CN110649957B - 降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法、系统及介质 - Google Patents
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Abstract
降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法、系统及介质,属于遥感技术领域。本发明方法的步骤包括对原始遥感数据包中的GPS数据进行解析,获取卫星实时地理位置信息;根据所述实时地理位置信息,标识出海陆边界;对原始遥感数据进行解析,从中提取出遥感观测数据;根据所述海陆边界,剔除海陆交界处对应的遥感观测数据;对剔除海陆交界处对应的遥感观测数据之后的遥感观测数据进行异常数据标识,并判断是否存在异常数据;若存在,则对异常数据进行处理。本发明通过对经过滑环传输导致的遥感异常数据进行识别和处理,有效降低了滑环传输导致的遥感数据误码问题,提升系统性能和测量精度,代价较小。
Description
技术领域
本发明涉及降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法、系统及介质,属于遥感技术领域。
背景技术
本发明来源于HY-2卫星微波辐射计分系统地面应用系统研制任务。HY-2卫星微波辐射计系统于2011年8月成功发射,具有海面温度测量、海面风速测量、海冰观测和海洋上空降雨量、水蒸汽含量、液态水含量等参数的观测功能,在轨工作获得了大量实时遥感数据,为实时获取全球海洋动力环境参数奠定了基础。
星载微波辐射计系统工作过程如下:探测头部进行360度圆锥扫描,每个扫描周期内进行对地观测和两点定标,冷空天线和热源提供定标所需的两点参考信号;扫描工作时,天线接收到的遥感信号进入馈源,馈源将遥感信号按频率和极化分开后进入对应的频点、极化接收机,接收机对遥感信号进行低噪声放大、中频放大、检波后,变成为直流电平信号后送入信息采集器,信息采集器对各接收机输出的直流信号进行AD变换后形成原始遥感数据,数据为16bit补码形式,表征±5V范围的电压;原始遥感数据通过滑环送到综合处理器。综合处理器将原始遥感数据填入遥感数据包中,通过LVDS总线发送至卫星下传。滑环是系统转动部分和非转动部分之间进行信号传输的部件,通过电刷与环体之间相对滑动接触来传输信号。在相对运动的过程中,会出现电刷与环体接触开路的随机现象,表现为滑环传递信号的瞬断特性,导致原始遥感数据经过滑环传输时会出现误码,对系统测量性能产生影响。
本发明针对HY-2卫星微波辐射计系统在轨工作过程中,由于滑环瞬断特性,会导致遥感数据出现跳变现象,从而使在轨星载辐射计滑环出现误码情况。现有的解决办法是只能等待自行恢复正常,或通过增加硬件来代替滑环传输,代价较高。目前,该方法已成功应用于HY-2卫星地面应用系统,验证了该方法的可行性和正确性。该方法可直接应用到后续的海洋动力环境卫星辐射计系统以及其他同类型微波辐射计系统中,工程应用价值显著。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供了降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法、系统及介质,能够有效降低遥感数据误码问题,提升系统性能和测量精度,原理简单,易于实现,具备通用性。
本发明的技术解决方案是:降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法,包括如下步骤:
对原始遥感数据包中的GPS数据进行解析,获取卫星实时地理位置信息;根据所述实时地理位置信息,标识出海陆边界;
对原始遥感数据进行解析,从中提取出遥感观测数据;
根据所述海陆边界,剔除海陆交界处对应的遥感观测数据;
对剔除海陆交界处对应的遥感观测数据之后的遥感观测数据进行异常数据标识,并判断是否存在异常数据;若存在,则对异常数据进行处理,然后进入后续环节;如不存在,则直接进入后续环节;完成降低星载微波辐射计滑环传输误码率。
进一步地,所述判断是否存在异常数据的方法为:
选取观测点Vi,j,其中i是该点对应的扫描圈数,j表示该点为第j个观测点,对以该点为中心的相邻观测点进行均值和方差计算;
判断均值和方差计算结果是否满足判定条件;若满足,则判定该观测点Vi,j为异常数据,并将该观测点Vi,j标识为异常点,反之,则判定该观测点Vi,j不是异常数据,不进行标识。
进一步地,所述进行均值和方差计算的方法为:
均值
方差
其中,m、n分别为选取参与计算的扫描圈数和观测点数,aver(Vi,j)为观测点Vi,j的平均值,std(Vi,j)为观测点Vi,j的方差。
进一步地,所述判定条件为|Vi,j-aver(Vi,j)|≥3*std(Vi,j)。
进一步地,所述对异常数据进行处理的方法为:用V处理后=aver(Vi,j)-Vi,j/(m×n)代替原值Vi,j。
进一步地,所述遥感观测数据包括热源观测数据、冷空观测数据和对地观测数据。
一种实现所述的降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法的系统,包括
第一模块,对原始遥感数据包中的GPS数据进行解析,获取系统实时地理位置信息;根据所述实时地理位置信息,标识出海陆边界;
第二模块,对原始遥感数据进行解析,从中提取出遥感观测数据;
第三模块,根据所述海陆边界,剔除海陆交界处对应的遥感观测数据;
第四模块,对剔除海陆交界处对应的遥感观测数据之后的遥感观测数据进行异常数据标识,并判断是否存在异常数据;若存在,则对异常数据进行处理,然后进入后续环节;如不存在,则直接进入后续环节;完成降低星载微波辐射计滑环传输误码率。
进一步地,所述判断是否存在异常数据,具体的方法为:
选取观测点Vi,j,其中i是该点对应的扫描圈数,j表示该点为第j个观测点,对以该点为中心的相邻观测点进行均值和方差计算;均值方差其中,m、n分别为选取参与计算的扫描圈数量和观测点数量,aver(Vi,j)为观测点Vi,j的平均值,std(Vi,j)为观测点Vi,j的方差;
判断均值和方差计算结果是否满足|Vi,j-aver(Vi,j)|≥3*std(Vi,j);若满足,则判定该观测点Vi,j为异常数据,并将该观测点Vi,j标识为异常点,反之,则判定该观测点Vi,j不是异常数据,不进行标识。
进一步地,所述对异常数据进行处理,具体的方法为:用V处理后=aver(Vi,j)-Vi,j/(m×n)代替原值Vi,j。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时,实现所述降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法的步骤。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明方法方法通过地面,仅需对接收到的原始遥感数据包中的数据进行解析和处理,易于操作;
(2)本发明方法通过对经过滑环传输导致的遥感异常数据进行识别和处理,有效降低了滑环传输导致的遥感数据误码问题,提升系统性能和测量精度,代价较小,且适用于使用滑环的同类型微波辐射计系统,具备通用性。
附图说明
图1为本发明星载微波辐射计系统组成框图;
图2为本发明降低滑环传输误码流程图;
图3为本发明观测点选取示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图进行进一步解释说明。
星载微波辐射计系统构成框图如附图1所示。
在地面数据的处理过程中,针对滑环瞬断导致遥感数据传输误码现象,提出了一种降低滑环传输误码率的方法。
降低星载微波辐射计滑环传输误码率的流程如附图2所示,处理流程如下:
1、对原始遥感数据包中的GPS数据进行解析:GPS数据来源于卫星平台,通过对GPS数据的解析能够获取系统实时地理位置信息,根据解算出来的实时地理位置信息,将观测区域的海陆边界处进行标识;
2、对原始遥感数据进行解析:根据系统设计时序,热源观测数据、冷空观测数据和对地观测数据按照不同观测区域进行采集和区分,对原始数据包进行解析时按照不同观测区域将热源观测数据、冷空观测数据和对地观测数据分别进行提取;
3、根据海陆标识,将海陆交界处对应的观测数据进行剔除:海陆交界处的亮温值变化较大,对应的测量值相应出现较大变化,导致后续异常数据处理环节的判据失效,此外,在星载微波辐射计系统的数据预处理环节剔除海陆边界数据是常规做法,以避免较大的测量误差;
4、对剔除海陆交界处之后的热源观测数据、冷空观测数据和对地观测数据分别进行异常数据标识和处理,方法如下:
a、选取观测点,用Vi,j表示,其中i是该点对应的扫描圈数,j表示该点为第j个观测点,如图3所示,对以该点为中心的相邻观测点进行均值和方差计算:
其中,m、n分别表示选取参与计算的扫描圈数和观测点数,aver(Vi,j)代表平均值,std(Vi,j)代表方差;
b、对计算结果进行判决:若|Vi,j-aver(Vi,j)|≥3*std(Vi,j),则将该数据点标识为异常点,反之,则不进行异常标识和处理,直接进行后续处理;
c、对标识出来的异常点进行处理:V处理后=aver(Vi,j)-Vi,j/(m×n),将处理后的值V处理后代替原值Vi,j,进入后续处理环节。
一种实现如上所述方法的系统,包括
第一模块,对原始遥感数据包中的GPS数据进行解析,获取系统实时地理位置信息;根据所述实时地理位置信息,标识出海陆边界;
第二模块,对原始遥感数据进行解析,从中提取出遥感观测数据;
第三模块,根据所述海陆边界,剔除海陆交界处对应的遥感观测数据;
第四模块,对剔除海陆交界处对应的遥感观测数据之后的遥感观测数据进行异常数据标识,并判断是否存在异常数据。具体的方法为:选取观测点Vi,j,其中i是该点对应的扫描圈数,j表示该点为第j个观测点,对以该点为中心的相邻观测点进行均值和方差计算;均值方差其中,m、n分别为选取参与计算的扫描圈数量和观测点数量,aver(Vi,j)为观测点Vi,j的平均值,std(Vi,j)为观测点Vi,j的方差;判断均值和方差计算结果是否满足|Vi,j-aver(Vi,j)|≥3*std(Vi,j);若满足,则判定该观测点Vi,j为异常数据,并将该观测点Vi,j标识为异常点,反之,则判定该观测点Vi,j不是异常数据,不进行标识。
第四模块判断是否存在异常数据;若存在,则对异常数据进行处理:用V处理后=aver(Vi,j)-Vi,j/(m×n)代替原值Vi,j;然后进入后续环节;如不存在,则直接进入后续环节;完成降低星载微波辐射计滑环传输误码率。
一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该计算机程序被处理器执行时,实现上述方法的步骤。
实施例
在卫星在轨数据出现大量遥感数据异常,其原因是滑环瞬断特性频繁出现、系统遥感数据由于滑环传输导致的误码率大于10%,此时系统定标精度超过1.5K,超过技术要求的指标,使得系统业务连续性受到影响。
为了降低滑环传输导致的数据误码率,首先对遥感数据进行了解包、海陆边界标识以及剔除,按照热源、冷空及对地观测数据分别进行了提取。对提取后的数据进行了以下操作:以每一个观测点为数据中心,用Vi,j表示,其中i是该点对应的扫描圈数,j表示第j个观测点,对以该点为中心的9个相邻观测点进行均值和方差计算:
aver(Vi,j)代表平均值,std(Vi,j)代表方差;
对计算结果进行判决:若|Vi,j-aver(Vi,j)|≥3*std(Vi,j),则该数据点标识为异常点并进行处理:V处理后=aver(Vi,j)-Vi,j/(3×3),将处理后的值V处理后代替原值Vi,j,经统计采用该方法能够将由滑环传输导致的数据误码率降至0.1%,系统定标精度优于1K,满足要求,可以进行推广。
经验证:该发明能够将滑环传输导致的遥感数据误码率大幅降低,有效提升系统性能和测量精度,使得系统满足灵敏度优于0.5K、定标精度优于1K的系统指标要求。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (4)
1.降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法,其特征在于,包括如下步骤:
对原始遥感数据包中的GPS数据进行解析,获取卫星实时地理位置信息;根据所述实时地理位置信息,标识出海陆边界;
对原始遥感数据进行解析,从中提取出遥感观测数据;
根据所述海陆边界,剔除海陆交界处对应的遥感观测数据;
对剔除海陆交界处对应的遥感观测数据之后的遥感观测数据进行异常数据标识,并判断是否存在异常数据;若存在,则对异常数据进行处理,然后进入后续环节;如不存在,则直接进入后续环节;完成降低星载微波辐射计滑环传输误码率;
所述判断是否存在异常数据的方法为:
选取观测点Vi,j,其中i是该点对应的扫描圈数,j表示该点为第j个观测点,对以该点为中心的相邻观测点进行均值和方差计算;
判断均值和方差计算结果是否满足判定条件;若满足,则判定该观测点Vi,j为异常数据,并将该观测点Vi,j标识为异常点,反之,则判定该观测点Vi,j不是异常数据,不进行标识;
所述进行均值和方差计算的方法为:
均值
方差
其中,m、n分别为选取参与计算的扫描圈数和观测点数,aver(Vi,j)为观测点Vi,j的平均值,std(Vi,j)为观测点Vi,j的方差;
所述判定条件为|Vi,j-aver(Vi,j)|≥3*std(Vi,j);
所述对异常数据进行处理的方法为:用V处理后=aver(Vi,j)-Vi,j/(m×n)代替原值Vi,j。
2.根据权利要求1所述的降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法,其特征在于:所述遥感观测数据包括热源观测数据、冷空观测数据和对地观测数据。
3.一种实现权利要求1所述的降低星载微波辐射计滑环传输误码率的方法的系统,其特征在于:包括
第一模块,对原始遥感数据包中的GPS数据进行解析,获取系统实时地理位置信息;根据所述实时地理位置信息,标识出海陆边界;
第二模块,对原始遥感数据进行解析,从中提取出遥感观测数据;
第三模块,根据所述海陆边界,剔除海陆交界处对应的遥感观测数据;
第四模块,对剔除海陆交界处对应的遥感观测数据之后的遥感观测数据进行异常数据标识,并判断是否存在异常数据;若存在,则对异常数据进行处理,然后进入后续环节;如不存在,则直接进入后续环节;完成降低星载微波辐射计滑环传输误码率;
所述判断是否存在异常数据,具体的方法为:
选取观测点Vi,j,其中i是该点对应的扫描圈数,j表示该点为第j个观测点,对以该点为中心的相邻观测点进行均值和方差计算;均值:
方差:
其中,m、n分别为选取参与计算的扫描圈数量和观测点数量,aver(Vi,j)为观测点Vi,j的平均值,std(Vi,j)为观测点Vi,j的方差;
判断均值和方差计算结果是否满足|Vi,j-aver(Vi,j)|≥3*std(Vi,j);若满足,则判定该观测点Vi,j为异常数据,并将该观测点Vi,j标识为异常点,反之,则判定该观测点Vi,j不是异常数据,不进行标识;
所述对异常数据进行处理,具体的方法为:用V处理后=aver(Vi,j)-Vi,j/(m×n)代替原值Vi,j。
4.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:该计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1或2所述方法的步骤。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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