CN110518997A - 嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及气象信息技术领域，具体为嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统，包括接收终端和安装在所述接收终端顶部的安装件。该嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统中，当车箱产生晃动使，支撑板受到的振动力传递至减震弹簧上，通过减震弹簧自身的弹性减弱振动的作用力，使得支撑柱上受到的振动力减弱，进而保障在野外环境下，接收终端整体的稳定性，通过将直杆、弯杆和顶杆固定在固定环的四周，提高安装件整体的稳定效果。

Description

嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统
技术领域
本发明涉及气象信息技术领域，具体为嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统。
背景技术
海量气象水文数据的传输与共享是实施气象水文保障的基础，也是气象水文保障的重难点问题。实时和准实时的全局和区域气象水文信息通过观测网和通信网多以“个例收集”和“集中共享”方式进行层层收集、汇聚和交换，因此从传输的效率和通信资源的利用率来看，卫星气象水文数据广播是一种适应性强、稳定性高、实时性好的信息传输方式。
为了适应机动野战的保障需求，采用嵌入式技术和最新的数据广播通信技术对海量气象水文数据的传输有重大意义，现有的海洋信息接收装置的接收终端一般安装在车内，车内空间狭小，安装不便，同时由于野外活动频繁，导致接收终端整体安装不牢固。鉴于此，我们提出嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统。
发明内容
本发明的目的在于提供嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统，以解决上述背景技术中提出的海洋信息接收装置的接收终端一般安装在车内，车内空间狭小，安装不便，同时由于野外活动频繁，导致接收终端整体安装不牢固的问题。
为实现上述目的，本发明提供嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统，包括接收终端和安装在所述接收终端顶部的安装件，所述安装件包括安装板，所述安装板的顶部设置有支撑件，所述支撑件上套设有固定件，所述安装板的内部设置有安装槽，所述安装板的外壁安装有多个安装螺钉，所述支撑件包括安装在安装板顶部的支撑柱，所述支撑柱的顶部设置有支撑板，所述支撑柱和支撑板之间安装有减震弹簧，所述支撑板的顶部设置有多个吸盘。
作为优选，所述安装板整体呈“凹”字形。
作为优选，所述吸盘环形阵列分布在支撑板顶部。
作为优选，所述固定件包括固定环，所述固定环的外壁安装有多个直杆，所述直杆的一端设置有弯杆，所述弯杆的另一端安装有顶杆，所述顶杆的顶部安装有顶板，所述顶板的两端分别设置有固定螺丝。
作为优选，所述固定环的内径和支撑柱的外径相适配。
作为优选，所述直杆以固定环的圆心呈环形阵列设置。
作为优选，所述顶杆的顶部和顶板的底部焊接固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、该嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统中，当车箱产生晃动使，支撑板受到的振动力传递至减震弹簧上，通过减震弹簧自身的弹性减弱振动的作用力，使得支撑柱上受到的振动力减弱，进而保障在野外环境下，接收终端整体的稳定性。
2、该嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统中，通过将直杆、弯杆和顶杆固定在固定环的四周，提高安装件整体的稳定效果。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的安装件结构示意图；
图3为本发明的安装板结构示意图；
图4为本发明的固定件结构示意图；
图5为本发明的TS流解析流程图；
图6为本发明的气象水文数据分离算法流程图；
图7为本发明的按优先级调度算法示意图；
图8为本发明的线程调度策略流程图；
图9为本发明的授权信息的解析和文件数据解析及存储流程图；
图10为本发明的接收解码子系统流程图。
图中：1、接收终端；2、安装件；21、安装板；211、安装槽；212、安装螺钉；22、支撑件；221、支撑柱；222、减震弹簧；223、支撑板；224、吸盘；23、固定件；231、固定环；232、直杆；233、弯杆；234、顶杆；235、顶板；236、固定螺丝。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1
本发明提供嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统，如图1-图3所示，包括接收终端1和安装在接收终端1顶部的安装件2，安装件2包括安装板21，安装板21的顶部设置有支撑件22，支撑件22上套设有固定件23，安装板21的内部设置有安装槽211，安装板21的外壁安装有多个安装螺钉212，支撑件22包括安装在安装板21顶部的支撑柱221，支撑柱221的顶部设置有支撑板223，支撑柱221和支撑板223之间安装有减震弹簧222，支撑板223的顶部设置有多个吸盘224。
本实施例中，减震弹簧222的一端和支撑板223焊接固定，减震弹簧222的另一端和支撑柱221焊接固定，便于将支撑板223上受到的振动力传递至减震弹簧222上，进而减少支撑柱221受到的影响。
进一步的，安装板21整体呈“凹”字形，便于将安装板21整体卡在接收终端1顶部，完成安装板21和接收终端1的安装。
具体的，吸盘224环形阵列分布在支撑板223顶部，且吸盘224采用橡胶材质制成，便于将吸盘224吸附在车厢顶部，且吸盘224环形阵列分布在支撑板223，使得支撑板223受力均匀，同时吸盘224采用韧性材质制成，能够进一步减少振动的作用力。
本实施例的嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统的支撑件22在安装时，将安装板21的安装槽211卡入接收终端1顶部，并将安装螺钉212螺入安装板21，使得安装螺钉212穿过安装板21固定在接收终端1上，实现安装板21和接收终端1的安装，此时通过吸盘224吸附在车厢顶部，使得支撑板223固定在车厢顶部，当车箱产生晃动使，支撑板223受到的振动力传递至减震弹簧222上，通过减震弹簧222自身的弹性减弱振动的作用力，使得支撑柱221上受到的振动力减弱，进而保障在野外环境下，接收终端1整体的稳定性。
实施例2
作为本发明的第二种实施例，为了便于对接收终端1进行固定安装，本发明还对固定件23作出改进，作为一种优选实施例，如图4所示，固定件23包括固定环231，固定环231的外壁安装有多个直杆232，直杆232的一端设置有弯杆233，弯杆233的另一端安装有顶杆234，顶杆234的顶部安装有顶板235，顶板235的两端分别设置有固定螺丝236。
本实施例中，固定环231的内径和支撑柱221的外径相适配，便于将固定环231套在支撑柱221内部，同时固定环231的内壁和支撑柱221的外壁焊接固定，使得固定环231固定在支撑柱221上。
进一步的，直杆232以固定环231的圆心呈环形阵列设置，本实施例的直杆232优选为四个，便于通过四周的直杆232对固定环231进行固定，提高整体安装的稳定效果。
具体的，顶杆234的顶部和顶板235的底部焊接固定，同时直杆232、弯杆233和顶杆234为一体成型结构，使得直杆232、弯杆233和顶杆234之间连接紧密，不易断裂。
本实施例的嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统的固定件23在安装时，当吸盘224吸附在车厢顶部后，顶板235也贴合在车厢顶部，此时通过固定螺丝236螺入顶板235，并将固定螺丝236穿过顶板235固定在车厢顶部，完成整体安装，同时直杆232、弯杆233和顶杆234固定在固定环231的四周，提高安装件2整体的稳定效果。
实施例3
作为本发明的第三种实施例，为了接收终端1实现气象数据的接收，本发明还对接收终端1作出改进，具体如图1所示，接收终端1包括数据文件接收模块、卫星信号处理模块、接收调度模块、传输应用协议解析模块和喷泉编码解析模块；数据文件接收模块用于卫星接收天线、低噪放单元实现卫星电视信号的接收；卫星信号处理模块用于卫星电视信号的变频、解调、解码和气象水文数据的存放；接收调度模块用于根据优先级调度线程的方式进行气象水文数据文件处理；传输应用协议解析模块利用气象水文专用传输应用协议对气象水文数据业务编码包进行解析，并将解析出的文件存至硬盘临时存储目录；喷泉编码解析模块用于将气象水文专用传输应用协议解析模块解析出的临时文件进行喷泉编码解码，解析成气象水文数据原始文件，存储至临时目录。
本实施例中，数据接收模块基于卫星接收天线、低噪放单元实现卫星电视信号的接收。卫星接收天线接收到卫星信号，经过室外单元降噪处理，将信号传输至卫星信号处理模块。
进一步的，卫星信号处理模块实现卫星电视信号的变频、解调、解码和气象水文数据的存放。基于DVB-S(数字卫星广播系统标准)，信号流的解调采用QPSK(四相相移键控调制)方式，工作频率为L波段(950-2150MHz)。
其中，程序关联表包含对应的包头PID值固定为0x0000。通过程序关联表可以找到节目映射表的PID值，进而得到数据量的PID值。因此找到程序关联表是解析TS流的关键。通过上述分析，得到解析TS流的流程如图5所示，解析步骤如下：
1)、依次按顺序解析收到的TS包的包头，并提取其PID值。如果其PID值是0x0000，则执行步骤2)，否则丢弃该TS包，继续接收下一个TS包。
TS包头的解析数据结构(只对自适应字段之前的内容进行检验)：
typedef struct TsS_Header{
unsigned char Sync_byte；//同步字节
Bool Transport_error_indicator；//传送错误指示
Bool Payload_unit_star_indicator；//净荷开始指示
Bool Transport_priority；//传送优先级
unsigned short PID；//PID
unsigned char Transport_scrambling_control；//传送加密控制位
unsigned char Adaptation_field_control；//自适应字段控制字
unsigned char Continuity_counter；//连续性计数器
}TS_Header_t；
同一数据流的应当具有相同的PID。利用净荷开始指示和连续性计数器的定义，只有净荷开始指示为1的TS包才有数据加载，并且连续性计数器应该是从0x0000～0x1111连续计数的。利用这些，可以检测封装气象水文数据流的TS的连续性和完整性，也是判断正确组数据包的依据。
2)、从1)中PID为0x0000的程序关联表中获取节目映射表所对应的PID。
3)、继续按顺序解析收到的TS包的包头，并提取其PID值，直到其值与(2)中获取的节目映射表所对应的PID一致。从该包中提取节目码流格式码和气象水文数据流的PID，挂载气象水文数据提取进程。现在已经得到了气象水文数据流的信息，因此可以为要接收到的气象水文数据文件挂载解码函数，同时创建解码线程。
气象水文数据提取进程的主要数据结构：
typedef struct TS_PID_filter{
unsigned short subtype；//数据类型
unsigned short PID；//PID编号
unsigned char*pes_buf；//打包基本流接收缓冲区
unsigned int pes_curposition；//打包基本流接收缓冲区数据位置
TS_Header_tTSPes_Header；//打包基本流头部结构
unsigned long int pts；//当前打包基本流对应的文件显示时间戳
unsigned long int dts；//当前打包基本流对应的文件解码时间戳
unsigned short payloadtype；//当前PID对应的净荷类型
void*pFuncPutStream；//打包基本流放入解码缓冲回调函数指针
}*TS_PID_filter_t；
4)、后续收到的TS包，依然要逐个提取其PID值并进行甄别。如果是程序关联表，跳转回(1)，更新程序关联表数据。如果是打包基本流，从中解码出气象水文数据，组成完整的气象水文文件，送入文件缓冲区，等待后续处理。
由于TS流的封装和数据装载方式灵活多样，一个完整的节目特定信息(PSI)分组和气象水文数据(PES)分组往往都被封装在多个TS包中，因此，怎么样准确的从多个TS包中将完整的节目特定信息分组和气象水文数据分组解析出来，同时还能够将头部数据和气象水文数据从气象水文数据分组中成功的进行分离就成为了TS流解析的重点问题。气象水文数据的头部数据包含有接收数据分组大小、数据类型以及气象水文数据文件的时间戳等重要信息，而TS包头中的净荷开始指示位则指出了该TS包中有效负载起始的第一个字节，也就是节目特定信息或者气象水文数据头部的起始，但是无法保证里面含有完整的节目特定信息或者气象水文数据头部信息。因此程序必须要确保能够完整的接收气象水文数据包头，然后再对包头进行解析，根据其中的气象水文数据分组长度信息和气象水文数据分组数据长度等定位信息来进行定位和接收完整的气象水文数据。针对上述情况，本发明根据净荷开始指示位的不同数值分别进行处理，具体如下：
(1)如果接收到的TS包PID无误，同时净荷开始指示位值为1，说明其有效负载分是新的气象水文数据分组的起始。此时再检查该TS包中是否包括全部的分组头部信息。如果包含全部分组头部信息，则对分组头部信息进行解析，置位包头解析标志，然后再根据解析结果对其余气象水文数据部分进行定位和处理。如果没有包含完整分组头部信息，则现将该TS包中的包头信息暂时存储，等待继续接收后面相同PID的TS包。
(2)如果接收到的TS包PID无误，同时净荷开始指示位值为0，此时开始对包头解析标志进行判断。如果已经置位，说明其有效负载段中没有节目特定信息或者气象水文数据头部。因此可以根据之前的气象水文数据分组头部解析结果对气象水文数据进行定位和接收，进而组成完整的气象水文数据。
气象水文数据分离算法的流程图如图6所示。
进一步的，针对气象水文文件接收呈现短时间内大量涌入的实际情况，硬盘中专门开辟了一块大小适中缓冲区域，临时存储刚刚接收并且等待处理的文件，并形成文件排队链表。由于气象水文文件较多，必须考虑待处理文件积压情况，当链表节点超过特定个数时，系统自动将后加入的节点存入本地硬盘的缓冲区域；删除内存中的链表节点后，再陆续从缓冲区中将待处理节点内容读入。如此一来，需要一个算法来确定链表的先后顺序问题。
为了能充分合理的利用嵌入式系统，保证重要的数据能够第一时间存储到硬盘的指定位置，实现气象水文数据接收的高效率，必须改进信息的收发机制，按优先级调度线程的方式进行气象水文数据文件处理，算法流程如图7所示，优先级的划分根据发送数据的种类确定，发送优先级见下表：
优先级表
常规资料和非常规资料通道的优先级只有在信道发生争用的时候才能体现出来。如果次高优先级通道中发送的文件总量超过了某个阈值，系统通过调整，降低低优先级通道的线程数，增加高优先级通道的线程数，保证数据接收的实时性。应急通道的优先级高于其他任何一个通道，它发送的是实时性要求非常高的资料，只有在重要的任务保障或者发送少量的重要临时文件时应用，线程调度策略流程图如图8所示。
此外，气象水文专用传输应用协议解析模块利用气象水文专用传输应用协议对气象水文数据业务编码包进行解析，并将解析出的文件存至硬盘临时存储目录。接收终端通过站点配置子系统配置PID，在配置生效之后，终端就可以实现对气象水文数据的自行下载，具体的接收过程如下：
1)初始化嵌入式终端，站点配置子系统自动运行，该子系统根据系统预置和用户配置的授权文件产生授权信息，同时，也可以从发送端获取发送的授权信息，并自动按照最新的授权信息更新本机配置；
2)根据本机的授权信息，打开有权限接收文件的第一个气象水文数据通道，根据站点配置子系统中提供的PID信息开始进行接收，所有气象水文数据的PID都是一样的，TID则是每个气象水文文件都不一样，每一个气象水文数据文件收完后，下一个有权限接收气象水文数据文件的数据通道会被系统自动打开，如此往复，系统会依次接收下来所有有权接收的气象水文数据文件；
3)一个气象水文数据列表发送完毕后，再开启第二个列表的发送，此时，嵌入式接收设备会根据是否更新授权信息而根据最新的授权信息而决定是否继续接收。
其中，将文件数据写入嵌入式设备SATA硬盘的应用开发，设计实现流程如下：
1)初始化任务，包括创建任务、创建消息队列、打开中断、打开授权数据接收通道等操作；
2)创建并打开数据缓冲区，根据授权信息打开气象水文数据PID通道，按照3.2中所描述的步骤开始接收气象水文数据；
3)根据接收到的第一个section，解析出文件名、文件id、文件长度等气象水文数据文件系统信息，同时给硬盘发送创建文件的消息，在硬盘中创建一个文件；
4)将section按顺序接收，并依次存入缓冲区。若缓冲区写满，给硬盘发送写文件消息。该消息将缓冲区内的数据按照指定的方式写入硬盘中预先被指定的位置中。同时采用了双缓冲区的设计，以避免缓冲区内的数据被冲洗掉并且保证了气象水文数据的接收速度。先将接收缓冲区内的数据导入写缓冲区，再从写缓冲区将数据写入硬盘；
5)将4)进行重复，直到满足条件this_section＝＝total_section。此时系统发送最后一个写文件消息，成功写入硬盘后，整个气象水文数据文件即接收完成。
授权信息的解析和文件数据解析及存储流程如图9所示。
具体的，喷泉编码解析模块负责将气象水文专用传输应用协议解析模块解析出的临时文件进行喷泉编码解码，解析成气象水文数据原始文件，存储至临时目录，本发明采用LT码，LT码是第一个真正意义上的喷泉码，它可以生成任意长的一个编码数据流，其每一个编码包都按同一算法独立生成，算法如下：
1)将原始数据等分为个数据包，在范围内按某一个分布(称为编码度分布)随机选取一个整数，其中称为该码的码长，称为编码包的度；
2)在数据包中均匀的随机选取个不同包；
3)对这个包求异或，得到一个编码包。
编码度分布表示随机选到整数的概率为，其中D为能取到的最大度数。编码度分布还可以用函数的形式来表达，即：
LT码的译码采用一种迭代算法。在译码的每一步，译码器都在编码包集合中寻找度为1的包，这些包组成的集合称为输出可译集。他们连接的数据包组成的集合称为输入可译集。输出可译集中的元素与对应的相连的数据包取值相同，因此输入可译集中的所有数据包都能被直接译出。在此之后，译码器将一个译出的数据包与跟它相连的所有编码包进行异或，计算结果取代对应编码包原来的值，完成之后删除与它们之间的连接关系。重复上述过程直到不存在度为1的包为止。如果所有数据包都被恢复则译码成功，否则译码失败。
LT码的编码和译码均需次符号异或操作。接收端需接收略大于个编码包(符号)才能以不低于的概率成功译码。为了提高译码的成功率，LT码的译码一般需要接收大于个数据包，这个额外接收的编码数量与码长之比称为译码开销(overhead)，其典型值为5％，接收解码子系统流程如图10所示
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统，包括接收终端(1)和安装在所述接收终端(1)顶部的安装件(2)，其特征在于：所述安装件(2)包括安装板(21)，所述安装板(21)的顶部设置有支撑件(22)，所述支撑件(22)上套设有固定件(23)，所述安装板(21)的内部设置有安装槽(211)，所述安装板(21)的外壁安装有多个安装螺钉(212)，所述支撑件(22)包括安装在安装板(21)顶部的支撑柱(221)，所述支撑柱(221)的顶部设置有支撑板(223)，所述支撑柱(221)和支撑板(223)之间安装有减震弹簧(222)，所述支撑板(223)的顶部设置有多个吸盘(224)；所述安装板(21)整体呈“凹”字形；所述吸盘(224)环形阵列分布在支撑板(223)顶部；所述固定件(23)包括固定环(231)，所述固定环(231)的外壁安装有多个直杆(232)，所述直杆(232)的一端设置有弯杆(233)，所述弯杆(233)的另一端安装有顶杆(234)，所述顶杆(234)的顶部安装有顶板(235)，所述顶板(235)的两端分别设置有固定螺丝(236)。
2.根据权利要求1所述的嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统，其特征在于：所述固定环(231)的内径和支撑柱(221)的外径相适配。
3.根据权利要求2所述的嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统，其特征在于：所述直杆(232)以固定环(231)的圆心呈环形阵列设置。
4.根据权利要求3所述的嵌入式卫星气象水文数据广播应用系统，其特征在于：所述顶杆(234)的顶部和顶板(235)的底部焊接固定。
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