CN103018726B - 一种遥感卫星信号的处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种遥感卫星信号的处理方法和设备，该方法包括：从卫星信号中生成原始数据；在原始数据中逐位或逐帧地用帧同步字的各种模式依次搜索该帧同步字，如果没有搜索到帧同步字，则继续逐位搜索帧同步字，如果搜索到帧同步字，则后续逐帧搜索帧同步字；对与搜索到的帧同步字对应的数据帧进行处理，如果搜索到正常模式帧同步字，则直接输出与其对应的数据帧；如果搜索到异常模式帧同步字，则对与其对应的数据帧进行校正，并输出校正后的数据帧；以及对输出的各数据帧进行误码分析处理，以提取图像数据。该方法能发现异常的帧同步字并对异常数据帧进行校正，还能从帧同步字的异常中排查错误，以保证卫星信号的成功接收。

Description

一种遥感卫星信号的处理方法及设备

技术领域

本发明涉及遥感卫星信号接收领域，具体说，涉及一种遥感卫星信号的处理方法和设备。

背景技术

遥感卫星数据是航天对地观测所能获得的信息的源头，其接收在整个对地观测应用链中占据非常重要的位置。遥感卫星数据接收质量的好坏直接决定了这些数据的后续应用能否正常进行。如果接收到的卫星下传信号有误，则会导致卫星数据发生错乱，轻则影响遥感数据的质量，重则使遥感数据无法应用。由于遥感卫星的探测具有时效性，有些卫星的探测甚至会因地面现场的消失而具有不可重复性，因此，要求对遥感数据的接收质量给以保证，尽量及时发现并校正有误的数据，以保证数据的成功接收，使得后续的数据处理和信息提取工作可以正常进行。

图1示出了一种现有的遥感卫星原始数据生成装置。如图1所示，该遥感卫星原始数据生成装置100包括天线10、解调器20以及数据采集装置30，其中，解调器20的输出端包括I、Q两路数据差分输出端口和I、Q两路时钟差分输出端口，数据采集装置30的输入端也包括I、Q两路数据差分输入端口和I、Q两路时钟差分输入端口，并且，解调器20的I、Q两路数据差分输出端口与数据采集装置30的I、Q两路数据差分输入端口电连接，解调器20的I、Q两路时钟差分输出端口与数据采集装置30的I、Q两路时钟差分输入端口电连接。遥感卫星下传的信号经天线10接收后，进入解调器20中进行解调。解调后的信号经解调器20的I、Q两路数据差分输出端口和I、Q两路时钟差分输出端口输出，并经数据采集装置30上的I、Q两路数据差分输入端口和I、Q两路时钟差分输入端口进入数据采集装置30，进入数据采集装置30中的信号转化为比特流数据，并从数据采集装置30的输出端输出。数据采集装置30输出的二进制比特流数据构成了遥感卫星原始数据。

遥感卫星原始数据具有特定的帧结构。图2示出了遥感卫星原始数据的一般的帧结构。如图2所示，遥感卫星原始数据的一般的帧结构200包括帧同步字201、辅助数据202、图像数据203和校验纠错码204。其中，帧同步字201标志着一副帧的开始，辅助数据202通常包括与图像行号、数据获取时间以及卫星姿态等有关的信息，图像数据203是遥感卫星数据的核心，包含了遥感卫星所探测到的地表图像的信息，校验纠错码204用于检验和校正卫星数据在传输过程中可能出现的误码。

在对由比特流构成的遥感卫星原始数据进行处理时，首先要对帧同步字进行搜索定位，以确定每副数据帧的开始，从而正确地从每副帧中卸载图像数据。对于由图1所示的遥感卫星原始数据生成装置100所生成的比特流来说，通常的做法是，用帧同步字的正常模式（记为I+Q+）逐帧地与遥感卫星原始数据进行比较，以发现并标定遥感卫星原始数据中的正常的帧同步字，从而输出与正常的帧同步字对应的正常的图像数据。同时，正常帧同步字所对应的数据帧之外的数据则被视为是异常的数据而加以抛弃。在确定了正常的数据帧之后，还可以通过每个帧中的校验纠错码对该帧中的个别误码进行校验和纠错。

上述现有的遥感卫星原始数据的处理方法的不足之处在于，对异常数据帧的放弃会使一些遥感卫星数据丧失，严重时可能会导致遥感卫星数据接收失败，而这种失败所造成的损失有时是难以弥补的。另外，对异常数据帧的放弃无助于判断出错的根源，从而不能及时对出错的根源进行排查，这就会错失及时挽救的机会。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种遥感卫星原始数据的处理方法和设备，以便能够发现异常的帧同步字，并对包含异常帧同步字的数据帧进行校正，从而挽救原本要被放弃的异常数据，另外，还能够从帧同步字的异常中排查出错的根源并进行实时修正，从而最大限度地保证遥感卫星信号的成功接收。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种遥感卫星信号的处理方法，该方法包括：以预定的遥感卫星原始数据生成装置从遥感卫星信号中生成遥感卫星原始数据，其中，所述遥感卫星原始数据生成装置包括天线、解调器和数据采集装置，所述遥感卫星信号经所述天线接收后进入所述解调器解调，解调后的信号经该解调器的I、Q两路数据差分输出端口和I、Q两路时钟差分输出端口输出到所述数据采集装置中，以转化为比特流形式的遥感卫星原始数据输出；在所述原始数据中，逐位或逐帧地用所述原始数据的帧同步字的各种模式依次搜索该帧同步字，其中，如果在所述原始数据的某个数据位处没有搜索到帧同步字，则继续逐位地搜索帧同步字，如果在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字，则后续逐帧地搜索帧同步字；对与所述搜索到的帧同步字对应的数据帧进行处理，其中，如果在原始数据中的某个数据位处搜索到具有正常模式的帧同步字，则直接输出与该帧同步字对应的数据帧；如果在原始数据中的某个数据位处搜索到具有异常模式的帧同步字，则根据特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，并输出校正后的数据帧；以及对上述输出的每个数据帧进行误码分析处理，以从该数据帧中提取出辅助数据和图像数据。

所述帧同步字的各种模式可以包括1种正常模式I+Q+和7种异常模式，该7种异常模式分别为I＋Q-、I-Q+、I-Q-、Q+I+、Q＋I-、Q-I+、Q-I-。

另外，在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字的充要条件可以为，从该数据位开始且与帧同步字等长的数据位串与帧同步字的一种模式相同，并且，从该数据位之后与该数据位相隔一个和/或多个帧长的数据位开始且与帧同步字等长的数据位串与帧同步字的一种模式相同。

优选地，上述根据特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正的操作可以包括：对于帧同步字具有I+Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有I-Q+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有I-Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中的所有数据位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有Q+I+异常模式的数据帧，将该数据帧中每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；对于帧同步字具有Q+I-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；对于帧同步字具有Q-I+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；以及对于帧同步字具有Q-I-异常模式的数据帧，对该数据帧中所有数据位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换，其中，上述每个数据帧的帧头记为第0个数据位，该帧头之后的数据位依次用自然数序列排序。

在遥感卫星原始数据中搜索到帧同步字的异常模式时，优选地，可以检查所述解调器的数据输出模式的设置和所述数据采集装置的数据记录极性的设置，其中，如果所述数据采集装置的数据记录极性设置为正，则搜索到帧同步字的异常模式I＋Q-、或I-Q+、或I-Q-、或Q+I+、或Q＋I-、或Q-I+或Q-I-表明，所述解调器的数据输出模式对应地分别被设置成了

或

或

或Q+I、或

或

或此时，将所述解调器的数据输出模式调整为I+Q；如果所述数据采集装置的数据记录极性设置为负，则搜索到帧同步字的异常模式I＋Q-、或I-Q+、或I-Q-、或Q+I+、或Q＋I-、或Q-I+或Q-I-表明，所述解调器的数据输出模式对应地分别被设置成了

或

或I+Q、或

或

或

或Q+I，此时，将所述解调器的数据输出模式调整为

另外，如果在遥感卫星原始数据的两个相邻的完整数据帧之间存在一个或多个数据位，则在所述遥感卫星原始数据中发现帧同步字失步，此时，优选地，可以检查天线跟踪情况。

优选地，在上述输出数据帧时，还可以生成对应的帧同步报告，其中，该帧同步报告可以包括该数据帧的帧同步字在所述遥感卫星原始数据中的位置、序号及帧同步字模式。

此外，在从每个数据帧中提取出辅助数据和图像数据后，优选地，可以将所述辅助数据和图像数据转化为图像并进行滚动显示。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种遥感卫星信号的处理设备，该设备包括：遥感卫星原始数据生成装置，用来从所述遥感卫星信号中生成遥感卫星原始数据，其中，所述遥感卫星原始数据生成装置包括天线、解调器和数据采集装置，所述遥感卫星信号经所述天线接收后进入所述解调器解调，解调后的信号经该解调器的I、Q两路数据差分输出端口和I、Q两路时钟差分输出端口输出到所述数据采集装置中，以转化为比特流形式的遥感卫星原始数据输出；帧同步字搜索装置，用来在所述原始数据中，逐位或逐帧地用所述原始数据的帧同步字的各种模式依次搜索该帧同步字，其中，如果在所述原始数据的某个数据位处没有搜索到帧同步字，则继续逐位地搜索帧同步字，如果在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字，则后续逐帧地搜索帧同步字；数据帧输出装置，用来对与所述搜索到的帧同步字对应的数据帧进行处理，其中，如果所述帧同步字搜索装置在原始数据中的某个数据位处搜索到具有正常模式的帧同步字，则所述数据帧输出装置直接输出与该帧同步字对应的数据帧；如果所述帧同步字搜索装置在原始数据中的某个数据位处搜索到具有异常模式的帧同步字，则所述数据帧输出装置根据特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，并输出校正后的数据帧；以及数据帧信息提取装置，用来对上述输出的每个数据帧进行误码分析处理，以从该数据帧中提取出辅助数据和图像数据。

所述帧同步字的各种模式包括1种正常模式I+Q+以及7种异常模式，该7种异常模式分别为I＋Q-、I-Q+、I-Q-、Q+I+、Q＋I-、Q-I+、Q-I-。

优选地，所述数据帧输出装置可以包括数据帧校正单元，该数据帧校正单元根据帧同步字特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，其中，对于帧同步字具有I+Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有I-Q+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有I-Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中的所有数据位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有Q+I+异常模式的数据帧，将该数据帧中每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；对于帧同步字具有Q+I-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；对于帧同步字具有Q-I+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；以及对于帧同步字具有Q-I-异常模式的数据帧，对该数据帧中所有数据位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换，其中，上述每个数据帧的帧头记为第0个数据位，该帧头之后的数据位依次用自然数序列排序。

另外，优选地，所述数据帧输出装置可以包括帧同步报告生成单元，该帧同步报告生成单元生成数据帧的帧同步报告，其中，该帧同步报告包括该数据帧的帧同步字在所述遥感卫星原始数据中的位置、序号及帧同步字模式。

优选地，上述遥感卫星信号的处理装置还可以包括图像显示装置，该图像显示单元将从每个数据帧中提取出的辅助数据和图像数据转化为图像并进行滚动显示。

根据本发明的描述和实践可知，本发明所提供的遥感卫星信号的处理方法和设备能够在遥感卫星原始数据中发现异常的帧同步字，并对包含异常帧同步字的数据帧进行校正，从而挽救原本要被放弃的异常数据，另外，还能够从帧同步字的异常中排查接收系统的故障并进行实时修正，从而最大限度地保证遥感卫星信号的成功接收。另外，本发明能直观地显示卫星图像，以利于对图像质量进行直观分析，还能提供数据帧的帧同步报告，以用于事中或事后的数据分析和故障排查，这些都为分析人员确定故障点提供了分析的凭据。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1是示意图，示出了一种现有的遥感卫星原始数据生成装置；

图2是示意图，示出了遥感卫星原始数据的一般的帧结构；

图3是流程图，示出了本发明的一个实施例所述的帧同步字的搜索和处理过程；

图4是流程图，示出了在图3所示的帧同步字的搜索和处理过程中对数据位串为残缺数据帧的帧同步字或为非帧同步字但与帧同步字恰巧相同这种情形进行识别的一个示例过程；

图5是流程图，示出了在图3所示的帧同步字的搜索和处理过程中对数据位串为残缺数据帧的帧同步字或为非帧同步字但与帧同步字恰巧相同这种情形进行识别的另一个示例过程；

图6是示意图，示出了遥感卫星原始数据中出现的帧同步字失步和帧同步字异常的现象；

图7是方框图，示出了本发明的一个实施例所述的遥感卫星信号的处理设备。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

本发明所述的遥感卫星信号的处理方法包括以下步骤：1）以预定的遥感卫星原始数据生成装置从遥感卫星信号中生成遥感卫星原始数据，其中，遥感卫星原始数据生成装置如图1所示，它包括天线10、解调器20和数据采集装置30，遥感卫星信号经天线10接收后进入解调器20解调，解调后的信号经解调器20的I、Q两路数据差分输出端口和I、Q两路时钟差分输出端口输出到数据采集装置30中，以转化为比特流形式的遥感卫星原始数据输出；2）在所述原始数据中，逐位或逐帧地用所述原始数据的帧同步字的各种模式依次搜索该帧同步字，其中，如果在所述原始数据的某个数据位处没有搜索到帧同步字，则继续逐位地搜索帧同步字，如果在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字，则后续逐帧地搜索帧同步字；3）对与所述搜索到的帧同步字对应的数据帧进行处理，其中，如果在原始数据中的某个数据位处搜索到具有正常模式的帧同步字，则直接输出与该帧同步字对应的数据帧；如果在原始数据中的某个数据位处搜索到具有异常模式的帧同步字，则根据特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，并输出校正后的数据帧；以及4）对上述输出的每个数据帧进行误码分析处理，以从该数据帧中提取出辅助数据和图像数据。

下面将参照附图来详细描述上述步骤2）和步骤3）的实施例。图3是流程图，示出了本发明的一个实施例所述的帧同步字的搜索和处理过程。如图3所示，首先，在步骤S310中，通过图1所示的遥感卫星原始数据生成装置100获得遥感卫星原始数据。然后，对该遥感卫星原始数据进行全模式帧同步字搜索。

具体说，对于通过图1所示的遥感卫星原始数据生成装置100获得遥感卫星原始数据，帧同步字的可能模式有8种，其中包括1种正常模式I+Q+和7种异常模式，这7种异常模式分别为I＋Q-、I-Q+、I-Q-、Q+I+、Q＋I-、Q-I+和Q-I-。如果一个数据帧的帧同步字为正常模式，则表明该数据帧为正常数据，可以直接输出该数据帧并进行后续的处理。如果一个数据帧的帧同步字为异常模式，则表明该数据帧为异常数据，在接收该数据帧的过程中，接收系统出现了异常。

例如，假设在通过图1所示的遥感卫星原始数据生成装置所获得的遥感卫星原始数据中，数据帧的帧长为L比特，数据帧的帧同步字的16进制表示为0x1ACFFC1D（即二进制表示为0001 1010 1100 1111 1111 1100 0001 1101），那么，该帧同步字的8种模式就如表1所示。

表1：帧同步字0x1ACFFC1D的8种模式

帧同步字模式	16进制表示	2进制表示
			正常模式I+Q+	0x1ACFFC1D	0001 1010 1100 1111 1111 1100 0001 1101
异常模式I＋Q-	0x4F9AA948	0100 1111 1001 1010 1010 1001 0100 1000
			异常模式I-Q+	0xB06556B7	1011 0000 0110 0101 0101 0110 1011 0111
异常模式I-Q-	0xE530 03E2	1110 0101 0011 0000 0000 0011 1110 0010
			异常模式Q+I+	0x25 CFFC2E	0010 0101 1100 1111 1111 1100 0010 1110
异常模式Q＋I-	0x709AA97B	0111 0000 1001 1010 1010 1001 0111 1011
			异常模式Q-I+	0x8F655684	1000 1111 0110 0101 0101 0110 1000 0100
异常模式Q-I-	0xDA3003D1	1101 1010 0011 0000 0000 0011 1101 0001

设从遥感卫星原始数据中的第M位（例如，首位，即第0个数据位）开始进行帧同步字搜索。具体说，在步骤S311中，设置指针P，使其指向原始数据中的第M位。然后，在步骤S320中，依次用帧同步字的8种模式（包括1种正常模式和7种异常模式）与原始数据中的从指针P所指的数据位开始且与帧同步字等长的数据位串进行比较。

然后，在步骤S330中，判断上述数据位串是否与帧同步字的某种模式相同。如果在步骤S330中判断为，从第M位开始且与帧同步字等长的所述数据位串与帧同步字的8种模式均不相同，则表明原始数据中的第M位并非某个数据帧的帧头（即帧同步字的第0个数据位）或者以原始数据中的第M位开始的某个数据帧出现了不可校正的错码。在这种情况下，前进到步骤S340，使指针P指向原始数据中的下一位，以继续从原始数据中的下一位开始进行帧同步字搜索。如果在步骤S330中判断为，从第M位开始且与帧同步字等长的所述数据位串与上述帧同步字的8种模式中的一种模式相同，则表明该数据位串可能为帧同步字，但也可能是原始数据中的残缺数据帧的帧同步字，或可能是其它数据（如辅助数据、图像数据等），只是恰巧与帧同步字相同而已。因此，需要在步骤S350中对上述数据位串为非帧同步字数据但恰巧与帧同步字相同的情形进行识别。

如果在步骤S350中判断为，上述数据位串为恰巧与帧同步字相同的非帧同步字数据，则前进到步骤S340，使指针P指向原始数据中的下一位，以继续从原始数据中的下一位开始进行帧同步字搜索。如果在步骤S350中判断为，上述数据位串为帧同步字，则表明搜索到了帧同步字，于是就前进到步骤S360，对具有该帧同步字的数据帧进行后续的处理（后面将进行描述）。

上述对数据位串为残缺数据帧的帧同步字或为非帧同步字数据但恰巧与帧同步字相同的情形进行识别的方法有多种。图4是流程图，示出了在步骤S350中对数据位串为残缺数据帧的帧同步字或为非帧同步字但与帧同步字恰巧相同这种情形进行识别的一个示例过程。如图4所示，当在步骤S330中判断为从第M位开始且与帧同步字等长的所述数据位串与上述帧同步字的8种模式中的一种模式相同时，可以在步骤S351中将指针P此时的值（例如M）赋予指针Q，并使指针P指向原始数据的第（M+帧长）位。

接着，在步骤S352中，依次用帧同步字的8种模式与原始数据中的从第（M+帧长）位开始且与帧同步字等长的数据位串进行比较，并在步骤S353中，判断从第（M+帧长）位开始并与帧同步字等长的数据位串是否与帧同步字的某种模式相同。

如果在步骤S353中判断为不相同，那么可以确定，从第M位开始且与帧同步字等长的数据位串是残缺数据帧的帧同步字或者不是帧同步字但碰巧与帧同步字相同。于是前进到步骤S354，将指针Q中存储的指针P的原值（M）赋予指针P，并返回步骤S340，以便从原始数据中的下一位开始继续搜索帧同步字。如果在步骤S353中判断为相同，那表明从第M位开始且与帧同步字等长的数据位串以很大的概率就是帧同步字，可以将其视为帧同步字，然后在步骤S355中将指针Q中存储的指针P的原值（M）赋予指针P，并前进到步骤S360，对具有该帧同步字的数据帧进行后续的处理。

图5是流程图，示出了在步骤S350中对数据位串为残缺数据帧的帧同步字或为非帧同步字但与帧同步字恰巧相同这种情形进行识别的另一个示例过程。图5所示的过程与图4所示的过程类似，但在图5所示的过程中，当从第M位开始并与帧同步字等长的数据位串与帧同步字的某种模式相同时，查验从第（M+帧长）位开始以及从第（M+2×帧长）位开始的与帧同步字等长的数据位串是否也与帧同步字的某种模式相同。只有当这两个数据位串都判断为与帧同步字的某种模式相同时，才认为从第M位开始的与帧同步字等长的数据位串是帧同步字。显然，图5所示的过程比图4所示的过程在帧同步字的识别上更准确。本领域中的技术人员还可以想到，通过查验更多的位可以进一步提高帧同步字识别的准确性。换言之，在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字的充要条件可以为，从该数据位开始且与帧同步字等长的数据位串与帧同步字的一种模式相同，并且，从该数据位之后与该数据位相隔一个和/或多个帧长的数据位开始且与帧同步字等长的数据位串与帧同步字的一种模式相同。

再参看图3，当在步骤S350中搜索到了帧同步字时，前进到步骤S360，进一步判断该数据位串是否为帧同步字的正常模式。如果在步骤S360中判断为该数据位串是帧同步字的正常模式，则在步骤S370中，将该帧数据的帧同步字在遥感卫星原始数据中的位置、序号及模式记录在帧同步报告中，并将与该数据位串对应的数据帧直接输出。如果在步骤S360中判断为该数据位串是帧同步字的某一异常模式，则在步骤S371中，将该帧数据的帧同步字在遥感卫星原始数据中的位置、序号及模式记录在帧同步报告中，并对与该数据位串对应的异常数据帧进行相应的校正，之后，在步骤S372中，将校正后的数据帧输出。

上述根据帧同步字的异常模式的类型对异常数据帧进行校正的操作示于表2。

表2：帧同步字的异常模式与异常数据帧的校正操作的对应关系

注意，在表2中，每帧数据都是一段比特流，按习惯，可以将该帧数据的帧头（即首位）记为第0个数据位，该帧头之后的数据位依次用自然数序列排序。因此，偶数位是指第0、2、4、6…数据位，奇数位是指第1、3、5、7…数据位。每个数据位的数据为0或1，对该数据位的数据进行比特反转是指，如果该数据位的数据为0，则将其变为1，如果该数据位的数据为1，则将其变为0。

每输出一个数据帧后，在步骤S380中使指针P指向下一帧的开始位置处，并在步骤S390中判断指针P是否指向了原始数据中的预定数据位（例如原始数据的末尾）。如果在步骤S390中判断为，指针P未指向原始数据中的预定数据位，则回到步骤S320，以继续从原始数据中的第（M+帧长）位开始进行帧同步字搜索。如果在步骤S390中判断为，指针P指向了原始数据中的预定数据位，则帧同步字搜索和处理过程结束。

下面以图6所示的例子更具体地进行说明。图6是示意图，示出了遥感卫星原始数据中出现的帧同步字失步和帧同步字异常的现象。假设从遥感卫星原始数据的首位开始搜索帧同步字，在遥感卫星数据的第N位发现第一个帧同步字，且从第N位开始到第N+(2000×L-1)位为止，连续搜索到2000个数据帧，该2000个数据帧的帧同步字均为正常模式I+Q+，则将其中每一帧数据的帧同步字在遥感卫星原始数据中的位置、序号及模式记录在帧同步报告中，并将这2000帧数据直接输出。

从第N+2000×L位开始到第N+2000×L+（OFF_1-1）位为止，没有搜索到预定的帧同步字，其中OFF_1为某位串的长度。这种情况判定为在第2000帧末尾出现了帧同步字失步，该长度为OFF_1的失步的数据位串将被弃掉。

从第N+2000×L+OFF_1位开始到第N+2000×L+OFF_1+（L-1）位为止，搜索到了第2001个数据帧，该数据帧的帧同步字为异常模式I-Q+。此时，将该异常数据帧的帧同步字在遥感卫星原始数据中的位置、序号及模式记录在帧同步报告中，并根据该数据帧的帧同步字的异常模式I-Q+实时地对该异常的数据帧进行相应的校正（校正方法参见表2），以便将其恢复为正常的数据帧并输出。

从第N+2000×L+OFF_1+L位开始到第N+2000×L+OFF_1+L+（OFF_2-1）位为止，没有搜索到预定的帧同步字，其中OFF_2为某位串的长度。这种情况判定为在第2001帧末尾出现了帧同步字失步，该长度为OFF_2的失步的数据位串将被弃掉。

从第N+2000×L+OFF_1+L+OFF_2位开始到第N+2000×L+OFF_1+L+OFF_2+（L-1）位为止，搜索到了第2002个数据帧，该数据帧的帧同步字为异常模式I-Q-。此时，将该异常数据帧的帧同步字在遥感卫星原始数据中的位置、序号及模式记录在帧同步报告中，并根据该数据帧的帧同步字的异常模式I-Q-实时地对该异常的数据帧进行相应的校正（校正方法参见表2），以便将其恢复为正常的数据帧并输出。

从第N+2000×L+OFF_1+L+OFF_2+L位开始到第N+2000×L+OFF_1+L+OFF_2+L+（OFF_3-1）位为止，没有搜索到预定的帧同步字，其中OFF_3为某位串的长度。这种情况判定为在第2002帧末尾出现了帧同步字失步，该长度为OFF_3的失步的数据位串将被弃掉。

从第N+2000×L+OFF_1+L+OFF_2+L+OFF_3位开始到第N+2000×L+OFF_1+L+OFF_2+L+OFF_3+（5000×L-1）位为止，连续搜索到5000个数据帧，该5000个数据帧的帧同步字均为异常模式Q-I-。此时，将这些异常数据帧的帧同步字在遥感卫星原始数据中的位置、序号及模式记录在帧同步报告中，并根据这些数据帧的帧同步字的异常模式Q-I-实时地对这些异常的数据帧进行相应的校正（校正方法参见表2），以便将其恢复为正常的数据帧并输出。这样就从遥感卫星原始数据中获得了有望提取出有用信息的全模式帧同步数据。

应该注意，在遥感卫星原始数据中，首个数据位到第一个帧同步字的第一数据位之间的数据位一般为卫星通信的测试码或噪声码，这些数据位不包含有用的数据帧，因此，这些数据位的存在并不视为帧同步字的失步。帧同步字的失步是指，如果在遥感卫星原始数据的两个相邻的完整数据帧之间存在一个或多个数据位，则在所述遥感卫星原始数据中发现帧同步字失步。

经过上述对遥感卫星原始数据进行全模式帧同步字搜索及处理后，弃掉了无法使用和校正的数据位串、校正了异常的数据帧、并最终获得了序号连续的正常的数据帧序列，从而最大限度地保证了遥感卫星原始数据的成功接收。

对于上述每一个输出的正常数据帧（包括直接输出的正常数据帧和通过校正异常数据帧而获得的正常数据帧），还需进行误码分析处理，以从该数据帧中提取出辅助数据和图像数据。具体说，根据特定的卫星星地接口，进行相应的PN解扰、数据帧校验、数据纠错等处理，以便从各个数据帧中提取出辅助数据和图像数据。不同卫星系统的PN解扰、校验、纠错等的方式并不相同。例如，ENVISAT ASAR的数据校验方式为CRC校验，纠错编码方式为RS纠错码。

从数据帧中提取出辅助数据和图像数据后，还可以将这些图像数据拼接成图像，并进行滚动显示。例如，可以利用移动窗显示设备对其进行滚动显示。如果原始数据中出现了帧同步字失步，或帧数据提取失败，则在移动窗显示时，图像会出现“截断”现象，该现象可以直观地反应数据的丢失情况。于是，可以根据移动窗中所显示的图像截断现象，查看帧同步报告、误码分析报告以发现并及时改正数据接收中的问题。

在对遥感卫星原始数据进行的处理的过程中，如果发现了帧同步字失步以及帧同步字异常等现象，那么，可以及时地从这些现象中反推遥感卫星数据接收系统在接收卫星信号的过程中出现的故障的原因，从而为及时消除故障提供依据。

例如，在上述遥感卫星原始数据中出现了三次失步，失步的初始位置分别在第N+2000×L位、第N+2000×L+OFF_1+L位、第N+2000×L+OFF_1+L+OFFV2+L位处。此外，尽管未示出，但对于帧同步字搜索过程中输出的一帧数据，如果最终并未能从该帧数据中完整提取图像和/或辅助数据，则也可等价地判定为在该帧数据处出现了失步的情况。根据帧同步字的失步现象，可判定在失步数据的接收过程中，以很大的概率发生了偶发式天线跟踪失败的情况，需要对天线跟踪情况进行检查。

又例如，在通过图1所示的遥感卫星原始数据生成装置100获得遥感卫星原始数据时，需要正确地设置解调器20的数据输出模式和数据采集装置30的数据记录极性。简单地说，解调器20差分输出的信号分为数据差分信号和时钟差分信号，解调器20对数据差分信号的输出方式一般有八种：I+Q、

Q+I、

以及

在接收遥感卫星信号时，需为解调器20设置一种数据输出模式。另一方面，数据采集装置30在采集数据时，可以在信号的上升沿进行采样，也可以在信号的下降沿进行采样，因此需要对采样时机进行设置，也即对数据记录极性进行设置，如果数据记录极性设为正，则表示在信号上升沿采样，数据记录极性设为负，则表示在信号下降沿采样。

在采用图1所示的装置100接收遥感卫星信号的时候，如果解调器20的数据输出模式和数据采集装置30的数据记录极性的设置不匹配，则会导致数据帧的帧同步字出现异常模式。因此，可以根据帧同步字的异常模式，判定解调器20的数据输出模式和数据采集装置30的数据记录极性的设置不匹配，从而可以对其及时进行修正，以最大限度地保证遥感卫星信号的成功接收。

具体说，在遥感卫星原始数据中搜索到帧同步字的异常模式时，及时检查解调器20的数据输出模式的设置和数据采集装置30的数据记录极性的设置。如果数据采集装置30的数据记录极性设置为正，则帧同步字的异常模式I＋Q-、或I-Q+、或I-Q-、或Q+I+、或Q＋I-、或Q-I+或Q-I-表明，解调器20的数据输出模式对应地分别被设置成了

或

或

或Q+I、或

或

或

此时，应该将解调器20的数据输出模式调整为I+Q；如果数据采集装置30的数据记录极性设置为负，则帧同步字的异常模式I＋Q-、或I-Q+、或I-Q-、或Q+I+、或Q＋I-、或Q-I+或Q-I-表明，解调器20的数据输出模式对应地分别被设置成了或

或I+Q、或

或

或或Q+I，此时，应该将解调器20的数据输出模式调整为

如上参照图1到图6描述了本发明所述的遥感卫星信号的处理方法。本发明所述的遥感卫星信号的处理方法可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，或采用软件和硬件组合的方式实现。

图7是方框图，示出了本发明的一个实施例所述的遥感卫星信号的处理设备。如图7所示，本发明的一个实施例上述的遥感卫星信号的处理设备400包括遥感卫星原始数据生成装置410、帧同步字搜索装置420、数据帧输出装置430以及数据帧信息提取装置440。另外，遥感卫星信号的处理设备400还可以包括图像显示装置450。

遥感卫星原始数据生成装置410用来从所述遥感卫星信号中生成遥感卫星原始数据，其中，所述遥感卫星原始数据生成装置包括天线、解调器和数据采集装置，所述遥感卫星信号经所述天线接收后进入所述解调器解调，解调后的信号经该解调器的I、Q两路数据差分输出端口和I、Q两路时钟差分输出端口输出到所述数据采集装置中，以转化为比特流形式的遥感卫星原始数据输出。

帧同步字搜索装置420用来在所述原始数据中，逐位或逐帧地用所述原始数据的帧同步字的各种模式依次搜索该帧同步字，其中，如果帧同步字搜索装置420在所述原始数据的某个数据位处没有搜索到帧同步字，则继续逐位地搜索帧同步字，如果帧同步字搜索装置420在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字，则后续逐帧地搜索帧同步字。

数据帧输出装置430用来对与所述搜索到的帧同步字对应的数据帧进行处理，其中，如果帧同步字搜索装置420在原始数据中的某个数据位处搜索到具有正常模式的帧同步字，则数据帧输出装置430直接输出与该帧同步字对应的数据帧；如果帧同步字搜索装置420在原始数据中的某个数据位处搜索到具有异常模式的帧同步字，则数据帧输出装置430根据特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，并输出校正后的数据帧。

数据帧信息提取装置440用来对上述输出的每个数据帧进行误码分析处理，以从该数据帧中提取出辅助数据和图像数据。

图像显示装置450将数据帧信息提取装置440从每个数据帧中提取出的辅助数据和图像数据转化为图像并进行滚动显示。

数据帧输出装置430可以包括数据帧校正单元，该数据帧校正单元根据帧同步字特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，其中，对于帧同步字具有I+Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有I-Q+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有I-Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中的所有数据位的数据进行比特反转；对于帧同步字具有Q+I+异常模式的数据帧，将该数据帧中每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；对于帧同步字具有Q+I-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；对于帧同步字具有Q-I+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；以及对于帧同步字具有Q-I-异常模式的数据帧，对该数据帧中所有数据位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换，其中，上述每个数据帧的帧头记为第0个数据位，该帧头之后的数据位依次用自然数序列排序。

优选地，数据帧输出装置430还可以包括帧同步报告生成单元，该帧同步报告生成单元生成数据帧的帧同步报告，其中，该帧同步报告包括该数据帧的帧同步字在所述遥感卫星原始数据中的位置、序号及帧同步字模式。

根据本发明的上述描述，本发明所提供的遥感卫星信号的处理方法和设备能够在遥感卫星原始数据中发现异常的帧同步字，并对包含异常帧同步字的数据帧进行校正，从而挽救原本要被放弃的异常数据，另外，还能够从帧同步字的异常中排查接收系统的故障并进行实时修正，从而最大限度地保证遥感卫星信号的成功接收。另外，本发明能直观地显示卫星图像，以利于对图像质量进行直观分析，还能提供数据帧的帧同步报告，以用于事中或事后的数据分析和故障排查，这些都为分析人员确定故障点提供了分析的凭据。

尽管已经结合详细示出并描述的优选实施例公开了本发明，但是本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的遥感卫星信号的处理方法和设备，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (9)

1.一种遥感卫星信号的处理方法，包括：

以预定的遥感卫星原始数据生成装置从遥感卫星信号中生成遥感卫星原始数据，其中，所述遥感卫星原始数据生成装置包括天线、解调器和数据采集装置，所述遥感卫星信号经所述天线接收后进入所述解调器解调，解调后的信号经该解调器的I、Q两路数据差分输出端口和I、Q两路时钟差分输出端口输出到所述数据采集装置中，以转化为比特流形式的遥感卫星原始数据输出；

在所述原始数据中，逐位或逐帧地用所述原始数据的帧同步字的各种模式依次搜索该帧同步字，其中，如果在所述原始数据的某个数据位处没有搜索到帧同步字，则继续逐位地搜索帧同步字，如果在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字，则后续逐帧地搜索帧同步字；

对与所述搜索到的帧同步字对应的数据帧进行处理，其中，如果在原始数据中的某个数据位处搜索到具有正常模式的帧同步字，则直接输出与该帧同步字对应的数据帧；如果在原始数据中的某个数据位处搜索到具有异常模式的帧同步字，则根据特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，并输出校正后的数据帧；以及

对上述输出的每个数据帧进行误码分析处理，以从该数据帧中提取出辅助数据和图像数据，

其中，所述帧同步字的各种模式包括1种正常模式I+Q+以及7种异常模式，该7种异常模式分别为I＋Q-、I-Q+、I-Q-、Q+I+、Q＋I-、Q-I+、Q-I-，以及所述根据特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正的操作包括：

对于帧同步字具有I+Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转；

对于帧同步字具有I-Q+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转；

对于帧同步字具有I-Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中的所有数据位的数据进行比特反转；

对于帧同步字具有Q+I+异常模式的数据帧，将该数据帧中每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；

对于帧同步字具有Q+I-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；

对于帧同步字具有Q-I+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；以及

对于帧同步字具有Q-I-异常模式的数据帧，对该数据帧中所有数据位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换，

其中，上述每个数据帧的帧头记为第0个数据位，该帧头之后的数据位依次用自然数序列排序。

2.如权利要求1所述的遥感卫星信号的处理方法，其中，在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字的充要条件为，从该数据位开始且与帧同步字等长的数据位串与帧同步字的一种模式相同，并且，从该数据位之后与该数据位相隔一个和/或多个帧长的数据位开始且与帧同步字等长的数据位串与帧同步字的一种模式相同。

3.如权利要求1所述的遥感卫星信号的处理方法，还包括：在遥感卫星原始数据中搜索到帧同步字的异常模式时，检查所述解调器的数据输出模式的设置和所述数据采集装置的数据记录极性的设置，其中，

如果所述数据采集装置的数据记录极性设置为正，则搜索到帧同步字的异常模式I＋Q-、或I-Q+、或I-Q-、或Q+I+、或Q＋I-、或Q-I+或Q-I-表明，所述解调器的数据输出模式对应地分别被设置成了

或

或

或

或或

或

此时，将所述解调器的数据输出模式调整为I+Q；

如果所述数据采集装置的数据记录极性设置为负，则搜索到帧同步字的异常模式I＋Q-、或I-Q+、或I-Q-、或Q+I+、或Q＋I-、或Q-I+或Q-I-表明，所述解调器的数据输出模式对应地分别被设置成了

或

或I+Q、或

或

或

或Q+I，此时，将所述解调器的数据输出模式调整为

4.如权利要求1所述的遥感卫星信号的处理方法，还包括：如果在遥感卫星原始数据的两个相邻的完整数据帧之间存在一个或多个数据位，则在所述遥感卫星原始数据中发现帧同步字失步，此时，检查天线跟踪情况。

5.如权利要求1所述的遥感卫星信号的处理方法，其中，在输出数据帧时，生成对应的帧同步报告，其中，该帧同步报告包括该数据帧的帧同步字在所述遥感卫星原始数据中的位置、序号及帧同步字模式。

6.根据权利要求1-5中的任一权利要求所述的遥感卫星信号的处理方法，在从每个数据帧中提取出辅助数据和图像数据后，还包括：将所述辅助数据和图像数据转化为图像并进行滚动显示。

7.一种遥感卫星信号的处理设备，包括：

遥感卫星原始数据生成装置，用来从所述遥感卫星信号中生成遥感卫星原始数据，其中，所述遥感卫星原始数据生成装置包括天线、解调器和数据采集装置，所述遥感卫星信号经所述天线接收后进入所述解调器解调，解调后的信号经该解调器的I、Q两路数据差分输出端口和I、Q两路时钟差分输出端口输出到所述数据采集装置中，以转化为比特流形式的遥感卫星原始数据输出；

帧同步字搜索装置，用来在所述原始数据中，逐位或逐帧地用所述原始数据的帧同步字的各种模式依次搜索该帧同步字，其中，如果在所述原始数据的某个数据位处没有搜索到帧同步字，则继续逐位地搜索帧同步字，如果在所述原始数据的某个数据位处搜索到帧同步字，则后续逐帧地搜索帧同步字；

数据帧输出装置，用来对与所述搜索到的帧同步字对应的数据帧进行处理，其中，如果所述帧同步字搜索装置在原始数据中的某个数据位处搜索到具有正常模式的帧同步字，则所述数据帧输出装置直接输出与该帧同步字对应的数据帧；如果所述帧同步字搜索装置在原始数据中的某个数据位处搜索到具有异常模式的帧同步字，则所述数据帧输出装置根据特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，并输出校正后的数据帧；以及

数据帧信息提取装置，用来对上述输出的每个数据帧进行误码分析处理，以从该数据帧中提取出辅助数据和图像数据，

其中，所述帧同步字的各种模式包括1种正常模式I+Q+以及7种异常模式，该7种异常模式分别为I＋Q-、I-Q+、I-Q-、Q+I+、Q＋I-、Q-I+、Q-I-，以及所述数据帧输出装置包括数据帧校正单元，该数据帧校正单元根据帧同步字特定的异常模式对与该帧同步字对应的数据帧进行特定的校正，其中，

对于帧同步字具有I+Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转；

对于帧同步字具有I-Q+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转；

对于帧同步字具有I-Q-异常模式的数据帧，对该数据帧中的所有数据位的数据进行比特反转；

对于帧同步字具有Q+I+异常模式的数据帧，将该数据帧中每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；

对于帧同步字具有Q+I-异常模式的数据帧，对该数据帧中奇数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；

对于帧同步字具有Q-I+异常模式的数据帧，对该数据帧中偶数位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换；以及

对于帧同步字具有Q-I-异常模式的数据帧，对该数据帧中所有数据位的数据进行比特反转，然后将每个偶数位的数据与其下一邻位的数据对换，

其中，上述每个数据帧的帧头记为第0个数据位，该帧头之后的数据位依次用自然数序列排序。

8.如权利要求7所述的遥感卫星信号的处理设备，其中，所述数据帧输出装置包括帧同步报告生成单元，该帧同步报告生成单元生成数据帧的帧同步报告，其中，该帧同步报告包括该数据帧的帧同步字在所述遥感卫星原始数据中的位置、序号及帧同步字模式。

9.根据权利要求7-8中的任一权利要求所述的遥感卫星信号的处理设备，还包括图像显示装置，该图像显示装置将从每个数据帧中提取出的辅助数据和图像数据转化为图像并进行滚动显示。

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