对地光学遥感卫星的数据传输系统及其数据传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种对地光学遥感卫星的数据传输系统及其数据传输方法，该系统包括图像预处理单元、综合处理单元、功率放大单元、对地数传天线、指向驱动单元以及综合控制单元，图像预处理单元与综合处理单元连接，综合处理单元与功率放大单元连接，功率放大单元与对地数传天线连接，对地数传天线与指向驱动单元连接，图像预处理单元、综合处理单元、功率放大单元、对地数传天线、指向驱动单元都与综合控制单元连接。本发明既能满足对地光学遥感卫星高速海量数据存储及传输要求，又便于地面系统操控，不容易出错。
【专利说明】对地光学遥感卫星的数据传输系统及其数据传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种数据传输系统及其数据传输方法，特别是涉及一种对地光学遥感卫星的数据传输系统及其数据传输方法。
【背景技术】
[0002]对地光学遥感卫星广泛用于灾害预报、环境监测、资源普查、城市规划、科学试验等诸多领域，为人类带来了可观的经济和社会效益。卫星数据传输系统提供卫星载荷获取数据的对地传输通道，是卫星有效载荷的重要组成部分。
[0003]随着光学遥感载荷能力的增强，对地观测卫星数据传输系统面临的数据传输压力越来越大。以对地光学遥感卫星为例，光学载荷分辨率不断提高、谱段不断增多，数据获取速率从IGbps增加到lOGbps，远远超过了现有对地数据传输系统的直接传输能力。
[0004]目前，对卫星数据传输分系统的控制多采用地面生成控制指令序列上注到卫星计算机中，计算机按指令时间序列依次发送，对地面系统而言，这种使用方式不仅繁琐而且易出错。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种对地光学遥感卫星的数据传输系统及其数据传输方法，其既能满足对地光学遥感卫星高速海量数据存储及传输要求，又便于地面系统操控，稳定可靠，不容易出错。
[0006]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种对地光学遥感卫星的数据传输系统，其特征在于，其包括图像预处理单元、综合处理单元、功率放大单元、对地数传天线、指向驱动单元以及综合控制单元，图像预处理单元与综合处理单元连接，综合处理单元与功率放大单元连接，功率放大单元与对地数传天线连接，对地数传天线与指向驱动单元连接，图像预处理单元、综合处理单元、功率放大单元、对地数传天线、指向驱动单元都与综合控制单元连接。
[0007]优选地，所述图像预处理单元包括相互连接的星载图像数据压缩模块和星载图像目标处理模块，星载图像数据压缩模块实现相机多光谱图像数据的压缩，星载图像目标处理模块完成图像中特定目标的检索与定位解算。
[0008]优选地，，所述综合处理单元包括帧格式化模块、配电测控模块、编码调制模块、存取控制模块、Flash存储列阵、数据加密模块，帧格式化模块、配电测控模块、编码调制模块、存取控制模块、Flash存储列阵、数据加密模块都与同一根总线连接，帧格式化模块完成图像数据的AOS格式化，配电测控模块完成综合处理单元配电、遥控指令解析功能，存取控制模块与Flash阵列实现数传数据的存取，数据加密模块完成数传帧格式中特定数据的加密操作，编码调制模块完成数传帧格式数据信道编码、加扰、射频调制的功能。
[0009]优选地，所述功率放大单元包括依次连接的功率放大模块、隔离滤波模块、电源模块，功率放大模块采用行波管放大器实现射频信号的功率放大，隔离滤波模块完成待发射信号的滤波处理，电源模块完成行波管放大器的供配电功能。
[0010]优选地，所述指向驱动单元包括相互连接的驱动机构和锁定装置，驱动机构采用步进电机控制数传天线完成在二维方向的转动，锁定装置完成卫星发射过程中天线的锁定以及入轨后的解锁。
[0011]优选地，所述综合控制单元包括依次连接的遥测采集模块、综合接口模块、任务管控模块、天线指向控制模块，遥测采集模块完成数传分系统所有设备的模拟遥测采集并转换成数字量后发送至综合接口模块，综合接口模块提供数传分系统与整星遥测、遥控、轨道、姿态信息的交互接口，任务管控模块根据用户的指令控制数传分系统设备的开关机以及工作参数的配置，天线指向模块根据卫星平台提供的轨道、姿态数据以及所选地面站的经纬度计算数传天线的指向并发送驱动脉冲至指向驱动单元执行。
[0012]本发明还提供一种对地光学遥感卫星的数据传输系统的数据传输方法，其特征在于，所述数据传输方法包括以下步骤:
[0013]步骤一:地面系统根据用户需求确定遥感目标及地面接收站位置，通过仿真确定是否需要对星上系统的工作参数进行调整，上注包含目标点位置、数据接收站代号以及工作参数的数据包，卫星综合控制单元收到该数据包后在任务列表中生成一个新任务；
[0014]步骤二:星上系统检索任务列表，根据星上时间执行到期的任务，调取上注数据包中的参数开启相应单机并建立工作状态，若对地面站可见，则进行天线指向计算并实施指向控制，若不可见则进行数据存储；
[0015]步骤三:卫星进入地面站可视范围后，地面系统控制接收天线指向卫星，开始接收数据，直至数据接收完毕。
[0016]本发明的积极进步效果在于:本发明既能满足对地光学遥感卫星高速海量数据存储及传输要求，又便于地面系统操控，不容易出错，提高地面系统应用便利性的同时达到了1Gbps以上的原始数据传输能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本发明对地光学遥感卫星的数据传输系统的结构示意图。
[0018]图2为本发明对应的地面系统时的工作流程图。
[0019]图3为本发明对应的星上系统时的工作流程图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
[0021]如图1所示，本发明对地光学遥感卫星的数据传输系统包括图像预处理单元、综合处理单元、功率放大单元、对地数传天线、指向驱动单元以及综合控制单元，图像预处理单元与综合处理单元连接，综合处理单元与功率放大单元连接，功率放大单元与对地数传天线连接，对地数传天线与指向驱动单元连接，图像预处理单元、综合处理单元、功率放大单元、对地数传天线、指向驱动单元都与综合控制单元连接。
[0022]图像预处理单元包括相互连接的星载图像数据压缩模块和星载图像目标处理模块，星载图像数据压缩模块采用基于JPEG2000静止图像压缩标准的高比率、高保真图像数据压缩技术实现相机多光谱图像数据的压缩，星载图像目标处理模块完成图像中特定目标的检索与定位解算。星载图像数据压缩模块采用的数据压缩比为9:1，星载图像目标处理模块采用的数据压缩比为80:1，这样可大大降低原始数据率。
[0023]综合处理单元包括帧格式化模块、配电测控模块、编码调制模块、存取控制模块、Flash(闪存)存储列阵、数据加密模块，帧格式化模块、配电测控模块、编码调制模块、存取控制模块、Flash存储列阵、数据加密模块都与同一根总线连接，帧格式化模块完成图像数据的AOS格式化，配电测控模块完成综合处理单元配电、遥控指令解析功能，存取控制模块与Flash阵列实现数传数据的存取，数据加密模块完成数传帧格式中特定数据的加密操作，编码调制模块完成数传帧格式数据信道编码、加扰、射频调制等功能。综合处理单元采用256位并行内部总线进行内部数据交换，实现固存吞吐量达20Gbps以上，同时采用8PSK数字调制方式来提高频带利用率。
[0024]功率放大单元包括依次连接的功率放大模块、隔离滤波模块、电源模块，功率放大模块采用行波管放大器实现射频信号的功率放大，隔离滤波模块完成待发射信号的滤波处理，电源模块完成行波管放大器的供配电功能。功率放大单元采用行波管功放和抛物面天线，相对传统方案中使用的“固放和赋形天线”方式大幅提高了卫星数传的EIRP(EffectiveIsotropic Radiated Power,有效全向福射功率)，提高了星地链路的数据传输能力。
[0025]指向驱动单元包括相互连接的驱动机构和锁定装置，驱动机构采用步进电机控制数传天线完成在二维方向的转动，锁定装置完成卫星发射过程中天线的锁定以及入轨后的解锁。
[0026]综合控制单元包括依次连接的遥测采集模块、综合接口模块、任务管控模块、天线指向控制模块，遥测采集模块完成数传分系统所有设备的模拟遥测采集并转换成数字量后发送至综合接口模块，综合接口模块提供数传分系统与整星遥测、遥控、轨道、姿态等信息的交互接口，任务管控模块根据用户的指令控制数传分系统设备的开关机以及工作参数的配置，天线指向模块根据卫星平台提供的轨道、姿态数据以及所选地面站的经纬度计算数传天线的指向并发送驱动脉冲至指向驱动单元执行。为便于地面系统的操控，相比于先有方案，本发明所采取的措施包括:综合控制单元中集成了任务管控模块，该任务管控模块可根据用户任务需要自主配置数传分系统设备的工作参数、开关机过程，无需地面系统生成复杂的指令序列；综合控制单元中集成了天线指向控制模块，该天线指向控制模块可根据用户任务自主计算天线指向，在数据传输过程中保持天线指向用户选取的地面站，无需地面系统干预。
[0027]为达到1Gbps以上的数据传输能力，相比于现有方案本发明所采取的措施包括:图像预处理单元所采用的图像压缩技术和图像目标处理技术对卫星光学载荷数据的压缩比分别可达9:1和80:1，可大大降低原始数据率；综合处理单元采用256位并行内部总线进行内部数据交换，实现固存吞吐量达20Gbps以上，同时采用8PSK数字调制方式来提高频带利用率。
[0028]为便于地面系统的操控，相比于先有方案本发明所采取的措施包括:综合控制单元中集成了任务管控模块，该模块可根据用户任务需要自主配置数传分系统设备的工作参数、开关机过程，无需地面系统生成复杂的指令序列；综合控制单元中集成了天线指向控制模块，该模块可根据用户任务自主计算天线指向，在数据传输过程中保持天线指向用户选取的地面站，无需地面系统干预。
[0029]如图2所示，本发明对应的地面系统时的工作流程如下:地面系统根据用户需要确定遥感目标或目标区域及地面数据接收站的位置；仿真分析卫星过目标点的时间、侧摆角，并据此确定载荷及数传使用默认参数还是需要更改参数；如果要更改参数，则上注新的工作参数；如果不要更改参数，则上注遥感目标位置及数据接收站代号或位置；计算目标点与地面接收站是否同时对卫星可见，据此确定使用实时传输或记录回放工作方式；地面系统按照星地协议生成包含目标点位置、数据接收站代号(或位置)以及工作参数的数据包，并上注至卫星，卫星综合控制单元收到该数据包后在任务列表中生成一个新任务；卫星进入地面数据接收站可视范围后开始接收卫星实传或者回放的遥感数据，直至数据接收完毕。
[0030]如图3所示，本发明对应的星上系统时的工作流程如下:在星上自主任务规划允许状态下检索任务列表，是否有新任务，如果有新任务则进行下一步，如果没有新任务则返回，删除已过期的任务数据包，执行到达开始时刻的任务；任务开始后，调取任务数据包中的参数数据，根据工作参数开启相应单机并建立工作状态，是否使用默认参数，如果使用默认参数则进行下一步；如果不使用默认参数，则更新工作参数；卫星在地面接收站可视范围内，综合控制单元根据目标位置、轨道信息、卫星姿态信息、数传工作状态等信息计算并控制天线指向地面接收站；向地面数据接收站发送数据，任务结束给出标志；本次任务完成后，删除本次任务的任务数据包。
[0031]对地光学遥感卫星的数据传输系统的数据传输方法包括以下步骤:
[0032]步骤一:地面系统根据用户需求确定遥感目标及地面接收站位置，通过仿真确定是否需要对星上系统的工作参数进行调整，上注包含目标点位置、数据接收站代号(或位置)以及工作参数的数据包，卫星综合控制单元收到该数据包后在任务列表中生成一个新任务；
[0033]步骤二:星上系统检索任务列表，根据星上时间执行到期的任务，调取上注数据包中的参数开启相应单机并建立工作状态，若对地面站可见，则进行天线指向计算并实施指向控制，若不可见则进行数据存储；
[0034]步骤三:卫星进入地面站可视范围后，地面系统控制接收天线指向卫星，开始接收数据，直至数据接收完毕。
[0035]本发明采用集成化设计，图像预处理单元集成了星载图像数据压缩模块和星载图像目标处理模块，综合处理单元集成了配电测控模块和编码调制模块等，综合控制单元集成了遥测采集模块、综合接口模块等，本发明既能满足对地光学遥感卫星高速海量数据存储及传输要求，又便于地面系统操控，不容易出错，提高地面系统应用便利性的同时达到了1Gbps以上的原始数据传输能力。
[0036]以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种对地光学遥感卫星的数据传输系统，其特征在于，其包括图像预处理单元、综合处理单元、功率放大单元、对地数传天线、指向驱动单元以及综合控制单元，图像预处理单元与综合处理单元连接，综合处理单元与功率放大单元连接，功率放大单元与对地数传天线连接，对地数传天线与指向驱动单元连接，图像预处理单元、综合处理单元、功率放大单元、对地数传天线、指向驱动单元都与综合控制单元连接。
2.如权利要求1所述的对地光学遥感卫星的数据传输系统，其特征在于，所述图像预处理单元包括相互连接的星载图像数据压缩模块和星载图像目标处理模块，星载图像数据压缩模块实现相机多光谱图像数据的压缩，星载图像目标处理模块完成图像中特定目标的检索与定位解算。
3.如权利要求1所述的对地光学遥感卫星的数据传输系统，其特征在于，所述综合处理单元包括帧格式化模块、配电测控模块、编码调制模块、存取控制模块、Flash存储列阵、数据加密模块，帧格式化模块、配电测控模块、编码调制模块、存取控制模块、Flash存储列阵、数据加密模块都与同一根总线连接，帧格式化模块完成图像数据的AOS格式化，配电测控模块完成综合处理单元配电、遥控指令解析功能，存取控制模块与Flash阵列实现数传数据的存取，数据加密模块完成数传帧格式中特定数据的加密操作，编码调制模块完成数传帧格式数据信道编码、加扰、射频调制的功能。
4.如权利要求1所述的对地光学遥感卫星的数据传输系统，其特征在于，所述功率放大单元包括依次连接的功率放大模块、隔离滤波模块、电源模块，功率放大模块采用行波管放大器实现射频信号的功率放大，隔离滤波模块完成待发射信号的滤波处理，电源模块完成行波管放大器的供配电功能。
5.如权利要求1所述的对地光学遥感卫星的数据传输系统，其特征在于，所述指向驱动单元包括相互连接的驱动机构和锁定装置，驱动机构采用步进电机控制数传天线完成在二维方向的转动，锁定装置完成卫星发射过程中天线的锁定以及入轨后的解锁。
6.如权利要求1所述的对地光学遥感卫星的数据传输系统，其特征在于，所述综合控制单元包括依次连接的遥测采集模块、综合接口模块、任务管控模块、天线指向控制模块，遥测采集模块完成数传分系统所有设备的模拟遥测采集并转换成数字量后发送至综合接口模块，综合接口模块提供数传分系统与整星遥测、遥控、轨道、姿态信息的交互接口，任务管控模块根据用户的指令控制数传分系统设备的开关机以及工作参数的配置，天线指向模块根据卫星平台提供的轨道、姿态数据以及所选地面站的经纬度计算数传天线的指向并发送驱动脉冲至指向驱动单元执行。
7.—种对地光学遥感卫星的数据传输系统的数据传输方法，其特征在于，所述数据传输方法包括以下步骤: 步骤一:地面系统根据用户需求确定遥感目标及地面接收站位置，通过仿真确定是否需要对星上系统的工作参数进行调整，上注包含目标点位置、数据接收站代号以及工作参数的数据包，卫星综合控制单元收到该数据包后在任务列表中生成一个新任务； 步骤二:星上系统检索任务列表，根据星上时间执行到期的任务，调取上注数据包中的参数开启相应单机并建立工作状态，若对地面站可见，则进行天线指向计算并实施指向控制，若不可见则进行数据存储； 步骤三:卫星进入地面站可视范围后，地面系统控制接收天线指向卫星，开始接收数据，直至数据接收完毕。
【文档编号】G01S7/483GK104283604SQ201410472502
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月16日 优先权日:2014年9月16日
【发明者】顾桂华, 李博, 杨炳柯, 沈小龙 申请人:上海卫星工程研究所