Services for Satellite Data Processing

Data processing services for Meteosat geostationary satellite are presented. Implemented services correspond to the different levels of remote-sensing data processing, including noise reduction at preprocessing level, cloud mask extraction at low-level and fractal dimension estimation at high-level. Cloud mask obtained as a result of Markovian segmentation of infrared data. To overcome high computation complexity of Markovian segmentation parallel algorithm is developed. Fractal dimension of Meteosat data estimated using fractional Brownian motion models.

Grid-enabling Satellite Image Archive Prototype for UA Space Grid Testbed

* The work is partially supported by the grant of National Academy of Science of Ukraine for the support of scientific researches by young scientists No 24-7/05, " Розробка Desktop Grid-системи і оптимізація її продуктивності ”.

Grid Approach to Satellite Monitoring Systems Integration

This paper highlights the challenges of satellite monitoring systems integration, in particular based on Grid platform, and reviews possible solutions for these problems. We describe integration issues on different levels: data integration level and task management level (job submission in terms of Grid). We show example of described technologies for integration of monitoring systems of Ukraine (National Space Agency of Ukraine, NASU) and Russia (Space Research Institute RAS, IKI RAN). Another example refers to the development of InterGrid infrastructure that integrates several regional and national Grid systems: Ukrainian Academician Grid (with Satellite data processing Grid segment) and RSGS Grid (Chinese Academy of Sciences).

Orthogonal frequency division multiplexing based air interfaces and multiple input multiple output techniques in cooperative satellite communications for 4th generation mobile systems

Recently, wireless network technology has grown at such a pace that scientific research has become a practical reality in a very short time span. Mobile wireless communications have witnessed the adoption of several generations, each of them complementing and improving the former. One mobile system that features high data rates and open network architecture is 4G. Currently, the research community and industry, in the field of wireless networks, are working on possible choices for solutions in the 4G system. 4G is a collection of technologies and standards that will allow a range of ubiquitous computing and wireless communication architectures. The researcher considers one of the most important characteristics of future 4G mobile systems the ability to guarantee reliable communications from 100 Mbps, in high mobility links, to as high as 1 Gbps for low mobility users, in addition to high efficiency in the spectrum usage. On mobile wireless communications networks, one important factor is the coverage of large geographical areas. In 4G systems, a hybrid satellite/terrestrial network is crucial to providing users with coverage wherever needed. Subscribers thus require a reliable satellite link to access their services when they are in remote locations, where a terrestrial infrastructure is unavailable. Thus, they must rely upon satellite coverage. Good modulation and access technique are also required in order to transmit high data rates over satellite links to mobile users. This technique must adapt to the characteristics of the satellite channel and also be efficient in the use of allocated bandwidth. Satellite links are fading channels, when used by mobile users. Some measures designed to approach these fading environments make use of: (1) spatial diversity (two receive antenna configuration); (2) time diversity (channel interleaver/spreading techniques); and (3) upper layer FEC. The author proposes the use of OFDM (Orthogonal Frequency Multiple Access) for the satellite link by increasing the time diversity. This technique will allow for an increase of the data rate, as primarily required by multimedia applications, and will also optimally use the available bandwidth. In addition, this dissertation approaches the use of Cooperative Satellite Communications for hybrid satellite/terrestrial networks. By using this technique, the satellite coverage can be extended to areas where there is no direct link to the satellite. For this purpose, a good channel model is necessary.

Orthogonal Frequency Division Multiplexing Based Air Interfaces and Multiple Input Multiple Output Techniques in Cooperative Satellite Communications for 4th Generation Mobile Systems

Recently, wireless network technology has grown at such a pace that scientific research has become a practical reality in a very short time span. One mobile system that features high data rates and open network architecture is 4G. Currently, the research community and industry, in the field of wireless networks, are working on possible choices for solutions in the 4G system. The researcher considers one of the most important characteristics of future 4G mobile systems the ability to guarantee reliable communications at high data rates, in addition to high efficiency in the spectrum usage. On mobile wireless communication networks, one important factor is the coverage of large geographical areas. In 4G systems, a hybrid satellite/terrestrial network is crucial to providing users with coverage wherever needed. Subscribers thus require a reliable satellite link to access their services when they are in remote locations where a terrestrial infrastructure is unavailable. The results show that good modulation and access technique are also required in order to transmit high data rates over satellite links to mobile users. The dissertation proposes the use of OFDM (Orthogonal Frequency Multiple Access) for the satellite link by increasing the time diversity. This technique will allow for an increase of the data rate, as primarily required by multimedia applications, and will also optimally use the available bandwidth. In addition, this dissertation approaches the use of Cooperative Satellite Communications for hybrid satellite/terrestrial networks. By using this technique, the satellite coverage can be extended to areas where there is no direct link to the satellite. The issue of Cooperative Satellite Communications is solved through a new algorithm that forwards the received data from the fixed node to the mobile node. This algorithm is very efficient because it does not allow unnecessary transmissions and is based on signal to noise ratio (SNR) measures.

Studies on Bio-Geochemistry, Bio-Optical Properties and Satellite Validation of Coastal Waters of South Eastern Arabian Sea

In situ methods used for water quality assessment have both physical and time constraints. Just a limited number of sampling points can be performed due to this, making it difficult to capture the range and variability of coastal processes and constituents. In addition, the mixing between fresh and oceanic water creates complex physical, chemical and biological environment that are difficult to understand, causing the existing measurement methodologies to have significant logistical, technical, and economic challenges and constraints. Remote sensing of ocean colour makes it possible to acquire information on the distribution of chlorophyll and other constituents over large areas of the oceans in short periods. There are many potential applications of ocean colour data. Satellite-derived products are a key data source to study the distribution pattern of organisms and nutrients (Guillaud et al. 2008) and fishery research (Pillai and Nair 2010; Solanki et al. 2001. Also, the study of spatial and temporal variability of phytoplankton blooms, red tide identification or harmful algal blooms monitoring (Sarangi et al. 2001; Sarangi et al. 2004; Sarangi et al. 2005; Bhagirathan et al., 2014), river plume or upwelling assessments (Doxaran et al. 2002; Sravanthi et al. 2013), global productivity analyses (Platt et al. 1988; Sathyendranath et al. 1995; IOCCG2006) and oil spill detection (Maianti et al. 2014). For remote sensing to be accurate in the complex coastal waters, it has to be validated with the in situ measured values. In this thesis an attempt to study, measure and validate the complex waters with the help of satellite data has been done. Monitoring of coastal ecosystem health of Arabian Sea in a synoptic way requires an intense, extensive and continuous monitoring of the water quality indicators. Phytoplankton determined from chl-a concentration, is considered as an indicator of the state of the coastal ecosystems. Currently, satellite sensors provide the most effective means for frequent, synoptic, water-quality observations over large areas and represent a potential tool to effectively assess chl-a concentration over coastal and oceanic waters; however, algorithms designed to estimate chl-a at global scales have been shown to be less accurate in Case 2 waters, due to the presence of water constituents other than phytoplankton which do not co-vary with the phytoplankton. The constituents of Arabian Sea coastal waters are region-specific because of the inherent variability of these optically-active substances affected by factors such as riverine input (e.g. suspended matter type and grain size, CDOM) and phytoplankton composition associated with seasonal changes.

Censorship Resistant Web Applications

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Conception d’un mécanisme déployable à grand ratio d’expansion et de son système d’actionnement par roues d’inertie pour applications spatiales

Cette thèse propose de développer des mécanismes déployables pour applications spatiales ainsi que des modes d’actionnement permettant leur déploiement et le contrôle de l’orientation en orbite de l’engin spatial les supportant. L’objectif étant de permettre le déploiement de surfaces larges pour des panneaux solaires, coupoles de télécommunication ou sections de station spatiale, une géométrie plane simple en triangle est retenue afin de pouvoir être assemblée en différents types de surfaces. Les configurations à membrures rigides proposées dans la littérature pour le déploiement de solides symétriques sont optimisées et adaptées à l’expansion d’une géométrie ouverte, telle une coupole. L’optimisation permet d’atteindre un ratio d’expansion plan pour une seule unité de plus de 5, mais présente des instabilités lors de l’actionnement d’un prototype. Le principe de transmission du mouvement d’un étage à l’autre du mécanisme est revu afin de diminuer la sensibilité des performances du mécanisme à la géométrie de ses membrures internes. Le nouveau modèle, basé sur des courroies crantées, permet d’atteindre des ratios d’expansion plans supérieurs à 20 dans certaines configurations. L’effet des principaux facteurs géométriques de conception est étudié afin d’obtenir une relation simple d’optimisation du mécanisme plan pour adapter ce dernier à différents contextes d’applications. La géométrie identique des faces triangulaires de chaque surface déployée permet aussi l’empilement de ces faces pour augmenter la compacité du mécanisme. Une articulation spécialisée est conçue afin de permettre le dépliage des faces puis leur déploiement successivement. Le déploiement de grandes surfaces ne se fait pas sans influencer lourdement l’orientation et potentiellement la trajectoire de l’engin spatial, aussi, différentes stratégies de contrôle de l’orientation novatrices sont proposées. Afin de tirer profit d’une grande surface, l’actionnement par masses ponctuelles en périphérie du mécanisme est présentée, ses équations dynamiques sont dérivées et simulées pour en observer les performances. Celles-ci démontrent le potentiel de cette stratégie de réorientation, sans obstruction de l’espace central du satellite de base, mais les performances restent en deçà de l’effet d’une roue d’inertie de masse équivalente. Une stratégie d’actionnement redondant par roue d’inertie est alors présentée pour différents niveaux de complexité de mécanismes dont toutes les articulations sont passives, c’est-à-dire non actionnées. Un mécanisme à quatre barres plan est simulé en boucle fermée avec un contrôleur simple pour valider le contrôle d’un mécanisme ciseau commun. Ces résultats sont étendus à la dérivation des équations dynamiques d’un mécanisme sphérique à quatre barres, qui démontre le potentiel de l’actionnement par roue d’inertie pour le contrôle de la configuration et de l’orientation spatiale d’un tel mécanisme. Un prototype à deux corps ayant chacun une roue d’inertie et une seule articulation passive les reliant est réalisé et contrôlé grâce à un suivi par caméra des modules. Le banc d’essai est détaillé, ainsi que les défis que l’élimination des forces externes ont représenté dans sa conception. Les résultats montrent que le système est contrôlable en orientation et en configuration. La thèse se termine par une étude de cas pour l’application des principaux systèmes développés dans cette recherche. La collecte de débris orbitaux de petite et moyenne taille est présentée comme un problème n’ayant pas encore eu de solution adéquate et posant un réel danger aux missions spatiales à venir. L’unité déployable triangulaire entraînée par courroies est dupliquée de manière à former une coupole de plusieurs centaines de mètres de diamètre et est proposée comme solution pour capturer et ralentir ces catégories de débris. Les paramètres d’une mission à cette fin sont détaillés, ainsi que le potentiel de réorientation que les roues d’inertie permettent en plus du contrôle de son déploiement. Près de 2000 débris pourraient être retirés en moins d’un an en orbite basse à 819 km d’altitude.

Analyse et critique des programmes d'amélioration de quartier à travers leurs applications dans six villes moyennes du Québec

Dans ses champs de recherches ou d'application scientifiques, la géographie se situe au carrefour de nombreuses autres sciences. Tout au cours de son évolution, ce voisinage l'a amené à s'interroger sur le bien-fondé de ses propres assises scientifiques. Bénéficiant, d'une part, de l'apport de d'autres disciplines et donnant naissance, d'autre part, à des sciences autonomes (sociologie, géomorphologie), elle conserve son approche globale et ses applications concrètes. En respectant cette dualité, mon intérêt m'a porté à aborder à la fois la problématique liée aux programmes d'amélioration de quartier et leurs impacts sur les villes moyennes du Québec. Ces petites villes constituent un champ d'investigation encore peu explorée. Cette étude est d'autant plus pertinente que le département de géographie et le centre de recherche en aménagement régional de l'Université de Sherbrooke y ont trouvé leur vocation particulière. Le choix des villes repose sur deux (2) raisons: elles devaient faire l'objet d'un P.A.Q., posséder des caractéristiques particulières dues à son rôle et à sa localisation; six (6) centres urbaines ont été retenus sur cette base : Hull, ville administrative et pôle administratif dans la région de l'Outaouais ; St-Hyacinthe, ville satellite faisant partie des sept (7) villes de la couronne montréalaise ; Longueuil, ville banlieue en expansion accélérée ; Lachine, ville historique située sur l'Île de Montréal ; Sherbrooke, ville à caractère manufacturier et pôle régional dans l’Estrie ; Drummondville, ville à caractère manufacturier et pôle régional dans la région centre du Québec. Notre démarche est relativement simple. Afin de vérifier si les objectifs des P.A.Q. et les solutions véhiculées dans les programmes de même nature correspondent aux situations que nous aurons nous-mêmes observées, il nous faut analyser tout d'abord les caractéristiques physiques et socio-économiques des quartiers centraux, leur structure et leurs relations avec l'ensemble de leur agglomération respective. Cette description fera l'objet des premier et deuxième chapitres. Pour compléter cette analyse, nous croyons qu'il est nécessaire de composer une seule image avec l'ensemble de ces quartiers pour obtenir l'approche globale que nous désirons. Nous utiliserons l'analyse factorielle pour obtenir une définition de ces quartiers. Nous pourrons ainsi vérifier si elle est contenue dans problématique liée aux programmes de rénovation urbaine. Cette redéfinition constitue la démarche principale du troisième chapitre […].

Use of satellite observations for operational oceanography: recent achievements and future prospects

The paper gives an overview of the development of satellite oceanography over the past five years focusing on the most relevant issues for operational oceanography. Satellites provide key essential variables to constrain ocean models and/or serve downstream applications. New and improved satellite data sets have been developed and have directly improved the quality of operational products. The status of the satellite constellation for the last five years was, however, not optimal. Review of future missions shows clear progress and new research and development missions with a potentially large impact for operational oceanography should be demonstrated. Improvement of data assimilation techniques and developing synergetic use of high resolution satellite observations are important future priorities.

Above ground biomass estimation in Mediterranean multiple use systems with high spatial resolution satellite images

Forest biomass has been having an increasing importance in the world economy and in the evaluation of the forests development and monitoring. It was identified as a global strategic reserve, due to its applications in bioenergy, bioproduct development and issues related to reducing greenhouse gas emissions. The estimation of above ground biomass is frequently done with allometric functions per species with plot inventory data. An adequate sampling design and intensity for an error threshold is required. The estimation per unit area is done using an extrapolation method. This procedure is labour demanding and costly. The mail goal of this study is the development of allometric functions for the estimation of above ground biomass with ground cover as independent variable, for forest areas of holm aok (Quercus rotundifolia), cork oak (Quercus suber) and umbrella pine (Pinus pinea) in multiple use systems. Ground cover per species was derived from crown horizontal projection obtained by processing high resolution satellite images, orthorectified, geometrically and atmospheric corrected, with multi-resolution segmentation method and object oriented classification. Forest inventory data were used to estimate plot above ground biomass with published allometric functions at tree level. The developed functions were fitted for monospecies stands and for multispecies stands of Quercus rotundifolia and Quercus suber, and Quercus suber and Pinus pinea. The stand composition was considered adding dummy variables to distinguish monospecies from multispecies stands. The models showed a good performance. Noteworthy is that the dummy variables, reflecting the differences between species, originated improvements in the models. Significant differences were found for above ground biomass estimation with the functions with and without the dummy variables. An error threshold of 10% corresponds to stand areas of about 40 ha. This method enables the overall area evaluation, not requiring extrapolation procedures, for the three species, which occur frequently in multispecies stands.