CN103546242A

CN103546242A - 一种遥感卫星原始数据误码率检测方法

Info

Publication number: CN103546242A
Application number: CN201310513687.4A
Authority: CN
Inventors: 李景山
Original assignee: CENTER FOR EARTH OBSERVATION AND DIGITAL EARTH CHINESE ACADEMY OF SCIENCES
Current assignee: CENTER FOR EARTH OBSERVATION AND DIGITAL EARTH CHINESE ACADEMY OF SCIENCES
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2014-01-29

Abstract

本发明提供了一种遥感卫星原始数据误码率检测方法，该方法利用遥感卫星信道编码中的同步字信息、RS编码信息和虚拟信道计数器计数信息统计原始数据中的误码率。本发明有益效果：可以实时准确的检测遥感卫星下行数据的误码率，对原始数据的误码率做出精确统计。

Description

一种遥感卫星原始数据误码率检测方法

技术领域

本发明涉及遥感卫星数据处理领域，尤其涉及一种遥感卫星原始数据误码率检测方法，特别涉及一种对具有RS编码的卫星原始数据的误码率检测方法。

背景技术

随着我国在轨遥感卫星数量和下行码速率的不断增加，人们对各个接收站接收的卫星原始数据质量情况提出了更高的要求，希望实时的获得接收的原始数据的质量情况，而数据的误码率是衡量数据质量情况的定量的和客观的指标。

误码率测试是定量检测接收的卫星原始数据指标，其定义是：误码率＝错误码元数/总码元数。但是目前现存的对遥感卫星原始数据的误码率测试方法以数据帧的帧同步字和数据帧中的某些固定已知的关键字信息作为估算整体数据误码率的方法，不能精确计算错误码元、总码元数，不能得到准确的误码率数值。一般情况统计的数据量只占实际数据量1％左右，无法对卫星的有效载荷数据进行精确误码计算，误码统计误差较大。

针对以上问题，需要一种精确计算遥感卫星原始数据误码率的方法，为遥感卫星地面站实时原始数据误码率检测提供技术手段。

发明内容

本发明的目的是提供一种遥感卫星原始数据误码率检测方法，解决不能精确统计原始数据误码率问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种遥感卫星原始数据误码率检测方法，包括以下步骤：

1）根据遥感卫星预先确定的帧同步字和帧长对原始数据进行帧同步处理，得到同步后的数据，同时统计帧同步过程中不能同步的数据量，作为帧同步错误数据量；

2）对帧同步后的数据进行解扰和RS译码纠错处理，得到解扰和译码纠错后的数据，统计出每帧中RS译码错误数据量；

3）对译码后的数据进行虚拟信道分解，对分解后的各个虚拟信道数据进行虚拟信道计数器计数统计，根据计数器数值是否连续，确定丢失的数据量，作为帧计数丢失错误数据量；

4）根据以上3步获得的错误数据量之和作为该原始数据错误的数据量，该数据量除以原始数据总量，得出卫星原始数据的误码率。

进一步的，对步骤2）RS译码统计的错误数据量进行细分，对于在RS纠错能力范围内的误码数据量进行精确统计，对于在RS纠错能力范围外的误码数据量给出最小误码数据量估计值和最大误码数据估计值，从而把误码率分解为可精确统计误码率、最小估计误码率和最大估计误码率三种误码率。

进一步的，对步骤3）虚拟信道计数器计数统计的错误数据量进行误码率计算的方法进行细分，确定该计数丢失的数据帧数量计入总体统计的原始数据量方式，第一种方式认为计数值丢失的数据是步骤1）帧同步中检测到错误数据，该丢帧数据量则不计入原始数据总数据量（也不计入错误数据量），第二种方式认为计数值丢失的数据不是步骤1）检测的错误数据，则该帧数据量计入原始数据总数据量（同时计入错误数据量）。根据两种方式得到两种误码率统计值，不计行计数误码率和计算行计数误码率两种误码率。

进一步的，组合精确统计误码率、最小估计误码率、最大估计误码率三种误码率和不计算计行计数误码率、计算行计数误码率两种误码率的关系，得到6种误码率，分别是不计算行计数精确统计误码率、不计算行计数最小估计误码率、不计算行计数最大估计误码率、计算行计数精确统计误码率、计算行计数最小估计误码率、计算行计数最大估计误码率。对于判断原始数据误码为0的充分条件是：计算行计数最大估计误码率为0，实际上此时其他5种误码率也应该为0。反之，除了计算行计数最大估计误码率之外的其他5种误码率为0，原始数据的实际的误码情况不一定为0。

对整轨原始数据进行分段误码率检测，能更好的说明数据误码率情况。好处是，不会因为卫星数据在开始接收和结束接收时候由于接收信号不好在数据开始和结束位置误码较多，影响对整轨卫星数据误码率的判断。

本发明所述的误码率检测方法，对于具有RS编码的其他类型卫星数据也同样适用。

对于帧同步后的数据在解扰、RS译码、虚拟信道计数器计数处理过程中采用OpenMP或者MPI等并行化编程工具实现检测方法并行处理，提高误码率检测速度，达到或者超过卫星数据实时记录速度，作为遥感卫星地面站实时原始数据误码率检测手段。

本发明的有益效果：利用RS译码误码计算方法、虚拟信道帧计数机制，精确统计原始数据误码率，实现了遥感卫星原始数据全面的误码率检测。

附图说明

图 1 某卫星原始数据格式说明图；

图2为图1所示实施例的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

本发明利用原始数据中的RS编码信息，提供了一种遥感卫星原始数据误码率检测方法，该方法包括以下步骤：

1）设记录的数据名称为D，总数据量为A₁；

2）根据遥感卫星预先确定的帧同步字和帧长对原始数据D进行帧同步处理，得到同步后的数据D_S，同时统计帧同步过程中不能同步的数据量，作为帧同步错误数据量，计为E₁。在该步骤中可以使用不同的帧同步头容错位数和帧长滑动位数策略，在该策略允许内找到的数据帧，均作为同步后的数据D_S；

3）对帧同步后的数据D_S进行解扰和RS译码纠错处理，得到解扰和译码纠错后的数据D_D，统计出每帧中RS译码错误数据量E₂，其中也包括了帧同步头在容错范围内的误码数量；

4）对译码后的数据进行虚拟信道分解，对分解后的各个虚拟信道数据进行虚拟信道计数器计数统计，根据计数器数值是否连续，确定丢失的数据量，作为帧计数丢失错误数据量E₃；

5）根据以上2）、3）、4）步获得的错误数据量之和作为该原始数据错误的数据量，该数据量除以原始数据总量，得卫星原始数据的误码率BER。公式如下：

BER=(E₁+E₂+E₃)/A₁

6）对步骤3）RS译码统计的错误数据量E₂进行细分，对于在RS纠错能力范围内的误码数据量进行精确统计，为精确错误数据量E_cor，对应的总数据量为A_cor，对于在RS纠错能力范围外的误码数据量给出最小误码数据量估计值为E_min，对应的总数据量为A₁、最大误码数据估计值E_max，对应的总数据量为A₁，从而把误码率分解为可精确统计误码率BER_cor、最小估BER_min计误码率和最大估计误码率BER_max三种误码率。

BER_cor=E_cor/A_cor＝E_cor/（A₁- E_max）（其中A_cor为可以精确统计RS误码率的总数据量，具体数据量是A₁-不可精确统计的RS数据量E_max）

BER_min= E_min/A1

BER_max= E_max/A1

7）对步骤4）中帧计数丢失错误数据量E₃所对应的数据可能包含在E₁所对应的数据中，因此有必要对E₃所对应的数据进行细分，确定该计数丢失的数据帧数量计入总数据量A₁的方式，分为不计行计数误数据总数据A₂和计算行计数误数据总数据A₃。A₂=A₁，A₃=A₁+E₃。设E_cv＝E₃，E_cv为计算行计数误码数据量。E_nv为不计算行计数误码数据量，E_nv＝0。相应的得到不计行计数误码率BER_nv和计算行计数误码率BER_cv两种误码率。

BER_nv = E_nv /A₂=0/ A₂＝0/A₁

BER_cv = E₃/A₃=E₃/(A₁+E₃)＝E_cv/(A₁+E_cv)

8）组合步骤6）精确统计误码率ER_cor、最小估计误码率ER_min、最大估计误码率ER_max三种和步骤7）不计算计行计数误码率BER_nv、计算行计数误码率BER_cv两种误码率的关系，得到6种误码率，分别是不计算行计数精确统计误码率BER_nvcor、不计算行计数最小估计误码率BER_nvmin、不计算行计数最大估计误码率BER_nvmax、计算行计数精确统计误码率BER_cvcor、计算行计数最小估计误码率BER_cvmin、计算行计数最大估计误码率BER_cvmax。

计算公式如下：

BER_nvcor=(E₁+E_cor)/(A₁-E_max)

BER_nvmin=(E₁+ E_cor +E_min)/A₁

BER_nvmax=(E₁+ E_cor +E_max)/A₁

BER_cvcor=(E₁+E_cor+E_cv)/(A₁-E_max+E_cv)

BER_cvmin=(E₁+ E_cor +E_min+E_cv)/(A₁+E_cv)

BER_cvmax=(E₁+ E_cor +E_max+E_cv)/(A1+E_cv)

9）从步骤8）可以看出，BER_cvmax 是对原始数据最严格的检查，只有BER_cvmax为0时，才能推断接收的数据误码率为0。其他误码表征了数据在帧头、RS数据帧有误码的情况下，误码错误和误码能否被纠正的详细情况。

10）星数据在开始接收和结束接收时候由于接收信号不好在数据开始和结束位置误码较多，影响对整轨卫星数据误码率的判断，采用分段方式重复步骤1）至步骤9）把原始数据分段，分段统计原始数据误码率，可以进一步掌握分段数据的误码率情况。

11）对于步骤3）至步骤9）中的方法，可以采用并行变成方法，如OpenMP或者MPI等方法，提高误码率计算速度。

本实施例以某卫星的原始数据格式为例，对误码率计算方法进行说明。

某卫星的原始数据帧格式图1所示。

该卫星一个完整的IQ合路数据帧总长度是2048字节，其中包括8字节同步头、1912字节数据区和对1912个字节进行了RS编码的RS校验符号域128个字节。对1912个字节进行了IQbit交织，深度为4的RS（255,239）编码处理，RS校验位128字节。通过RS编码和译码原理可知，利用RS纠错算法可以对255个字节中检测出不超过8个字节的精确的错误bit数量，可以精确统计误码数据量为ER_cor，如果在255个自己中有超过8个字节的错误，RS译码不能确定有多少字节出错，该检测方法按照该255个字节中最少错9bit和最大错255字节计算错误数据量，得出ER_min和ER_max。在1912字节中对不同载荷的数据进行了虚拟信道行计数统计，通过检验行计数是否连续可以判断是否丢失数据。

如图2所示，该流程是检查原始数据误码率的步骤。

第一步，利用同步字和帧长对原始数据进行帧同步处理，得到帧同步数据和不能同步的数据量E1。设置帧同步容错3bit，帧长滑动3bit，在同步字3bit和帧长滑动3bit之内的数据帧，都作为帧同步正确数据，做后续进一步处理。

第二步，对帧同步正确的数据进行解扰和RS译码处理，得到RS可纠正数据和RS不可纠正数据，同时得到E_cor、E_min和E_max。

第三步，对RS可纠正数据和RS不可纠正数据进行IQ通道分离，再对分离后的I和Q通道中的数据按照虚拟信道分包，对每个单独的虚拟信道进行虚拟信道行计数统计，得到E_nv和E_cv，所有情况下E_nv＝0。

第四步，基于以上三步得到的统计值，得到六种误码率。

分别是不计算行计数精确统计误码率BER_nvcor、不计算行计数最小估计误码率BER_nvmin、不计算行计数最大估计误码率BER_nvmax、计算行计数精确统计误码率BER_cvcor、计算行计数最小估计误码率BER_cvmin、计算行计数最大估计误码率BER_cvmax。

计算公式如下：

BER_nvcor=(E₁+E_cor)/(A₁-E_max)

BER_nvmin=(E₁+ E_cor +E_min)/A₁

BER_nvmax=(E₁+ E_cor +E_max)/A₁

BER_cvcor=(E₁+E_cor+E_cv)/(A₁-E_max+E_cv)

BER_cvmin=(E₁+ E_cor +E_min+E_cv)/(A₁+E_cv)

BER_cvmax=(E₁+ E_cor +E_max+E_cv)/(A₁+E_cv)

第五步，确定数据误码是否为0。仅当BER_cvmax＝0时候，检测的数据误码率才为0。其他五个值为0，不能认定数据误码为0。另外从E_cor计算过程中，还可以得到可纠正的RS数据帧数，从E_max计算中得到不可纠正的RS数据帧数，从而对原始数据可纠正情况得到全面的了解。

可以对整轨原始数据按照以上步骤进行分段统计，能更加详细的检测数据分段误码情况，避免因为卫星数据在开始接收和结束接收时候由于接收信号不好在数据开始和结束位置误码较多，对整轨卫星数据误码率的判断。

由上述的实施例可见，本发明的这种遥感卫星原始数据误码率检测方法，实现了遥感卫星原始数据全面和精确的误码率检测，可以全面客观的反映了原始数据的接收质量。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种遥感卫星原始数据误码率检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3）对译码后的数据进行虚拟信道分解，对分解后的各个虚拟信道数据进行虚拟信道计数器计数信息统计，根据计数器数值是否连续，确定丢失的数据量，作为帧计数丢失错误数据量；以及

4）所述帧同步错误数据量、所述每帧中RS译码错误数据量以及帧计数丢失错误数据量之和作为该原始数据错误的数据量，该数据量除以原始数据总量，得出卫星原始数据的误码率。

2.如权利要求1所述的遥感卫星原始数据误码率检测方法，其特征在于，在步骤1）中：使用不同的帧同步头容错位数和帧长滑动位数策略，在该策略允许内找到的数据帧，均作为同步后的数据。

3.如权利要求2所述的遥感卫星原始数据误码率检测方法，其特征在于，在步骤2）中：对RS译码统计的错误数据量进行细分，对于在RS纠错能力范围内的误码数据量进行精确统计，对于在RS纠错能力范围外的误码数据量给出最小误码数据量估计值和最大误码数据估计值，从而把误码率分解为可精确统计误码率、最小估计误码率和最大估计误码率三种误码率。

4.如权利要求3所述的遥感卫星原始数据误码率检测方法，其特征在于，在步骤3）中，确定该计数丢失的数据帧数量是否计入总体统计原始数据量的方式，包括两种方式，其中，第一种方式认为计数值丢失的数据是步骤1）中帧同步中检测到错误数据，该丢帧数据量则不计入原始数据总数据量，也不计入错误数据量，第二种方式认为计数值丢失的数据不是步骤1）中检测的错误数据，则该帧数据量计入原始数据总数据量，同时计入错误数据量；根据上述两种方式得到两种误码率统计值：不计行计数误码率和计算行计数误码率。

5.如权利要求4所述的遥感卫星原始数据误码率检测方法，其特征在于，该方法进一步包括：组合精确统计误码率、最小估计误码率、最大估计误码率三种误码率和不计算计行计数误码率、计算行计数误码率两种误码率的关系，得到6种误码率：不计算行计数精确统计误码率、不计算行计数最小估计误码率、不计算行计数最大估计误码率、计算行计数精确统计误码率、计算行计数最小估计误码率、计算行计数最大估计误码率。

6.如权利要求5所述的遥感卫星原始数据误码率检测方法，其特征在于：判断原始数据实际误码率为0的充分条件是计算行计数最大估计误码率为0，此时其它5种误码率也应该为0，反之，除了计算行计数最大估计误码率之外的其它5种误码率为0，原始数据实际误码率不一定为0。

7.如权利要求6所述的遥感卫星原始数据误码率检测方法，其特征在于：对于帧同步后的数据在解扰、RS译码、虚拟信道计数器计数处理过程中采用OpenMP或MPI并行化编程工具实现检测方法并行处理，提高误码率检测速度。