CN207304610U - 一种遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，包括：存储模块、基带处理模块、快视模块、系统管理模块和网络传输模块；其中，所述存储模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接；所述基带处理模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接；所述快视模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接。本实用新型对卫星下传的原始数据进行模块之间数据分发、格式匹配和数据存储，实现多物理信道下传高码速率数据的恢复和数据处理过程的通用化，具备多星共用的能力。

Description

一种遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统

技术领域

本实用新型属于数据存储的架构领域，尤其设计一种遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统。

背景技术

遥感卫星传感器输出观测信息或图像数据，经过压缩后，按照CCSDS-AOS协议进行格式编排。多路数据分别通过单独的虚拟信道定义形成连续的AOS传输帧，经过多路复接后，送入物理信道。物理信道数据经过信道编码、调制、功率放大后，向地面发送。为实现数传信道容量的最大化利用，极化复用技术在遥感卫星中已被广泛采用，同一个虚拟信道的AOS传输帧可随机进入不同的物理通道进行传输，利用极化复用技术下传至地面。地面经过处理后恢复成原始观测数据。

早期遥感载荷基带数据处理采用专用的全硬件检测设备，只能满足特定型号的测试需求，后续型号需重新开发。随着型号技术指标提升，基于全硬件的处理设备出现技术瓶颈：①硬件板卡调试困难，研制周期长；②使用过程中出现问题不易解决，严重影响测试效率；③基本没有数据判读功能，设备本身状态监视功能也不足，出现问题不易定位；④在应用过程中，存在数据同步异常和偶发性丢包的问题，并且系统共用性不高。

新一代高分辨率遥感卫星采用1.5Gbps码速率进行通道传输，一方面传输速率相比于当前常规型号提高了3倍以上，另一方面与目前普遍采用的一个型号配置一套地面设备相比，所需设备的研制经费也提高了1倍以上。针对后续遥感卫星批产研制模式，研究如何既满足各型号正常测试所需软硬件处理资源，又尽可能节约成本，通过配置通用化的设备提升测试效率，实现多星共用、多星并行测试，是非常必要的。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，解决多物理信道下传高码速率数据的实时恢复和通用化处理的问题，以及在软硬件资源有限的条件下，如何实现资源的动态调配解决多星并行测试共用资源进行数据处理的问题。

本实用新型目的通过以下技术方案予以实现：一种遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，包括：存储模块、基带处理模块、快视模块、系统管理模块和网络传输模块；其中，所述存储模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接；所述基带处理模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接；所述快视模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接；所述网络传输模块接收解调数据，然后将解调数据传输给所述存储模块和所述基带处理模块；所述存储模块将解调数据存储；所述基带处理模块将解调数据进行数据处理得到遥感载荷原始观测数据，然后将遥感载荷原始观测数据传输给所述网络传输模块；所述网络传输模块将遥感载荷原始观测数据传输给所述快视模块，所述快视模块将遥感载荷原始观测数据进行图像显示和数据显示；所述系统管理模块给所述存储模块发送数据存储指令，所述存储模块根据数据存储指令存储数据；所述系统管理模块给基带处理模块发送数据处理指令，所述基带处理模块根据数据处理指令进行数据处理；所述系统管理模块给所述快视模块发送启动指令，所述快视模块根据启动指令进行图像显示和数据显示。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述基带处理模块包括解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块；其中，所述解码模块、所述去格式模块、所述解压缩模块和所述业务数据处理模块依次相连接；所述解码模块将解调数据进行处理得到解码数据，然后将解码数据传输给所述网络传输模块和所述去格式模块；所述去格式模块将解码数据进行处理得到去格式数据，然后将去格式数据传输给所述网络传输模块和所述解压缩模块；所述解压缩模块将去格式数据进行处理得到解压缩数据，然后将解压缩数据传输给所述网络传输模块和所述业务数据处理模块；所述业务数据处理模块将解压缩数据进行辅助数据提取处理得到遥感载荷原始观测数据，然后将遥感载荷原始观测数据传输给所述网络传输模块。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述存储模块根据所述系统管理模块发送的数据存储指令，选择是否将解码数据通过所述网络传输模块存储到所述存储模块中。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述存储模块根据所述系统管理模块发送的数据存储指令，选择是否将去格式数据通过所述网络传输模块存储到所述存储模块中。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述存储模块根据所述系统管理模块发送的数据存储指令，选择是否将解压缩数据通过所述网络传输模块存储到所述存储模块中。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述存储模块根据所述系统管理模块发送的数据存储指令，选择是否将遥感载荷原始观测数据通过所述网络传输模块存储到所述存储模块中。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述数据显示包括图像数据显示、辅助数据显示和服务数据显示。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述快视模块包括若干个快视终端。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述系统管理模块包括用户终端管理模块、平台服务调度模块、业务终端管理模块；其中，所述用户终端管理模块根据每个快视终端的不同处理任务建立与每个快视终端相对应的逻辑关系；所述平台服务调度模块接收快视模块中的每个快视终端的处理任务，对基带处理模块中的解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块进行动态资源调配和冲突解决；所述业务终端管理模块根据平台服务调度模块的资源调配，向存储模块发送数据存储指令，向基带处理模块发送数据处理指令，向快视模块发送启动指令。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述存储模块为存储服务器，型号为曙光ParaStor300。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述基带处理模块为刀片服务器，型号为曙光CX50-G20。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述快视模块为快视服务器，型号为惠普Z840。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述系统管理模块为计算机。

上述遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统中，所述网络传输模块为千兆/万兆自适应交换机，型号为H3C-S12500。

由于现有系统都是采用直连网络或共享存储来完成大数据量载荷数据的处理节点间交换，各处理节点除了完成本级的处理任务外，还需要关心数据的分发和获取，导致实时处理效率低、偶发性丢包、占用CPU资源过高等问题。本实用新型的基带数据实时处理系统，综合了网络直连方式和共享存储方式的优点，能将各处理模块高效连接到一起，通过系统管理模块完成模块之间数据分发、格式匹配和数据存储，该机制能充分保证数据传输的安全，也能适应多路数据的不同步接收处理。在处理同一虚拟信道数据在多物理信道中高速不同步传输问题时，采用该方案是必要的。

本实用新型与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本实用新型包括解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块，每个模块能根据型号的需求不同配置相应的工作参数，能快速移植重构，研制周期短。

(2)本实用新型的基带处理模块中的解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块在完成数据处理的同时，能对处理前后的数据进行正确性的判读，同时将判读信息上报给UTM模块，并存储为判读信息日志，方便实时监视和事后查询，这样数据出现问题能很快进行查询和定位，提高了测试效率。

(3)本实用新型基于数据存储的架构，卫星下传的原始数据进行模块之间的数据分发、格式匹配和数据存储，后级模块能主动适应前级模块的处理速率，解决了数据同步异常和偶发性丢包的问题，实现了多物理信道下传高码速率数据的恢复和数据处理过程的通用化；

(4)本实用新型系统管理模块设计的UTM模块、PSM模块、DTM模块，三个模块分别完成不同的功能，通过资源的动态调配实现了多星共用软硬件处理资源，解决了多星并行测试资源共用的问题，实现了多星多通道下传数据的自动化实时调度处理，系统共用性较强。

基于数据存储的系统架构和分层的系统管理模块设计，采用符合万兆网协议的高速数据交换技术，设计一种通用化的遥感载荷基带数据实时处理系统，恢复成原始测量信息或图像数据，实现多物理信道下传高码速率数据的恢复和数据处理过程的通用化，通过系统资源调度功能实现多星共用一套硬件处理资源，这将在高分辨率批产遥感卫星系统级测试过程中有广阔应用前景。

附图说明

图1是本实用新型的遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统的框图；

图2为本实用新型的基带处理模块处理流程图；

图3为本实用新型的系统管理模块工作流程图；

图4为本实用新型的资源动态调配机制图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明：

图1为本实用新型的遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统的框图。如图1所示，该遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统包括存储模块、基带处理模块、快视模块、系统管理模块和网络传输模块；其中，存储模块分别与网络传输模块、系统管理模块相连接；基带处理模块分别与网络传输模块、系统管理模块相连接；快视模块分别与网络传输模块、系统管理模块相连接。具体的，存储模块选择为存储服务器，型号为曙光ParaStor300。基带处理模块选择为刀片服务器，型号为曙光CX50-G20。快视模块选择为快视服务器，型号为惠普Z840。系统管理模块选择为计算机。网络传输模块选择为千兆/万兆自适应交换机，型号为H3C-S12500。

网络传输模块接收解调数据，然后将解调数据传输给存储模块和基带处理模块；存储模块将解调数据存储；基带处理模块将解调数据进行数据处理得到遥感载荷原始观测数据，然后将遥感载荷原始观测数据传输给网络传输模块；网络传输模块将遥感载荷原始观测数据传输给快视模块，快视模块将遥感载荷原始观测数据进行图像显示和数据显示。

系统管理模块给存储模块发送数据存储指令，存储模块根据数据存储指令存储数据；系统管理模块给基带处理模块发送数据处理指令，基带处理模块根据数据处理指令进行数据处理；系统管理模块给快视模块发送启动指令，快视模块根据启动指令进行图像显示和数据显示。

如图1所示，基带处理模块包括解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块；其中，解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块依次相连接。

解码模块将解调数据进行处理得到解码数据，然后将解码数据传输给网络传输模块和去格式模块；

去格式模块将解码数据进行处理得到去格式数据，然后将去格式数据传输给网络传输模块和解压缩模块；

解压缩模块将去格式数据进行处理得到解压缩数据，然后将解压缩数据传输给网络传输模块和业务数据处理模块；

业务数据处理模块将解压缩数据进行辅助数据提取处理得到遥感载荷原始观测数据，然后将遥感载荷原始观测数据传输给网络传输模块。

进一步的，存储模块根据系统管理模块发送的数据存储指令，选择是否将解码数据、去格式数据、解压缩数据和/或遥感载荷原始观测数据通过网络传输模块存储到存储模块中

具体的，如图2所示，基带处理模块从网络传输模块中获取原始数据，首先通过解码模块进行帧同步、解扰、译码、CRC校验等处理生成AOS帧格式数据，将解码后的数据通过系统管理模块送入网络传输模块，数据判读信息上报给系统管理模块。解码模块中的RS/LDPC译码和CRC校验能对原始数据中的误码进行识别和剔除，恢复成正常的数据，确保了后续处理中AOS帧数据的虚拟信道标识符和帧计数的有效性和完整性。去格式模块从网络传输模块获取解码后数据并进行存储，同时完成数传分系统下行遥感数据的去AOS格式、分路、复接排序和数据判读，恢复成各虚拟信道完整的数据，将去格式后的数据通过系统管理模块送入网络传输模块，数据判读信息上报给系统管理模块。解压缩模块从网络传输模块获取去格式后各虚拟信道的完整数据并进行存储，对去格式后的多路数据并行完成解压缩处理和数据判读，将解压缩后的数据通过系统管理模块送入网络传输模块，数据判读信息上报给系统管理模块。业务数据处理模块从网络传输模块获取解压缩后的数据并进行存储，进行图像抽点输出、辅助数据提取等处理和数据判读，将处理后的数据通过系统管理模块送入网络传输模块，数据判读信息上报给系统管理模块。

系统管理模块实现各型号系统任务管理、系统监视、高码速率数据交换等共有业务需求，包括UTM(用户终端管理)模块、PSM(平台服务调度)模块、DTM(业务终端管理)模块；其中，

UTM模块建立逻辑关系，对应快视终端1到快视终端n(如图1所示)上的不同处理任务，编辑本型号的数据流关系，维护本型号的逻辑处理描述表，传递工作参数；

PSM模块接收快视终端1到快视终端n上的处理任务，对基带处理模块中的解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块进行动态资源调配和冲突解决；

DTM模块根据PSM模块的资源调用，向存储模块发送数据存储指令，向基带处理模块中解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块发送数据处理指令，向快视模块发送启动指令，完成处理任务。

图3为本实用新型的系统管理模块工作流程图。UTM模块根据型号需求建立数据描述表，按照具体的任务建立动态任务模板，同时下发给PSM模块。PSM模块先进行资源池的检查，判断是否存在资源冲突，若出现资源冲突进行解决，解决完毕后分配相应的软硬件处理资源。DTM模块根据分配的处理资源建立连接，下发工作指令进行工作，完成本次任务处理。当前任务结束后，断开网络连接，释放软硬件资源，等待下次任务。

(3)数据描述表结构

典型的遥感载荷数据流是一个网状结构，并非严格的前后级关系，因此数据流描述不能简单的按照前后级关系描述，而必须能够针对某一个数据处理流程适应性的反应前后级关系。本实用新型设计一种遥感载荷数据描述表结构，该结构具备如下特征：

1、每一表项具备：逻辑处理节点名称、输入数据列表、输出数据列表、模块参数4个字段；

2、每一表项输入数据列表只能有一个条目，输出数据列表允许有多个条目；

3、允许一个软件有多个表项，每个表项对应一个输入关系；

4、完全通过各表项的输入输出关系来描述系统数据流，与表项在表中的位置无关。

下表为数据描述表结构示例：

用户采用上述表结构，描述本型号的数据流关系。每一次系统任务是上述数据流关系的一个子集，系统提供合法性检查的功能，合法性定义如下：

√选择输入则应至少选择一个对应输出；

√选择输出则必须选择对应输入；

√不允许选择一个中间断裂的数据流。

经过上述合法性检查后，可以保证数据处理逻辑无歧义的正确执行。

(4)多星共用策略

图4为本实用新型的资源动态调配机制。

1、UTM模块建立逻辑关系

UTM模块为每个型号建立独立的工作空间。用户可以编辑本型号的数据流关系，维护本型号的逻辑处理描述表。通过存储模块的权限管理，将型号分区独立，用户只能看到本型号的数据，从而保证数据安全。

来自UTM模块的任务模板下发后不再区分型号，PSM模块会根据任务模板中的逻辑处理描述表分配相应的处理资源，同时将用户指定的参数透明转发至启动的模块。因此，多星共用模式下，数据处理的差别完全由UTM模块定义和维护。

2、PSM模块动态资源调配和冲突解决

为了解决资源冲突的问题，系统不简单的以资源是否被占用为标准进行资源维护。当每台服务器安装基带处理模块后，都要在PSM模块中进行注册，说明基带处理模块需要的CPU、内存、网络IO等资源。PSM模块维护一个动态的资源池列表。当收到来自用户的请求后，通过查询资源池列表，对每个处理服务器进行性能分析，确定其是否能够参与本次处理。已经分配的资源将在任务期间从资源池中删除，直至任务结束资源回收。

通过对服务器性能参数的判读可以准确的掌握每个处理节点的算法复杂程度。系统以满足用户最大需求为目标，通过合理的资源调配一方面提升处理的能力；另一方面可以做到负载均衡，延长系统使用寿命。

系统保留在出现绝对资源不足的情况下，对新增原始数据全部记录的能力。最糟糕的情况下，对新增需求进行记录，事后按用户指令完成回放处理。

3、DTM模块发送指令完成任务处理

存储模块、基带处理模块完成资源注册后，处于被动工作状态。其状态取决于PSM模块是否调用其工作，以及UTM模块传递的工作参数。

DTM模块的核心任务是按照UTM模块传递的工作参数，为存储模块、基带处理模块发送启动指令，完成特定数据的特定规则的处理。基带处理模块是面向参数构建而不是面向型号构建。一个模块的工作状态完全取决于参数，而无型号差别。举例说明，去格式模块通过航天器标识符参数来决定是否处理输入数据，而不是根据数据来源IP。通过这种方法，所有基带处理模块都从结构上去除了型号差异，从而使得整个系统可以实现一个统一的架构。

本实用新型包括解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块，每个模块能根据型号的需求不同配置相应的工作参数，能快速移植重构，研制周期短；本实用新型的基带处理模块中的解码模块、去格式模块、解压缩模块和业务数据处理模块在完成数据处理的同时，能对处理前后的数据进行正确性的判读，同时将判读信息上报给UTM模块，并存储为判读信息日志，方便实时监视和事后查询，这样数据出现问题能很快进行查询和定位，提高了测试效率；本实用新型基于数据存储的架构，卫星下传的原始数据进行模块之间的数据分发、格式匹配和数据存储，后级模块能主动适应前级模块的处理速率，解决了数据同步异常和偶发性丢包的问题，实现了多物理信道下传高码速率数据的恢复和数据处理过程的通用化；本实用新型系统管理模块设计的UTM模块、PSM模块、DTM模块，三个模块分别完成不同的功能，通过资源的动态调配实现了多星共用软硬件处理资源，解决了多星并行测试资源共用的问题，实现了多星多通道下传数据的自动化实时调度处理，系统共用性较强。

以上所述的实施例只是本实用新型较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，其特征在于包括：存储模块、基带处理模块、快视模块、系统管理模块和网络传输模块；其中，

所述存储模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接；

所述基带处理模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接；

所述快视模块分别与所述网络传输模块、所述系统管理模块相连接；

所述网络传输模块接收解调数据，然后将解调数据传输给所述存储模块和所述基带处理模块；所述存储模块将解调数据存储；所述基带处理模块将解调数据进行数据处理得到遥感载荷原始观测数据，然后将遥感载荷原始观测数据传输给所述网络传输模块；所述网络传输模块将遥感载荷原始观测数据传输给所述快视模块，所述快视模块将遥感载荷原始观测数据进行图像显示和数据显示；

所述系统管理模块给所述存储模块发送数据存储指令，所述存储模块根据数据存储指令存储数据；所述系统管理模块给基带处理模块发送数据处理指令，所述基带处理模块根据数据处理指令进行数据处理；所述系统管理模块给所述快视模块发送启动指令，所述快视模块根据启动指令进行图像显示和数据显示。

2.根据权利要求1所述的遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，其特征在于，所述快视模块包括若干个快视终端。

3.根据权利要求1所述的遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，其特征在于，所述存储模块为存储服务器，型号为曙光ParaStor300。

4.根据权利要求1所述的遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，其特征在于，所述基带处理模块为刀片服务器，型号为曙光CX50-G20。

5.根据权利要求1所述的遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，其特征在于，所述快视模块为快视服务器，型号为惠普Z840。

6.根据权利要求1所述的遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，其特征在于，所述系统管理模块为计算机。

7.根据权利要求1所述的遥感载荷高码速率基带数据实时处理系统，其特征在于，所述网络传输模块为千兆/万兆自适应交换机，型号为H3C-S12500。