer istasyonları

Keşif gözetleme (yer gözlem) uyduları genellikle 500 km ile 2.000 km arasındaki Alçak Dünya Yörüngesinde (LEO-Low Earth Orbit) bulunurlar. Bu yörüngeler, tüm dünyanın gözetlenebilmesi için yere izdüşümleri kutuplara yakın yerden geçen yörüngelerdir. Bu yüksekliklerde bir uydunun yörüngede kalabilmesi için belli bir hıza sahip olması gerekir. Elektro-optik kameralı yer gözlem uyduları Güneşe Eşzamanlı Yörüngelere (SSO-Sun Synchronous Orbit) yerleştirilir. Bu yörüngenin özelliği uydunun geçtiği yerden sürekli aynı yerel saatte geçiyor olması dolayısıyla Güneş’in o noktaya benzer açıyla gelerek yerin aydınlatılmış olmasıdır. Yer istasyonları bu uydularla ancak istasyonun görüş alanı içerisinde iken haberleşebilir. Görüş alanının sınırlarını, temel olarak uydunun yerden yüksekliği belirler. Yer istasyonunun uydu ile haberleşme süresinin kısıtlanmaması diğer bir deyişle temas süresinin tamamının kullanılması için anten yeri olarak etrafı açık alanlar veya nispeten yüksek bir nokta seçilmektedir. Bir gün içerisinde Türkiye enlemindeki bir yer istasyonu anteni uydu ile ortalama beş defa iletişim kurabilmektedir. Bu beş uydu geçişinin iki veya üç geçişi istasyonun gündüz zamanına, kalan geçişleri ise gece zamanına denk gelir. Uydu ile iletişim süresini artırmak isteyen özellikle ticari faaliyet gösteren uydu operatörleri kutup bölgelerine yakın lokasyonlarda yer istasyonları kurarak veya kiralayarak daha fazla veri indirebilmektedirler. Bunun diğer bir amacı ise istasyonun kapsama alanına girmesini beklemeden veriyi indirip elde etmektir.

Yer gözlem uyduları belli bir yer istasyonu anteninin görüş alanına, yörüngesine bağlı olarak herhangi bir noktadan giriş yaparak (AOS-Acquisition of Signal) yörünge izdüşümü boyunca ilerler ve görüş alanından çıkarlar (LOS-Loss of Signal). Bu nedenle yer istasyonu antenleri tam hareketli sistemler olmak zorundadır. Anten uydunun kapsama alanına girmeden önce beklenen yönde ufuk çizgisine döner ve sinyal alış zamanını (AOS) bekler. AOS zamanında Anten Kontrol Birimi, uçuş dinamiği yazılımının bir çıktısı olan ve her gün güncellenen uydu yörünge parametreleri dosyasını (TLE-Two Line Elements) kullanarak hesapladığı uyduya bakış açılarını izlemeye başlar. Sinyal seviyesi yeterli olduktan sonra uydunun sinyaline kilitlenir ve ufuk çizgisinde sinyalin kaybolma zamanına (LOS) kadar otomatik takip eder. Uydu kapsama alanından çıktıktan sonra anten park pozisyonuna dönerek bekleme durumuna geçer. Bir sonraki uydu geçişinde bu işlemler tekrar eder.

Uçuş dinamiği yazılımı çıktısı olan uydu geçiş süreleri (temas zamanları) kapsama alanına giriş noktasına ve yörüngeye bağlı olarak 1-2 dakikadan başlayıp 12-13 dakikalara kadar çıkmaktadır. Uydu ile haberleşme bu süre içerinde olmaktadır. Haberleşme sırasında uydu alt sistemlerine ilişkin sağlık verilerini (housekeeping telemetry) ve dünyanın farklı bölgelerinden toplamış olduğu görev yükü verilerini (görüntü verileri) gönderir. Yer istasyonu bu verileri alır aynı zamanda uydu kontrolüne ait telekomutları ve sonraki yörüngelerde görüntüsü çekilmesi istenen noktaların koordinat bilgilerini içeren görev planını uyduya yükler.

Eğer uydunun görev yükü elektro-optik kamera ise görev planı oluşturulurken çekilecek yerdeki ve çekim zamanındaki hava tahmin verileri de kullanılarak bir optimizasyon yapılır. Bir yer istasyonunun görev planlama başarım kriteri birim zamanda çekilen bulutsuz eşdeğer görüntü miktarı ile hesaplanır. Özellikle ticari yer istasyonlarında görev planlama başarımı karlılık açısından çok önemlidir.

Bu başarıma etki eden diğer faktörler ise ilgi alanlarının öncelikleri, yer izdüşüm çizgisi etrafındaki dağılımı ve ilgi alanlarının büyüklüğüdür.

Bir keşif gözetleme uydusu görüntüleme operasyonları ile ilgili olarak yer kontrol istasyonundaki iş akışları aşağıda anlatılmıştır.

İŞ AKIŞLARI

İş akışı son kullanıcıdan (görüntü isteği yapan kişi veya kurum) ilgi alanı (AOI- Area of Interest) bilgisinin gelmesiyle başlar. İlgi alanı; istenen çekim tarih aralığı, diğer çekim bekleyen ilgi alanları içerisindeki önceliklendirmesi (priority), maksimum uydu yönelim açısı (incidence angle / off-nadir angle), uydu azimut bakış aralığı, minimum güneş yükseklik açısı, maksimum bulut oranı, görüntü üretim seviyesi, mono /stereo görüntü gibi parametrelerle veri tabanına girilir. İlgi alanları uydu kamerasının görüş açıklığından (FOV) fazla ise görüş açıklığı genişliğinde şeritlere bölünür.

Görev planlama yazılımı uydunun eksen yönelim hızları kinematiğini de simüle ederek uydu yer izdüşümü etrafında istenen çözünürlükte, ilgi alanına ait veri tabanındaki diğer tüm parametreleri ve uydu sistem kısıtlarını dikkate alarak çekime aday bölgelerden söz konusu geçiş sırasında çekilebilecek olan görüntü şeritlerini görev planına dahil eder. Görev planlama yazılımının tasarımına bağlı olarak uydunun maksimum alan çekimi yapabilmesi için operatör görev planını optimize eder. Bu optimizasyon sırasında uydu çekim zamanına göre ilgi alanları üzerindeki hava tahmin verilerini (bulut kapalılık yüzdesi) veya gerçek zamanlı meteoroloji uydusu fotoğraflarını da kullanabilir. Görev planı kapsama alanı içerisinde veya kapsama alanı dışarısında da çekim alanları içerebilir. Görev planı oluşturulduktan sonra uydu geçişi sırasında uyduya yüklenir.

Uydu aldığı plana göre programlanan çekim zamanında istenen noktaya yönelerek çekimi gerçekleştirir. Çekimi yapılan bölgenin kapsama alanında olması durumunda çekimden hemen sonra yer istasyonuna görüntü verisini indirebilir. Eğer görüntü çekimi sırasında uydu kapsama alanı dışında ise uydu çektiği görüntüleri kendi hafızasına kaydeder ve belli bir indirme planına göre kapsama alanına girdiğinde yer istasyonuna görüntüleri yüksek hızda indirir. İndirilen görüntü verileri ham veri olup ilk önce otomatik olarak radyometrik ve geometrik düzeltme algoritmalarıyla seviye-2 olarak adlandırılan koordinatlı görüntü oluşturulur ve görüntü işleme yazılımları ile açılabilir, işlenebilir hale getirilir. Bu algoritmalar uydu kamera modelini ve görüntü ile birlikte indirilen uydunun çekim sırasındaki yönelim bilgilerini içeren yardımcı verileri (metadata) kullanır.

Görüntünün bulutsuz bir şekilde başarılı olarak alınmasıyla birlikte ilgi alanına ait ilgili şerit alanının durum bilgisi veri tabanında güncellenerek arşiv görüntüsü olarak kaydedilir, böylece bir sonraki görev planına dahil olmaz. İstenen ilgi alanının çekimi bittiğinde belirtilen görüntü ürünü seviyesinde üretilerek son kullanıcıya ulaştırılır.

Uydu görüntülerinin askeri ve sivil birçok uygulama alanı bulunmaktadır. Askeri uygulamalarda hedef tespit, teşhis veya istihbarat toplama bu uygulamaların başında gelmektedir. Sivil uygulama alanları ise şehir bölge planlama, orman yangını, sel gibi doğal afetlerde hasar tespit, telekomünikasyon, petrol, doğal gaz boru hattı planlama, coğrafi bilgi sistemleri, akıllı şehir veya diğer birçok harita tabanlı uygulamalarda altlık olarak kullanılarak üzerine farklı ilgi noktaları katman olarak eklenebilmektedir. Stereo görüntüler ise sayısal yükseklik modellerinin (DEM-Digital Elevation Model) oluşturulmasında ve bazı üç boyutlu uygulamalarda kullanılmaktadır.

Sonuç olarak, durumsal farkındalığın sadece yakın taktik sahada değil aynı zamanda tüm dünya için çok önemli hale gelmesi ve bilginin anında elde edilmesi kurumlar ve karar vericiler için giderek önem kazanmaktadır. Bu nedenle ülkeler keşif gözlem uydu programlarında takım uydu planlaması yapmakta ve dünya üzerindeki bir noktayı tekrar çekebilme sıklığını (revisit time) artırmaya yönelik yörünge tasarımı yapmaktadırlar. Bununla birlikte veri indirme hızı ve veriyi bir yerden bir yere aktarma gibi iletişim teknolojilerinin de kullanımı önemli hale gelmektedir.

ALÇAK YÖRÜNGE YER İSTASYONLARI ASELSAN İŞ PAYLARI

Türk Hava Kuvvetleri Keşif Uydu Tabur Komutanlığı bünyesinde Göktürk-2 Yer Kontrol İstasyonunun Anten ve RF Sistemleri ASELSAN sorumluluğunda kurulmuş ve devreye alınmıştır. Ana yüklenicisi Telespazio olan Göktürk-1 projesi kapsamında da ASELSAN aşağıdaki iş paketleri ile görev almıştır:

• Anten ve RF Sistemler

• Uydu Görüntüleme Alt Sistemi

• Taşınabilir Yer İstasyonu

• Meteoroloji ve Hava Tahmin Birimi

Uydu Erişim Alt Sistemi olarak 7.3m sabit bir anten ve 5.4m taşınabilir bir anten sistemi sağlanmıştır.

Uydu Görüntüleme Alt Sistemi kapsamında ise Görüntü İstek Yazılımı, Görüntü Üretim ve Dağıtım Birimi ve Coğrafi Bilgi Sistemleri donanımları ve yazılımları sağlanmıştır.

Kullanıcı arayüz tasarımları da ASELSAN sorumluluğunda geliştirilmiştir.

Taşınabilir Yer İstasyonu kapsamında bir operatör ve bir ekipman korunağı, yedekli jeneratör sistemi sağlanmış olup korunak içi yerleşim tasarım, montaj, entegrasyon çalışmaları yapılmıştır.

Meteoroloji ve Hava Tahmin Sistemi kapsamında Eutelsat-10 uydusundan yayın yapan EumetCast verilerini alan bir sabit ve bir taşınabilir anten sistemi sağlanmıştır, Devlet Meteoroloji İşleri ve ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) organizasyonundan bulut kapalılık verilerinin (TCC-Total Cloud Coverage) alınmasına yönelik çalışmalar yapılmıştır.

ASELSAN Göktürk-1 uydusunun fırlatılmasından itibaren yer istasyonunda uydu operasyonlarına destek vermiştir.