CN117294347A - 一种卫星信号接收处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于卫星信号处理领域，具体涉及一种卫星信号接收处理方法；该方法包括：卫星信号接收基带根据频率将模拟信号转化为数字信号，将数字信号打包并编号；将打包后的数字信号发送到消息队列的对应分区；消费者组从消息队列中状态为待消费的消息中选取消息进行处理，并将处理中的消息状态更改为消费中；在信号处理过程中对消费者组进行动态扩容，实现高效信号处理；本发明有效减少了消息堆积的情况出现，提高了系统硬件资源的利用率。
Description
技术领域
本发明属于卫星信号处理领域，具体涉及一种卫星信号接收处理方法。
背景技术
随着低轨卫星技术的快速发展，越来越多的卫星信号需要被接收和处理，卫星信号接收处理系统的压力也越来越大。在低轨卫星信号接收和处理系统中，基带处理是一个非常重要的环节，它涉及到信号的采集、滤波、解调、调制等多个方面。然而，由于低轨卫星信号接收基带以及处理系统中各个模块之间的耦合度较高，导致了一些问题的存在，例如：一旦其中某个模块出现问题，就可能会影响到整个系统的稳定性和可靠性。
为了提高低轨卫星信号接收处理系统的稳定性和可靠性，需要采取一些措施来降低各个模块之间的耦合度，从而减少故障的发生率，提高系统的稳定性和可靠性。常见的提升系统稳定性以及可靠性的方法有模块化设计、加入缓存等，其中模块化设计中不同模块的处理速度不尽相同，并且无法对系统进行动态扩容，存在灵活性较低的问题；而加入缓存则无法保证不同信号频域的隔离性，容易造成信号堆积。
消息队列可以被用于构建高效的信号处理系统。通过将信号发送到消息队列中，可以实现异步处理，从而减少处理信号所需的时间。此外，由于消息队列是一个分布式的系统，可以通过添加更多的处理节点来轻松地扩展信号处理系统的处理能力。
综上所述，亟需一种利用消息队列以提高低轨卫星信号接收处理系统的稳定性和可靠性的方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种卫星信号接收处理方法，该方法包括：
S1：卫星信号接收基带根据频率将模拟信号转化为数字信号，将数字信号打包并编号；
S2：将打包后的数字信号发送到消息队列的对应分区；
S3：消费者组从消息队列中状态为待消费的消息中选取消息进行处理，并将处理中的消息状态更改为消费中；
S4：对消费者组进行动态扩容，实现高效信号处理。
优选的，数字信号的编号包括数字信号的频率、当前时间戳、发送端MAC地址、接收端MAC地址和数字信号的内容哈希值。
优选的，步骤S2中，将打包后的数字信号发送到消息队列的对应分区包括：消息队列接收到数字信号后发送确认消息给发送端，发送端接收到确认消息则发送完成；若发送端未接收到确认消息则采用滑动窗口机制进行重传。
进一步的，发送端采用滑动窗口机制进行重传时的初始窗口时间为历史发送消息到收到确认消息的时间平均值。
优选的，对消费者组进行动态扩容的过程包括：
S41：初始化各个线程池的核心线程数以及最大线程数；
S42：每个消费者在成功消费后计算线程池利用率；
S43：每个消费者在成功消费后计算当前CPU利用率；
S44：当CPU利用率高于99%时，对线程池利用率最低的线程池进行动态缩容；
S45：当CPU利用率低于95%，且利用率最高的线程池的利用率高于90%时，对线程池利用率最高的线程池进行动态扩容。
进一步的，初始化各个线程池的核心线程数以及最大线程数的公式为：
其中，表示每个线程池的初始核心线程数，表示系统的CPU核心总数，表示
线程池总数，表示每个线程池的初始最大线程数。
进一步的，计算线程池利用率的公式为：
其中，表示线程池k的利用率，表示线程池k的核心线程数，表示每个任务的
处理时间，表示每个任务的等待时间。
进一步的，线程池进行缩容指销毁线性池中一个空闲状态的核心线程并将线性池的核心线程数和最大线程数均减一，线程池进行扩容指在线性池中增加一个核心线程并将线性池的核心线程数和最大线程数均加一。
本发明的有益效果为：本发明充分考虑低轨卫星信号的特点，将不同频率的信号放到消息队列的不同分区，利用消息队列对信号处理流程进行解耦，实现了不同频率消息的异步、隔离处理，增强了消息处理的灵活性和扩展性；信号处理器由动态线程池组成，提供一种基于线程池利用率的动态线程池，将利用率低的线程池进行缩容，同时将利用率高的线程池进行扩容，从而减少消息堆积出现的频率同时又提高了系统资源利用率。本发明实现了不同频率的信号处理的隔离，避免了消息堆积，提升了消息处理的速率，是一种灵活性高、耦合性低、扩展性强、高效的卫星信号处理方法。
附图说明
图1为本发明中卫星信号接收处理方法流图图；
图2为本发明中数字信号在消息队列中的保存结构示意图。
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。
本发明提出了一种卫星信号接收处理方法，如图1所示，所述方法包括以下内容：
S1：卫星信号接收基带根据频率将模拟信号转化为数字信号，将数字信号打包并编号。
卫星信号接收基带对频分复用的模拟信号进行采集；采用傅里叶快速变换将模拟信号转换为不同频率的数字信号并分段打包；为了保证信号只被处理一次，对信号段标记全局唯一的编号；编号结构由数字信号的频率（1字节）、当前时间戳（8字节）、发送端MAC地址（4字节）、接收端MAC地址（4字节）和数字信号的内容哈希值（7字节）组成。
S2：将打包后的数字信号发送到消息队列的对应分区。
每个信号频率对应一个消息队列分区，将打包后的数字信号发送到消息队列的对应分区；打包后的数字信号在消息队列中的保存结构体如图2所示，头部24字节为打包后的数字信号的唯一ID，后面4字节为消息偏移量，随后四字节为CRC校验码（保证消息的完整性），随后2字节为消息的消费状态，再随后2字节为消息主体的长度，再随后四字节为消息过期时间；通过该结构体能够使得消费者以及消息队列能够更快捷地获取以及设置需要的信息，例如消息的ID、消费状态等，保证了消息的唯一性、可维护性，以及消费的幂等性；同时为了避免消息丢失。
消息队列收到这些消息后需要对这些消息进行确认；具体的，消息队列接收到数字信号后发送确认消息给发送端，发送端接收到确认消息则发送完成；若发送端未接收到确认消息则采用滑动窗口机制进行重传。优选的，发送端采用滑动窗口机制进行重传时的初始窗口时间为历史发送消息到收到确认消息的时间平均值：
其中，为历史发送消息到收到确认消息的时间平均值，即滑动窗口重传的初
始窗口时间，为第i次发送消息到收到确认的时间，为发送消息的次数。
实际发送窗口时间为：
其中，为实际发送窗口时间，k为重传的次数。
S3：消费者组从消息队列中状态为待消费的消息中选取消息进行处理，并将处理中的消息状态更改为消费中。
当信号处理器的消费者组空闲时，周期性从消息队列中对应消息队列分区拉取一定量的数字信号进行解压、解码、解密等处理，输出解析后的消息；同时，在信号被某个消费者拉取后，将消息队列中的对应消息的状态将会由待消费更改为消费中，其它消费者只能够拉取其他待消费的信号。
S4：对消费者组进行动态扩容，实现高效信号处理。
消费者组可以由管理员根据各频率信号的数据量以及处理情况进行动态扩容，防止发送消息堆积以及处理不及时的情况。本发明的系统提供一种基于线程池利用率的动态线程池，在信号处理过程中，将利用率低的线程池进行缩容，同时将利用率高的线程池进行扩容，从而减少消息堆积出现的频率、避免CPU资源利用不充分的缺陷，提高资源利用率；同时又能保证消息的隔离性，其具体步骤如下：
S41：初始化各个线程池的核心线程数以及最大线程数。
根据系统性能对各个线程池的核心线程数以及最大线程数进行初始化，可通过配置文件对每一个线程池进行初始化：
其中，表示每个线程池的初始核心线程数，表示系统的CPU核心总数，表示
线程池总数，表示每个线程池的初始最大线程数。
S42：每个消费者在成功消费后计算线程池利用率。
每个消费者的线程池维护一个线程池利用率变量，每个消费者在成功消费后线程池利用率变量，计算公式为：
其中，表示线程池k的利用率，即线程池中实际使用的线程数与线程池中的线程
总数之比；表示线程池k的核心线程数，表示每个任务的处理时间，表示每个任务的
等待时间。
S43：每个消费者在成功消费后计算当前CPU利用率。
其中，表示系统CPU总利用率，表示CPU空闲时间加执行时间，表示CPU
执行时间。
S44：当CPU利用率高于99%时，对线程池利用率最低的线程池进行动态缩容。
当CPU利用率高于99%时，销毁线程池利用率最低的线性池中一个空闲状态的核心线程并将线性池的核心线程数和最大线程数均减一：
1
其中，为线程池利用率最低的线程池的核心线程数，为线程池利用
率最低的最大线程数。
S45：当CPU利用率低于95%，且利用率最高的线程池的利用率高于90%时，对线程池利用率最高的线程池进行动态扩容。
当CPU利用率低于95%，且利用率最高的线程池的利用率高于90%时，在线程池利用率最高的线程池中增加一个核心线程并将线性池的核心线程数和最大线程数均加一：
+1
其中，为线程池利用率最高的线程池的核心线程数，为线程池利用
率最高的最大线程数。
在信号处理器处理卫星信号的过程中，通过对消费者组进行动态扩容，可实现高效的信号处理。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种卫星信号接收处理方法，其特征在于，包括：
S1：卫星信号接收基带根据频率将模拟信号转化为数字信号，将数字信号打包并编号；
S2：将打包后的数字信号发送到消息队列的对应分区；
S3：消费者组从消息队列中状态为待消费的消息中选取消息进行处理，并将处理中的消息状态更改为消费中；
S4：对消费者组进行动态扩容，实现高效信号处理。
2.根据权利要求1所述的一种卫星信号接收处理方法，其特征在于，数字信号的编号包括数字信号的频率、当前时间戳、发送端MAC地址、接收端MAC地址和数字信号的内容哈希值。
3.根据权利要求1所述的一种卫星信号接收处理方法，其特征在于，步骤S2中，将打包后的数字信号发送到消息队列的对应分区包括：消息队列接收到数字信号后发送确认消息给发送端，发送端接收到确认消息则发送完成；若发送端未接收到确认消息则采用滑动窗口机制进行重传。
4.根据权利要求3所述的一种卫星信号接收处理方法，其特征在于，发送端采用滑动窗口机制进行重传时的初始窗口时间为历史发送消息到收到确认消息的时间平均值。
5.根据权利要求1所述的一种卫星信号接收处理方法，其特征在于，对消费者组进行动态扩容的过程包括：
S41：初始化各个线程池的核心线程数以及最大线程数；
S42：每个消费者在成功消费后计算线程池利用率；
S43：每个消费者在成功消费后计算当前CPU利用率；
S44：当CPU利用率高于99%时，对线程池利用率最低的线程池进行动态缩容；
S45：当CPU利用率低于95%，且利用率最高的线程池的利用率高于90%时，对线程池利用率最高的线程池进行动态扩容。
6.根据权利要求5所述的一种卫星信号接收处理方法，其特征在于，初始化各个线程池的核心线程数以及最大线程数的公式为：
；
；
其中，表示每个线程池的初始核心线程数，/>表示系统的CPU核心总数，/>表示线程池总数，/>表示每个线程池的初始最大线程数。
7.根据权利要求5所述的一种卫星信号接收处理方法，其特征在于，计算线程池利用率的公式为：
；
其中，表示线程池k的利用率，/>表示线程池k的核心线程数，/>表示每个任务的处理时间，/>表示每个任务的等待时间。
8.根据权利要求5所述的一种卫星信号接收处理方法，其特征在于，线程池进行缩容指销毁线性池中一个空闲状态的核心线程并将线性池的核心线程数和最大线程数均减一，线程池进行扩容指在线性池中增加一个核心线程并将线性池的核心线程数和最大线程数均加一。
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