CN103716084B - 遥感卫星数据接收系统重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种遥感卫星数据接收系统重构方法，旨在提供一种基于卫星任务自动重构地面接收系统执行遥感卫星数据接收的方法，以提高设备资源利用率和系统可靠性，增加系统可扩展性。本发明通过下述技术方案予以实现：首先，确定可重构单元，建立系统架构，将系统划分为射频、中频和视频三个层次，统一规划各层次的接口，配置射频、中频和视频开关矩阵和设备互联，其次，采用XML语言描述方式分别建立卫星任务和各设备业务能力的分层描述，然后依据卫星代号确定天线及跟踪设备和数据记录设备，依据卫星任务代号、解调设备最高符号速率及与数据记录设备匹配数据输出方式选择合适的解调设备和链路设备，重构形成完整的遥感卫星接收系统，执行卫星任务。

Description

遥感卫星数据接收系统重构方法

技术领域

本发明涉及一种主要应用于多卫星、多天线、多任务环境下的遥感卫星数据地面接收系统，依据卫星任务要求进行系统设备动态重构的方法，其设计思路可推广应用到航天测控和卫星通信等地面站。

背景技术

随着我国航天事业的发展，对地观测、环境监测、灾害监测、科学探测等遥感卫星技术，大量应用在测绘、国土资源调查和监测、防灾减灾、农林水利、生态环境、城市建设与规划、交通、国家重大工程、科学实验等领域，卫星遥感数据接收作为卫星应用领域的重要一环，其业务规模和需求也在急剧扩大，现有遥感卫星数据接收系统的建站与使用模式已无法满足日益增长的遥感卫星数据接收需求。并存在如下不足之处：

1)现有遥感卫星数据接收系统，卫星任务单一、设备利用率低

现有遥感卫星数据接收系统主要是针对单一或某些特定型号的卫星任务进行设计和建设的，其系统设计目标是满足特定卫星型号数据的接收需求，一般未考虑或很少考虑后续卫星任务的扩展需求；而一般情况下，每颗卫星每天在每个地面站过境约3～4次，每次卫星过境的有效数据接收时间多在二十分钟以内，因此，对于单个卫星任务而言，地面接收系统设备的大部分时间均处于待机状态；这就造成了一方面针对新型号遥感卫星数据接收任务，需要不断的新建或改建地面接收系统，另一方面现有地面数据接收设备大量时间空置，接收设备资源利用率不高的局面。

2)改造现有地面站适应新任务，建设周期长、严重影响现有卫星任务

在现有遥感卫星接收地面站增加新的卫星数据接收任务，需要投入大量人力和物力对现有系统进行改造，而且建设周期较长，一般至少需要半年以上，在改造实施过程中将严重影响现有的卫星数据接收任务，甚至会造成现有任务中断，并由此产生一定的经济损失。

3)采用星地配套的方式新建地面站，会造成重复投资和资源浪费

针对每一个新的卫星任务，采用星地配套的方式新建地面数据接收系统，会造成投资重复，资源浪费，且现有系统未能从体系结构设计上保证后续扩展性设计，新建设接收系统也较难接入现有系统，不能实现新旧系统接收资源共享，不能提高资源利用率。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足之处，提供一种在多卫星、多天线、多任务的遥感卫星地面接收站工作场景下，基于卫星任务自动重构地面接收系统执行遥感卫星数据接收的方法，该方法可以根据不同卫星任务动态调整系统接收设备资源，最大限度地满足多卫星数据接收需求，提高接收资源利用率和可靠性；使地面站仅需根据允许的并发任务数（即并发接收同时过境的卫星数量）配置设备，以减少单站的设备量、缩短总的建设周期。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到：一种遥感卫星数据接收系统的重构方法，具有如下技术特征：

首先按设备的业务功能对卫星数据接收系统进行分解，确定可重构单元；具体分为天线及跟踪设备、链路设备、解调设备、数据记录设备类，并以此为基本单元建立硬件重构体系架构，划分射频、中频和视频三个层次，统一规划各层次的接口，分别配置射频、中频和视频开关矩阵，根据常用X频段、S频段、L频段不同链路的变频方案确定射频接口，更高频段的信号单独变换到统一的射频接口后再接入接收系统；中频接口分段覆盖常用的中频设备；通过射频开关矩阵实现接收系统链路设备的共享，通过中频开关矩阵实现接收解调设备的共享，通过视频开关矩阵实现数据记录设备的共享；其次，采用XML语言描述方式分别建立卫星任务和各设备业务能力的分层描述，实现完整卫星任务和不同业务能力设备的匹配，针对不同卫星任务按策略动态分配接收系统设备资源；进行卫星任务资源分配时，首先依据卫星任务要求，确定执行任务的天线及跟踪设备和数据记录设备，然后依据卫星任务代号、解调设备最高符号速率大于卫星数传符号速率及与数据记录设备匹配数据输出方式选择合适的解调设备；最后依据链路设备大于卫星符号速率的输出带宽和与解调设备输入中频匹配输出中频，选择链路设备，通过各类开关矩阵级联和射频开关矩阵、中频开关矩阵和视频开关矩阵切换，重构形成完整的遥感卫星接收系统，执行卫星任务。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

提高了接收设备资源的利用率：采用本发明建设的遥感卫星地面接收站，通过设备资源的动态调配，可以最大限度的复用已有设备资源，从而扩展了卫星接收任务，提高了设备资源利用率。

提高了系统可靠性：由于系统分层统一规划设计了各设备的输入输出接口，使站内同类设备可以互换，具备互相备份的能力；系统可通过射频、中频和视频开关矩阵的切换，使每个设备均可作为其它同类设备的备份，大大提高了系统可靠性。

增强了系统的可扩展性：由于系统设备均采用标准化接口，并通过各类开关矩阵实现互联，因此，通过各类开关矩阵的空余接口可以直接扩展设备，也可通过各类开关矩阵的级联实现大量设备的扩展；数据接收系统设备扩展时，新增设备通过相应的开关矩阵接入现有系统，并在系统的管理软件中增加新设备的定义，即可直接纳入整个遥感接收系统的设备资源的统一管理，实现系统设备扩展。

缩短了任务扩展的建设周期：当需要在已有系统增加新的卫星任务时，只需要在系统的卫星任务接收列表中，配置新增卫星任务的描述，并更新相应设备能力描述，系统即具备执行新型号卫星数据接收任务能力，无需进行软、硬件设备适应性改造，因而大大缩短了系统任务扩展的建设周期。

节约建设经费：同上所述，当系统需要执行后续新型号卫星任务时，只需配置相应的卫星任务描述，并更新设备能力描述，即具备新型号卫星数据接收任务，无需进行软、硬件设备适应性改造，可以节约建设经费。

扩展卫星任务不影响系统已有卫星任务的执行：在已有系统中，新增卫星数据接收任务时，无需要对已有软、硬件设备进行适应性改造和调试，完全不影响系统已有的卫星数据接收任务。

本发明可以根据不同卫星任务动态调整系统接收设备资源，最大限度地满足多卫星数据接收需求，提高接收资源利用率和可靠性；同时利用该方法设计、建设遥感卫星地面接收系统，不针对特定卫星任务，只要卫星的遥感数据接收要求在地面接收站性能指标范围内，即可通过本方法重构形成相应的数据接收系统，执行数据接收任务；这种地面站仅需根据允许的并发任务数（即并发接收同时过境的卫星数量）配置设备，减少了单站的设备量、节省了研制和建设经费，缩短了总的建设周期。

本发明可以直接应用到各类遥感卫星数据接收站。

附图说明

下面结合附图和实施例对本方法进一步说明。

图1是按本发明建立的遥感卫星数据接收系统体系结构图。

图2是设备资源分配流程图。

具体实施方式

参阅图1。首先，按图1所示的硬件体系结构进行遥感地面站建设，通过系统硬件体系结构设计，建立良好的系统架构，并以此作为系统重构的基础；将硬件体系结构分为射频、中频和视频三个层次，统一规划各层次的接口，分别配置射频、中频和视频开关矩阵，实现设备互联，通过各开关矩阵的级联实现系统的设备可扩展。其次，采用XML语言描述方式分别建立卫星任务和各设备业务能力的分层描述，以实现完整卫星任务和不同业务能力设备的匹配，便于系统卫星任务和设备的扩展。第三，根据卫星任务和设备使用要求制定合理、灵活的设备使用策略，针对不同的卫星任务按策略动态分配系统设备资源，实现基于卫星任务的系统重构。

将系统的硬件体系结构分为射频、中频和视频三层，并统一规划各层的接口，包括物理接口、电气接口和信息接口。其中，射频接口根据不同的链路变频方案确定，常用的有X频段、S频段、L频段等，更高频段的信号需单独变换到统一的射频接口后再接入系统；中频接口需要分段覆盖常用的设备中频，主要包括：70MHz～140MHz，720MHz～1200MHz；视频接口选择常用的ECL接口。

其次，按设备的业务功能对卫星数据接收系统进行分解，确定可重构单元；具体将系统分为天线及跟踪设备、链路设备、解调设备、数据记录设备等几类，并以此为基本单元设计系统的重构。其中，天线及跟踪设备包括天线、场放及跟踪等设备，作为一个整体参与设备资源分配，完成遥感卫星下行信号的跟踪和接收，输出统一射频信号；链路设备完成下行信号从射频到中频的信号频率变换，输出到统一中频；解调设备完成信号解调、译码、帧同步处理，解调出遥感数据后，通过视频接口输出遥感数据；数据记录设备完成数据记录、格式转换、存储和传输。

第三，在系统中分别配置射频、中频和视频开关矩阵；通过射频开关矩阵实现天线输出与任一链路设备输入连接，实现链路设备共享；通过中频开关矩阵实现链路设备输出与任一解调设备连接，实现解调设备的共享；通过视频开关矩阵实现解调设备输出与数据记录设备输入连接，实现数据记录设备共享。通过上述设备连接方式，实现任务设备资源全站共享。

第四，定义卫星任务和设备资源能力。在系统管理软件中建立卫星任务列表，定义系统支持的每颗卫星任务要求，包括每颗卫星的下行通道数、每通道信号传输符号速率、调制方式等，并确定卫星任务优先级；同时配置每颗卫星常用设备列表，包括平常执行该卫星任务时习惯使用的设备资源标识。建立设备能力配置列表，以卫星任务代号集合定义天线及跟踪设备的任务能力；以输出带宽、输出中频定义链路设备任务能力；以卫星任务代号集合、最高符号速率、输入中频、数据输出方式等定义解调设备任务能力；以卫星任务代号集合、数据输入方式定义数据记录设备能力。实现系统管理软件对设备资源和卫星任务的管理。

最后，上述工作完成后，即可实现基于卫星任务的遥感卫星数据接收系统重构。在任务前，依据设备资源自动分配流程，参阅图2针对指定卫星的接收任务要求，选择合适的天线、链路设备、解调器和记录设备，切换相应的开关矩阵，重构形成一个完整的遥感卫星地面接收系统，执行数据接收。另外，当接收系统需要进行设备或功能扩展时，可按以下方式进行：

设备扩展：如系统配置的射频、中频和视频开关矩阵的输入、输出接口留有一定的余量，可直接接入需要扩展的设备，满足设备扩展需求；如需扩展较多设备时，可通过各类开关矩阵的级联，在级联的开关矩阵上接入扩展设备；设备扩展后，更新相应的设备能力配置表，完成新扩展设备定义，实现系统对新扩展设备的统一管理。

功能扩展：功能扩展主要是针对后续新型号卫星任务。如系统需要执行新型号卫星任务时，只需要在卫星任务列表中，增加新型号卫星任务，并定义该卫星任务属性（下行通道数、每通道信号传输符号速率、调制方式、任务优先级、常用设备列表等），系统管理软件即将该卫星任务纳入管理，实现功能扩展。

参阅图2。在设备资源自动分配流程中，当接收系统决定执行一颗遥感卫星数据接收任务时，进行资源自动分配，动态重构系统，确定参与重构的四种任务设备资源：

首先，确定执行天线。先在指定卫星的常用设备列表中选用天线，如常用天线不可用（设备故障或在接收时间范围内被其它卫星任务占用），在其余具备本卫星任务能力的天线中选用替换天线，如存在多个替换天线，按设备轮回工作原则选用一副天线。

其次，确定记录设备。先在常用设备列表中选用数据记录设备，如常用记录设备不可用（设备故障或在接收时间范围内被其它卫星任务占用），在其余具备本卫星任务能力的记录设备中选用替换记录设备，如存在多个替换记录设备，按设备轮回工作原则选用记录设备。

第三，确定解调设备。先在常用设备列表中选用解调设备，如常用解调设备不可用（设备故障或在接收时间范围内被其它卫星任务占用），在其余具备本卫星任务能力的解调设备中选用替换解调设备；注意选择解调设备时，其输出方式必须与记录设备的输入模式匹配，最高符号速率大于卫星数传符号速率；如存在多个替换解调设备，选择一台最高符号速率最接近卫星下行符号速率的解调设备工作，如还是存在多台可供选择的解调设备，按设备轮回工作原则选用一台解调设备。

最后，确定链路设备。先在常用设备列表中选用链路设备，如常用链路设备不可用（设备故障或在接收时间范围内被其它卫星任务占用），在其余输出中频与解调设备输入中频匹配的链路设备；注意选择链路设备时，其输出带宽必须与解调设备的最高符号速率匹配。如存在多个替换链路设备，按设备轮回工作原则选用一台链路设备。

如在任务设备资源在分配过程中，某一设备资源已被分配完毕，不存在可用设备资源执行卫星任务时，则按以下原则进行设备冲突消解：

一般上级系统下达的工作计划优先执行，另外系统可配置卫星优先级，优先级高的卫星优先执行。资源冲突消解时，接收系统自动调整数据接收时间相互冲突的任务计划，优先安排高优先级的卫星接收任务，对于低优先级卫星任务，适当缩减任务执行时间，仅接收部分数据；如调整后时间过低，则放弃低优先级计划，以保证重要的卫星遥感数据先接收，最大限度的保证低优先级的卫星遥感数据接收。

Claims (8)

1.一种遥感卫星数据接收系统的重构方法，具有如下技术特征：首先按设备的业务功能对卫星数据接收系统进行分解，确定可重构单元；具体分为天线及跟踪设备、链路设备、解调设备、数据记录设备类，并以此为基本单元建立硬件重构体系架构，划分射频、中频和视频三个层次，统一规划各层次的接口，分别配置射频、中频和视频开关矩阵，根据常用X频段、S频段、L频段不同链路的变频方案确定射频接口，更高频段的信号单独变换到统一的射频接口后再接入接收系统；中频接口分段覆盖常用的中频设备；通过射频开关矩阵实现接收系统链路设备的共享，通过中频开关矩阵实现接收解调设备的共享，通过视频开关矩阵实现数据记录设备的共享；其次，采用XML语言描述方式分别建立卫星任务和各设备业务能力的分层描述，实现完整卫星任务和不同业务能力设备的匹配，针对不同卫星任务按策略动态分配接收系统设备资源；进行卫星任务资源分配时，首先依据卫星任务要求，确定执行任务的天线及跟踪设备和数据记录设备，然后依据卫星任务代号、解调设备最高符号速率大于卫星数传符号速率，针对指定卫星的接收任务要求，选择合适的天线、链路设备、解调设备和数据记录设备，切换相应的开关矩阵，通过各类开关矩阵级联和射频开关矩阵、中频开关矩阵和视频开关矩阵切换，重构形成一个完整的遥感卫星地面接收系统，执行卫星任务。

2.根据权利要求1所述的遥感卫星数据接收系统重构方法，其特征在于，统一规划各层的接口，包括物理接口、电气接口和信息接口，射频接口根据不同的链路变频方案确定，中频接口分段覆盖70MHz～140MHz，720MHz～1200MHz常用的设备中频，视频接口选择常用的ECL接口。

3.根据权利要求1所述的遥感卫星数据接收系统重构方法，其特征在于，接收系统配置的射频、中频和视频开关矩阵的输入、输出接口留有一定的余量，通过各类开关矩阵的级联，实现系统的分层扩展。

4.根据权利要求1所述的遥感卫星数据接收系统重构方法，其特征在于，如不存在可分配的设备资源，设备故障或接收时间段内设备被其它任务占用，按以下原则进行设备冲突消解：由上级系统下达的接收任务优先执行，卫星任务优先级高的任务先执行。

5.根据权利要求1所述的遥感卫星数据接收系统重构方法，其特征在于，天线及跟踪设备包括天线、场放及跟踪设备，作为一个整体参与设备资源分配，完成遥感卫星下行信号的跟踪和接收，输出统一射频信号。

6.根据权利要求1所述的遥感卫星数据接收系统重构方法，其特征在于，链路设备完成下行信号从射频到中频的信号频率变换，输出到统一中频。

7.根据权利要求1所述的遥感卫星数据接收系统重构方法，其特征在于，解调设备完成信号解调、译码、帧同步处理，解调出遥感数据后，通过视频接口输出遥感数据；数据记录设备完成数据记录、格式转换、存储和传输。

8.根据权利要求1所述的遥感卫星数据接收系统重构方法，其特征在于，在接收系统管理软件中建立卫星任务列表，定义接收系统支持的每颗卫星任务要求，包括每颗卫星的下行通道数、每通道信号传输符号速率和调制方式，并确定卫星任务优先级，同时配置每颗卫星常用设备列表，包括平常执行该卫星任务时习惯使用的设备资源标识；建立设备能力配置列表，以卫星任务代号集合定义天线及跟踪设备的任务能力；实现系统管理软件对设备资源和卫星任务的管理。