Low Earth Orbit (LEO) satellite constellations have seen significant growth and functional enhancement in recent years, which integrates various capabilities like communication, navigation, and remote sensing. However, the heterogeneity of data collected by different satellites and the problems of efficient inter-satellite collaborative computation pose significant obstacles to realizing the potential of these constellations. Existing approaches struggle with data heterogeneity, varing image resolutions, and the need for efficient on-orbit model training. To address these challenges, we propose a novel decentralized PFL framework, namely, A Novel Decentra L ized Person A lized Federated Learning for Heteroge N eous LEO Satell I te Co N st E llation (ALANINE). ALANINE incorporates decentralized FL (DFL) for satellite image Super Resolution (SR), which enhances input data quality. Then it utilizes PFL to implement a personalized approach that accounts for unique characteristics of satellite data. In addition, the framework employs advanced model pruning to optimize model complexity and transmission efficiency. The framework enables efficient data acquisition and processing while improving the accuracy of PFL image processing models. Simulation results demonstrate that ALANINE exhibits superior performance in on-orbit training of SR and PFL image processing models compared to traditional centralized approaches. This novel method shows significant improvements in data acquisition efficiency, process accuracy, and model adaptability to local satellite conditions.


翻译:近年来,低地球轨道(LEO)卫星星座在规模与功能上均取得显著增长与增强,集通信、导航、遥感等多种能力于一体。然而,不同卫星采集数据的异构性以及星间高效协同计算问题,严重制约了此类星座潜力的充分发挥。现有方法在应对数据异构性、图像分辨率差异以及高效在轨模型训练需求方面面临诸多困难。为应对这些挑战,本文提出一种新型去中心化个性化联邦学习框架,即面向异构低地球轨道卫星星座的新型去中心化个性化联邦学习框架(ALANINE)。ALANINE融合去中心化联邦学习(DFL)技术以提升卫星图像超分辨率(SR)质量,从而改善输入数据品质;继而采用个性化联邦学习(PFL)方法,以兼顾卫星数据的独有特征。此外,该框架通过先进模型剪枝技术优化模型复杂度与传输效率。该框架在实现高效数据采集与处理的同时,提升了PFL图像处理模型的精度。仿真实验表明,相较于传统集中式方法,ALANINE在超分辨率与PFL图像处理模型的在轨训练中展现出更优性能。这一新方法在数据采集效率、处理精度及模型对本地卫星环境的适应性方面均取得显著提升。

0
下载
关闭预览

相关内容

ACM/IEEE第23届模型驱动工程语言和系统国际会议,是模型驱动软件和系统工程的首要会议系列,由ACM-SIGSOFT和IEEE-TCSE支持组织。自1998年以来,模型涵盖了建模的各个方面,从语言和方法到工具和应用程序。模特的参加者来自不同的背景,包括研究人员、学者、工程师和工业专业人士。MODELS 2019是一个论坛,参与者可以围绕建模和模型驱动的软件和系统交流前沿研究成果和创新实践经验。今年的版本将为建模社区提供进一步推进建模基础的机会,并在网络物理系统、嵌入式系统、社会技术系统、云计算、大数据、机器学习、安全、开源等新兴领域提出建模的创新应用以及可持续性。 官网链接:http://www.modelsconference.org/
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
82+阅读 · 2020年7月26日
FlowQA: Grasping Flow in History for Conversational Machine Comprehension
专知会员服务
34+阅读 · 2019年10月18日
Stabilizing Transformers for Reinforcement Learning
专知会员服务
60+阅读 · 2019年10月17日
《DeepGCNs: Making GCNs Go as Deep as CNNs》
专知会员服务
32+阅读 · 2019年10月17日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
164+阅读 · 2019年10月12日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
41+阅读 · 2019年10月9日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Arxiv
17+阅读 · 2023年12月4日
Arxiv
17+阅读 · 2023年9月26日
Deep Learning in Video Multi-Object Tracking: A Survey
Arxiv
58+阅读 · 2019年7月31日
Arxiv
16+阅读 · 2019年4月4日
VIP会员
相关资讯
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
meta learning 17年:MAML SNAIL
CreateAMind
11+阅读 · 2019年1月2日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
STRCF for Visual Object Tracking
统计学习与视觉计算组
15+阅读 · 2018年5月29日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
IJCAI | Cascade Dynamics Modeling with Attention-based RNN
KingsGarden
13+阅读 · 2017年7月16日
From Softmax to Sparsemax-ICML16(1)
KingsGarden
74+阅读 · 2016年11月26日
相关基金
国家自然科学基金
13+阅读 · 2017年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
46+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
2+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员