CN110855345A - 基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法 - Google Patents
基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本公开提供一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法，包括：地面接收站对静止轨道卫星实拍实传的原始数据进行实时接收和传输；帧同步模块进行初始化，进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，并生成帧同步数据流；对帧同步数据流进行处理；当前景图像数据和辅助数据全部接收完毕后，进行图像拼接，提取编目信息，将辅助数据和图像数据写入到一个文件，利用当前景数据编目信息发起本景图像快速处理；本景图像快速处理时，同时进行辐射处理和系统几何处理，并利用岛礁进行几何精校正，生成、优化RPC系数；以及利用RPC系数将图像转换成GeoTif图像文件，将引导信息导入到GeoTif图像上，进行图像自动裁切，缩小图像范围，加速移动目标检测。
Description
技术领域
本公开涉及卫星数据处理技术领域，尤其涉及一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法。
背景技术
静止轨道成像卫星作为一种重要的战略资源，具有动态目标探测能力和动态目标连续跟踪能力，具有广阔的应用场景，已经引起了各国的高度重视，美国、欧空局、俄罗斯等国家都在积极发展静止轨道成像技术，并已成功应用到气象、高分辨率对地观测等领域(参见Meng Ling-jie，Guo Ding，Tang Meng-hui，et al.Development Status and Prospectof High Resolution Imaging Satellite in Geostationary Orbit[J].SpacecraftRecovery&Remote Sensing，2016，04：1-6)。美国、欧空局、日本、印度等国家相继实施了静止轨道卫星计划，我国在气象应用方面相继发射了“风云”系列气象卫星，并于2015年12月29日在西昌卫星发射中心成功发射了我国首颗高分辨率地球静止轨道面阵凝视光学遥感卫星。
静止轨道卫星具备“凝视”成像能力和持续跟踪能力，能够连续成像，可对固定区域进行长时间连续拍摄，形成遥感序列图。对目标区域进行连续侦照，可对移动目标进行连续跟踪监视，这是低轨卫星无法做到的，但是由于静止轨道卫星轨道高，受大气干扰严重，与极轨卫星相比，分辨率和系统几何定位精度偏低(参见Xu Wen，Long Xiao-xiang，LiQing-peng，Cui Lin，Zhong Hui-min.Image Radiometric and Geometric AccuuraryEvaluation of GF-4 Satellite[J].Spacecraft Recovery&Remote Sensing，2016,04：16-25)。
极轨卫星围绕地球飞行，需要在经过顶地面接收站时，才能通过星地链路进行数据下传，下传时间一般在10分钟左右，在数据时效性要求不是很高的情况下，可以在数据全部接收完毕以后再进行事后数据处理，但是静止轨道卫星定点于赤道上空，不存在过顶接收的问题，可持续数小时向地面接收站下传数据，如果等待数小时至数据接收完毕以后，再进行事后数据处理，将无法满足移动目标检测的高时效性要求。
移动目标检测与跟踪要求卫星数据具有高时效性和高定位精度，如果时效性不高，获取的移动目标位置的意义就会大大降低，同样如果图像定位精度低，获取的目标位置就会存在很大误差，也无法满足实用性要求。
公开内容
(一)要解决的技术问题
基于上述问题，本公开提供了一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法，以缓解现有技术中卫星数据因时效性不高导致移动目标位置的意义就会大大降低；因图像定位精度低导致获取的目标位置存在很大误差，实用性差等技术问题。
(二)技术方案
本公开的一个方面，提供一种基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，包括：
步骤S1：地面接收站对静止轨道卫星实拍实传的原始数据进行实时接收和传输；
步骤S2：解析任务订单，获取任务信息，读取参数文件，进行初始化，开辟接收和发送循环缓存buffer块，进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，并生成帧同步数据流；
步骤S3：对帧同步数据流进行解交织、虚拟信道分离、载荷数据提取、图像拼接、分景编目；当前景图像数据和辅助数据全部接收完毕后，进行图像拼接，提取编目信息，将辅助数据和图像数据写入到一个文件，利用当前景数据编目信息发起本景图像快速处理；
步骤S4：本景图像快速处理时，同时进行辐射处理和系统几何处理，并利用岛礁进行几何精校正，生成、优化RPC系数；以及
步骤S5：利用RPC系数将图像转换成GeoTif图像文件，与引导信息配合，实现移动目标检测，将引导信息导入到GeoTif图像上形成引导点，以该引导点为中心，进行图像自动裁切，缩小图像范围，加速移动目标检测。
在本公开实施例中，所述步骤S1中，地面接收站接收到卫星数据后，通过TCP/IP协议实时传输，一路按照协议进行数据落盘，存储到指定路径下，一路实时转发至帧同步模块。
在本公开实施例中，所述步骤S2中，通过帧同步模块解析任务订单，获取任务信息，根据任务订单读取本地硬盘上的参数文件，进行初始化，生成同步码查找表、字节查找表、字节对齐查找表、PN码解扰数组，开辟接收和发送循环缓存buffer块。
在本公开实施例中，所述任务信息包括：卫星标识、传感器标识、接收IP、发送IP、以及端口号。
在本公开实施例中，所述步骤S2中帧同步处理具体包括：启动数据接收、处理和发送三个线程，将接收到的原始数据依次写入到接收循环缓存buffer块中，写满一个buffer块后，通知处理线程进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，帧同步处理完成之后生成帧同步数据流。
在本公开实施例中，步骤S4中，系统几何处理时利用当前帧和前2帧辅助数据进行姿轨拟合，生成RPC系数。
在本公开实施例中，步骤S4中，利用岛礁进行几何精校正时，第一帧采用人工辅助选择岛礁区域，自动选择匹配点，后续帧自动进行匹配。
在本公开实施例中，步骤S4中，辐射处理采用OpenMP方法，进行多线程处理。
在本公开的另一方面，提供一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统，通过以上任一项所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法对卫星数据进行处理，所述基于流式的高时效性静轨卫星处理系统，包括：
帧同步模块，用于解析任务订单，获取任务信息，读取参数文件，进行初始化，开辟接收和发送循环缓存buffer块，进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，并生成帧同步数据流；
格式化处理模块，对帧同步数据流进行解交织、虚拟信道分离、载荷数据提取、图像拼接、分景编目；当前景图像数据和辅助数据全部接收完毕后，进行图像拼接，提取编目信息，将辅助数据和图像数据写入到一个文件，利用当前景数据编目信息发起本景图像快速处理；以及
图像快速处理模块，本景图像快速处理同时进行辐射处理和系统几何处理，并利用岛礁进行几何精校正，生成、优化RPC系数；利用RPC系数将图像转换成GeoTif图像文件，与引导信息配合，实现移动目标检测，将引导信息导入到GeoTif图像上形成引导点，以该引导点为中心，进行图像自动裁切，缩小图像范围，加速移动目标检测。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)利用静止轨道卫星采用实拍实传模式进行侦照，地面接收站在接收到数据后实时转发至处理系统，处理系统在接收到卫星数据后，进行实时帧同步和格式化处理，对生成的单景图像进行快速图像处理和目标检测，整个过程为流式处理，具有较高的时效性。
(2)进行数据快速处理时，同时启动辐射和系统几何快速处理两个进程，辐射和系统几何快速处理两个进程并行处理，辐射处理采用OpenMP并行处理，减少处理环节耗时，同时为了提高几何定位精度，采用当前景和前面2景图像辅助数据进行姿轨数据拟合。
(3系统几何处理之后，利用岛礁进行匹配，提高系统定位精度，能更准确的给出移动目标位置信息。
(4)在进行移动目标检测时，与引导信息协同配合，首先在关注区附近进行小范围裁切，加速目标检测过程，然后利用移动目标与云层的异质运动特性等多时相性信息进行弱小目标检测。
附图说明
图1为本公开实施例基于流式的高时效性静轨卫星处理系统的组成示意图。
图2为本公开实施例基于流式的高时效性静轨卫星处理方法的流程示意图。
图3为本公开实施例基于流式的高时效性静轨卫星处理方法的具体流程架构示意图。
图4为本公开实施例基于流式的高时效性静轨卫星处理方法中静轨卫星的数据下传流程示意图。
图5为本公开实施例基于流式的高时效性静轨卫星处理方法中帧同步处理流程示意图。
具体实施方式
本公开提供一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法，由于静止轨道卫星定点于赤道上，能够对移动目标或关注区进行连续跟踪监视，由于移动目标的运动特性，对卫星侦照、数据传输以及数据处理的时效性和定位精度都提出了很高的要求。针对静止轨道卫星的使用特点，本发明提出了一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法，静止轨道卫星采用实侦实传模式进行拍摄，地面接收站接收到卫星码流数据后，直接实时传输至处理系统，处理系统接收到卫星码流后，一路将数据进行存储，一路进行实时软件帧同步、解扰、解交织，提取有效载荷数据，单景图像拼接完成之后，同时发起辐射和系统几何处理，再利用离岸岛礁进行几何精校正，优化RPC系数，生成带地理信息的geotif文件，再对geotif文件进行移动目标检测与跟踪。本方法通过卫星实拍实传和快速流式处理，实现了从卫星侦照、数据传输到数据快速处理完整链路的快速处理流程，大大提高了系统的时效性。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
在本公开实施例中，如图1所示，提供一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统，包括：
帧同步模块，用于解析任务订单，获取任务信息，读取参数文件，进行初始化，开辟接收和发送循环缓存buffer块，进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，并生成帧同步数据流；
格式化处理模块，对帧同步数据流进行解交织、虚拟信道分离、载荷数据提取、图像拼接、分景编目；当前景图像数据和辅助数据全部接收完毕后，进行图像拼接，提取编目信息，将辅助数据和图像数据写入到一个文件，利用当前景数据编目信息发起本景图像快速处理；
图像快速处理模块，同时进行辐射处理和系统几何处理，并利用岛礁进行几何精校正，生成、优化RPC系数；利用RPC系数将图像转换成GeoTif图像文件，与引导信息配合，实现移动目标检测，将引导信息导入到GeoTif图像上形成引导点，以该引导点为中心，进行图像自动裁切，缩小图像范围，加速移动目标检测
在本公开实施例中，提供一种基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，结合图1至图5所示，所述基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，包括如下步骤：
步骤S1：地面接收站对静止轨道卫星实拍实传的原始数据进行实时接收和传输；
静止轨道卫星采用实拍实传模式进行侦照，拍摄一景数据后，立即进行格式编排，通过星地传输链路，传输至地面接收站，地面接收站接收到卫星数据后，通过TCP/IP协议实时传输至处理系统，处理系统接收到卫星数据后，一路按照协议进行数据落盘，存储到指定路径下，一路实时转发至帧同步模块；
步骤S2：解析任务订单，获取任务信息，读取参数文件，进行初始化，开辟接收和发送循环缓存buffer块，进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，并生成帧同步数据流；
帧同步模块软件启动后，解析任务订单，获取卫星和传感器标识、接收和发送IP与端口号等任务信息，根据任务订单读取本地硬盘上的参数文件，进行初始化，生成同步码查找表、字节查找表、字节对齐查找表、PN码解扰数组等，开辟接收和发送循环缓存buffer块；
帧同步模块将接收到的原始卫星数据依次写入到接收循环缓存buffer块中，写满一个buffer块后，通知处理线程进行帧同步处理和解扰处理；同时计算丢帧数和误码率；帧同步处理完成之后，将帧同步数据流发送到格式化处理模块；
帧同步处理过程具体包括：帧同步模块软件启动数据接收、处理和发送三个线程，将接收到的原始数据依次写入到接收循环缓存buffer块中，写满一个buffer块后，通知处理线程进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，帧同步处理完成之后生成帧同步数据流，将帧同步数据流发送到格式化处理模块软件；
步骤S3：对帧同步数据流进行解交织、虚拟信道分离、载荷数据提取、图像拼接、分景编目；当前景图像数据和辅助数据全部接收完毕后，进行图像拼接，提取编目信息，将辅助数据和图像数据写入到一个文件，利用当前景数据编目信息发起本景图像快速处理；
格式化处理模块对帧同步数据流进行解交织、虚拟信道分离、载荷数据提取、图像拼接、分景编目，当前景图像数据和辅助数据全部接收完毕后，进行图像拼接，提取编目信息，将辅助数据和图像数据写入到一个文件，利用当前景数据编目信息发起本景图像快速处理；
步骤S4：本景图像快速处理时，同时进行辐射处理和系统几何处理，并利用岛礁进行几何精校正，生成、优化RPC系数；
图像快速处理模块同时启动辐射处理和系统几何处理软件，实现并行处理，辐射处理软件采用OpenMP方法，进行多线程处理，系统几何处理软件利用当前帧和前2帧辅助数据进行姿轨拟合，生成RPC系数；
辐射处理和系统几何处理完毕后，利用岛礁进行几何精校正，优化RPC系数；
辐射和系统几何处理完毕后，利用岛礁进行几何精校正，优化RPC系数，提高系统几何定位精度，第一帧采用人工辅助选择岛礁区域，自动选择匹配点，后续帧自动进行匹配，如果无法进行岛礁匹配时，直接转下一步；
步骤S5：利用RPC系数将图像转换成GeoTif图像文件，与引导信息配合，实现移动目标检测，将引导信息导入到GeoTif图像上形成引导点，以该引导点为中心，进行图像自动裁切，缩小图像范围，加速移动目标检测。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供了一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统及方法，静止轨道卫星采用实侦实传模式进行拍摄，地面接收站接收到卫星码流数据后，直接实时传输至处理系统，处理系统接收到卫星码流后，一路将数据进行存储，一路进行实时软件帧同步、解扰、解交织，提取有效载荷数据，单景图像拼接完成之后，同时发起辐射和系统几何处理，再利用离岸岛礁进行几何精校正，优化RPC系数，生成带地理信息的geotif文件，再对geotif文件进行移动目标检测与跟踪。本方法通过卫星实拍实传和快速流式处理，实现了从卫星侦照、数据传输到数据快速处理完整链路的快速处理流程，大大提高了系统的时效性。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，包括：
步骤S1：地面接收站对静止轨道卫星实拍实传的原始数据进行实时接收和传输；
步骤S2：解析任务订单，获取任务信息，读取参数文件，进行初始化，开辟接收和发送循环缓存buffer块，进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，并生成帧同步数据流；
步骤S3：对帧同步数据流进行解交织、虚拟信道分离、载荷数据提取、图像拼接、分景编目；当前景图像数据和辅助数据全部接收完毕后，进行图像拼接，提取编目信息，将辅助数据和图像数据写入到一个文件，利用当前景数据编目信息发起本景图像快速处理；
步骤S4：本景图像快速处理时，同时进行辐射处理和系统几何处理，并利用岛礁进行几何精校正，生成、优化RPC系数；以及
步骤S5：利用RPC系数将图像转换成GeoTif图像文件，与引导信息配合，实现移动目标检测，将引导信息导入到GeoTif图像上形成引导点，以该引导点为中心，进行图像自动裁切，缩小图像范围，加速移动目标检测。
2.根据权利要求1所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，所述步骤S1中，地面接收站接收到卫星数据后，通过TCP/IP协议实时传输，一路按照协议进行数据落盘，存储到指定路径下，一路实时转发至帧同步模块。
3.根据权利要求1所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，所述步骤S2中，通过帧同步模块解析任务订单，获取任务信息，根据任务订单读取本地硬盘上的参数文件，进行初始化，生成同步码查找表、字节查找表、字节对齐查找表、PN码解扰数组，开辟接收和发送循环缓存buffer块。
4.根据权利要求3所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，所述任务信息包括：卫星标识、传感器标识、接收IP、发送IP、以及端口号。
5.根据权利要求1所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，所述步骤S2中帧同步处理具体包括：启动数据接收、处理和发送三个线程，将接收到的原始数据依次写入到接收循环缓存buffer块中，写满一个buffer块后，通知处理线程进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，帧同步处理完成之后生成帧同步数据流。
6.根据权利要求1所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，步骤S4中，系统几何处理时利用当前帧和前2帧辅助数据进行姿轨拟合，生成RPC系数。
7.根据权利要求1所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，步骤S4中，利用岛礁进行几何精校正时，第一帧采用人工辅助选择岛礁区域，自动选择匹配点，后续帧自动进行匹配。
8.根据权利要求1所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法，步骤S4中，辐射处理采用OpenMP方法，进行多线程处理。
9.一种基于流式的高时效性静轨卫星处理系统，利用权利要求1至8任一项所述的基于流式的高时效性静轨卫星处理方法对卫星数据进行处理，所述基于流式的高时效性静轨卫星处理系统，包括：
帧同步模块，用于解析任务订单，获取任务信息，读取参数文件，进行初始化，开辟接收和发送循环缓存buffer块，进行帧同步处理和解扰处理，同时计算丢帧数和误码率，并生成帧同步数据流；
格式化处理模块，对帧同步数据流进行解交织、虚拟信道分离、载荷数据提取、图像拼接、分景编目；当前景图像数据和辅助数据全部接收完毕后，进行图像拼接，提取编目信息，将辅助数据和图像数据写入到一个文件，利用当前景数据编目信息发起本景图像快速处理；以及
图像快速处理模块，本景图像快速处理同时进行辐射处理和系统几何处理，并利用岛礁进行几何精校正，生成、优化RPC系数；将图像转换成GeoTif图像文件，与引导信息配合，实现移动目标检测，将引导信息导入到GeoTif图像上形成引导点，以该引导点为中心，进行图像自动裁切，缩小图像范围，加速移动目标检测。
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