卫星数据采集（精选11篇）
卫星数据采集 篇1
摘要：本文主要介绍中央电视台卫星新闻采集业务的发展,从如何更加便携、灵活、方便搬运与运输,增加新型的车载系统等方面探讨了卫星车的设计思路,介绍了央视新卫星车的系统构成、开发经验。
关键词：卫星新闻采集,技术装备
中央电视台担负着全国乃至全球的繁重的新闻报道与宣传任务,在技术装备的发展上受到各级领导的高度重视。正是因为这个原因,中央电视台也有幸比较早地接触和引进可移动的数字卫星新闻采集设备(DSNG),以适应我国广播电视事业的迅速发展,推动节目传输技术水平不断提高。
一中央电视台卫星新闻采集设备的发展
1996年,中央电视台开始引进第一套箱式卫星站,是一套1.8米口径天线的多点微波(Mulit Point)的设备。随后在1997年,又以规模空前的香港回归报道为契机,引进了1.9米天线和0.9米天线两套Advent箱式卫星站,1.9米站见图1。
同时为满足香港回归各场次庆典活动现场报道和新闻直播的要求,建造了亚洲第一辆2.4米天线数字卫星转播车。当时,电视行业正处于由模拟向数字过渡的时期,拥有一辆全数字化的卫星转播车还是让我们感到非常自豪的。见图2。
为了满足不断增长的新闻现场报道的需求,中央电视台又陆续购买了两套大陆微波(Continental)1.5米天线的移动站,见图3。可以说中央电视台卫星新闻采集技术装备的发展方兴未艾。
随着移动站的长途运送和频繁使用,设备的损耗日趋严重,维修压力越来越大。在1998年抗洪报道中,上面提到的1.9米卫星站的高功放设备发生了故障。由于当时我们的卫星站全部在抗洪一线参加报道任务,为了设备的维修和上行测试,只能先将这套设备全部运回北京,设备回台后,我们和厂家的工程师一起参加检修,学习技术,提高我们自己的维护水平,为此也度过了一个个不眠之夜。设备连夜修好以后,早上就又通过航空公司把设备托运回报道现场。
箱式站设备的优点就是化整为零,易于通过民航班机快速运送到遥远的地方,在突发紧急情况时,我们的工程师甚至把设备当作随身行李托运,飞往报道现场。箱式站方便转运,但运输本身也增加了设备的磨损,甚至造成损坏。这就使我们开始探索着别的发展方向。初期,我们选择了雪佛莱郊区人越野车和福特550卡车底盘两种车型进行改装,以探索车载站的设计,这两辆卫星车分别使用1.5米和2.4米的车载天线。见图4和图5。
建成后的1.5米天线卫星车主要适配突发新闻事件的报道,由于其优越的机动性,使得我们的报道小组可以深入乡间小道或山区厂矿。2.4米天线卫星车是C/Ku双波段的,通过更换天线馈源和波导倒换系统,就可以快速完成波段转换。这辆卫星车主要用于完成大型的或特殊的节目传输,通过高速公路或国道等道路条件较好的道路转场。有时我们还通过滚装船来实现跨海的运输,比如天津和大连之间。使用卫星车后,设备的磨损和故障明显减少,整体故障率大幅度下降,工作条件也得到显著改善。
由于当时需求和条件因素,卫星车的开发没有形成规模。箱式卫星站和卫星车的配合使用,也形成了两条腿走路的局面,我们在完成传输任务的设备配置上也有了多种选择。这个时期,我们形成了有三台卫星车和五套箱式卫星站的技术装备规模。
由于新闻事件本身的特殊性,我们除了使用箱式卫星站和卫星车外,还使用海事卫星终端进行新闻传送和通讯联络。在早期,我们引进的是B站、M站和mini M站,前两者主要是用于新闻的文件传输,mini M站用于通讯联络。这些终端的传输速率只有几十Kbps,半天传输一条新闻是比较幸运的事情,在信号差的时候,一两天才能传成一条新闻,时效性大打折扣。随着新一代海事卫星的入轨和新型终端的上市,我们又引进了海事卫星BGAN(宽带全球局域网)终端,其中700型终端的传输速率就达到了512Kbps。在2008年四川汶川大地震的报道初期,由于交通中断,卫星车和卫星站不容易进入灾区,这种终端才得到了大量的使用,光中央电视台就使用了10套终端,一度成为抗震救灾新闻报道传输通讯设备的主角。目前,最新款的710型终端的最高传输速率已经达到850Kbps,配上高效率编码器,就能提供更好的视频传输服务。
另外,BGAN终端在采用路由器技术后,两台终端可以并机使用,实现更高速率的传输,使得我们的电视直播变成了现实,传输的画面也更为流畅、清晰,新的710型设备已经内置了这种功能。在对举国关注的蛟龙号执行海上任务的直播报道中,我们就使用了两台船载BGAN终端并机传输的模式。出发之前,我们经过了在陆地上和船上的试验,反复对传输参数进行修改,以取得最佳效果。船载或车载终端的优点就是其天线可以在运动中自动对星,保持链路的畅通。
科学技术的发展,总是能为我们给出更好的答案。在两条腿走路的同时,我们开始向更便于携带和更高频段方面探索。四川汶川大地震后,我们首先完善了新闻快速反应机制,制定和建立了较为全面的运行制度。为适应新闻报道的快速反应,在台各级领导支持下,2009年我们同有关科研单位展开了为期一年的合作,进行Ka频段技术应用的研究。从今天的视角来看,当时那个项目的研究还是非常具有前瞻性的。通过研究、探索和开发,我们初步掌握了终端的主要技术、元器件的生产工艺以及传输系统运行流程等要素,利用国内的已有科技和资源,设计出了符合中央电视台使用特点的Ka波段终端设备样机。在这个过程中,我们认识了新事物,学习了新技术,同时也储备了人才,为今后Ka波段技术的应用打下了牢固的基础。Ka波段终端设备见图6。图中左侧灰颜色设备为Ka终端,其他设备为试验时配备的周边设备。
二卫星车的设计思路
四川汶川大地震以后,新闻报道的工作量激增,为满足新闻快速反应的需求,我们开始对技术装备进行扩充和更新。
一方面是向便携、灵活、方便搬运与运输方向发展。我们引进了一批1米的便携站,该套设备的外包装在尺寸和数量与我们出差的个人行李箱相近,全部设备装在两个行李箱内,再配上定制的锂电池组,就可以实现在野外环境下的独立工作。但随着航空托运管制的收紧,像锂电池这样物品的托运越来越困难,造成了这种设备在使用上捉襟见肘。
另一方面,我们开始探索新型的车载系统。通过市场调研,我们找到了一款厢式货车,其规格最接近我们改装卫星车的要求。这种厢式货车的尺寸介于我们初期建造卫星车时选择的越野车和卡车之间,在改装时能兼顾系统的完备性和运行的灵活性。
新卫星车设计之初,中央电视台已经在多个省份设立了应急点(后升级为记者站),台本部的一般应急任务只要求覆盖北京周边500公里半径的地区,因此,设计第一代卫星车时没有考虑冗余,更侧重于轻装上阵。随着中央电视台大型外场节目的不断增加,我们任务的性质也发生了转变,不仅仅是局限的应急新闻快速报道,而是要转向中央台的大型直播任务,所以此后我们设计的两代新卫星车都采用了全冗余设计,使得整个系统更加可靠和耐用。车体继续沿用第一代新卫星车的基本型号,只是由于不同车体批次的规格上有所不同而异。图7a为我们设计的新卫星车在参加APEC峰会的报道任务,图7b是工程师在对卫星车设备进行调试。
厢式货车改装卫星车,使我们在卫星车的改装与设计上渐入佳境,卫星新闻采集装备的采购进入了技术系统完备、设计制造周期短的高速发展时期。这种规格的卫星车我们设计采购了三个代次,保有6辆车的规模。现在,新一代卫星采访车主要承担了中央电视台相当规模的新闻报道和各类节目转播的传输任务,成为中央台卫星传输的中坚力量。
新卫星车设计建造中,我们采用了可靠性高的一系列技术和主流产品,力求实用性、可互换性和广泛的适用性。卫星车的设计力求紧凑,简洁,轻便灵活,反应迅速,能适应各种外部环境,使得操作简单,维护易行。
新卫星车的车体采用的是FORD E350厢式货车,其道路通过性较好,载重量也符合要求。安装1.8米车载Ku波段天线,配备主、备400W天线安装高功放。其他系统核心设备的构成都以双机备份为原则,比如,主、备编码调制器、解码器。为便于记者穿梭采访,我们还配备了一套移动微波传输模块,使得摄像机的使用具备了有线和无线两种方式,在车顶安装了手动升降杆,杆顶安装全方位云台和摄像机,以有效地掌控卫星车周边的现场画面。采用矩阵切换面板和机架安装式调音台进行节目制作,配备相应的监看监听设备。考虑到该车的应用环境、快速反应和供电安全的要求,供配电部分采用UPS系统,用取力发电机为主电源,市电作为辅助电源。
在通讯方面,卫星车通过卫星讯道与台总部的卫星通信系统互联,以WiFi方式为直播现场提供2M带宽的数据通道,包含与台内机房的内部通话、市话和互联网等应用。为实现“全天候”的工作模式,卫星车还配备车载海事卫星BGAN终端,以满足在各种环境条件下的通讯和数据需求。
鉴于我们的亚洲第一辆卫星转播车已经达到使用年限,新卫星转播车的设计迫在眉睫。原有的卫星转播车有4讯道,是专门为1997年香港回归设计的,这辆卫星车还参加了澳门回归、2008年抗震救灾报道和国庆60周年等一系列重大事件的新闻宣传报道任务以及大量的日常传输任务,为中央电视台的新闻报道立下了汗马功劳。
在新卫星转播车设计中,我们总结了以往的经验教训,除采用主流的高可靠性技术产品外,力争在设计思想上有所突破和创新。比如,选择道路通过性较好的卫星车底盘,精准均衡的车体改装配重,选择更适应我国环境的Ku波段车载天线,室外安装的高功放以及车厢内设备布局等方面。
卫星转播车的设计特点是紧凑,简捷,轻便灵活,能适应多种外部环境,操作和维护简便,反应迅速。车体方面,采用了8吨的沃尔沃底盘,以适应大部分路况的通过需求,采用2.4米车载Ku天线。为保障播出安全,整车主要设备还是沿袭了以往的双机备份的全冗余配置,双机400W天线安装高功放、主备上变频器、主备调制器、5台编码器和解码器。支持全高清视音频系统,采用了3个有线摄像机讯道,2个移动微波无线摄像机讯道;由切换台及应急切换开关,主备调音台,构成完备可靠的播出切换系统;配备相应的监看监听设备和通话设备。
编码器系统由5台构成,就是为适应当前大型新闻报道节目多形态,多部门,多语种、多信号源等发展趋势,用多台编码器组成多路信号复用器(MCPC)系统。
供配电系统配备了车载发电机及市电供电的方式。卫星车能提供2M的卫星网络支持,综合通话、电话和互联网等应用。
图8a是新卫星转播车在参加庆祝中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利69周年活动的直播,图8b是工作人员在进行卫星转播车直播前的画面调试。
该卫星转播车的建成,大幅度提高了我们对大型新闻类节目的适配性,作为中央电视台卫星车的主力车型参加各种大型新闻直播报道,与中央台其他卫星装备相配合,形成多层次、多用途、多种新闻报道模式的设备体系,更好地完成各种新闻报道任务。
长江后浪推前浪,新一代的卫星车的设计生产,形成了相当的生产力规模,也锻炼和养成了我们从事系统设计的工程技术人才,产生了一批优秀的操作技术能手;大量设备的运行,也提高了我们对卫星新闻采集人员和设备的管理水平。
上面经验与同行共享,请多多批评指正。
卫星数据采集 篇2
推导了运用地球重力场模型计算单点、格网点以及格网平均的扰动重力梯度复组合分量的公式;提出了广义球谐函数及其定积分的新算法,并利用EGM96地球重力场模型试算了全球地区卫星轨道面上的.重力梯度分量的格网平均观测值;通过对角线分量满足Laplace方程的精度,验证了该算法的有效性和实用性.
作 者：吴星 张传定 叶修松 韩智超 WU Xing ZHANG Chuan-ding YE Xiu-song HAN Zhi-chao 作者单位：吴星,WU Xing(信息工程大学,测绘学院,河南,郑州,450052;63926部队,北京,100085)张传定,叶修松,ZHANG Chuan-ding,YE Xiu-song(信息工程大学,测绘学院,河南,郑州,450052)
卫星数据采集 篇3
从表1信号质量经验上看前三面天线应属同一档次，0.10m口径差值信号质量差值都是4％。需说明的是0.55m中卫天线是出口型天线，早就试收感觉精度较好，与某厂0.60m天线相当；同洲CAK45-PW天线是同洲CAK45-PW是深圳市同洲电子股份有限公司针对中国直播卫星项目开发的卫星电视接收天线，是中九同洲套站用天线，初次使用第一感觉是外观漂亮，设计合理，实收效果、精度感觉都不错（图1）。后两面天线质量要差些也是常规经验判断，0.55m天线与0.75m天线口径差值0.20m，信号质量差值仅3％与前面天线径差信号质量太多，至于差多少，天线效率有多高很难凭经验判断，这后两面也是正厂天线，天线差点效率应该有60％才合常理是一般判断。还有同洲N6188信号质量与帝霸901信噪比的关系，就是说信号质量1％相当于信噪比多少，也值得探讨，以方便以后收视作较科学的判断。这些年我一直认为信噪比显示的分贝（dB）值与天线分贝、载噪比（C/N）分贝近似，这次动用几面天线测试以准备再次厘清，有这个想法就产生了本文《中星九号直播卫星测试数据验证分析报告》。据表1天线增益数据加上后初步分析，假定这些天线的效率为70％，表后列出了这5面天线在该效率下的天线增益值，设定前三面天线效率为70％，信号质量、天线增益值表1可查，0.35~0.55m天线径差增益、信号质量来求取之间的等值关系，（35.22-31.74）÷（42-34）=0.435（dB），即信号质量1％相当于天线增益0.435dB，这只是初步收视假设推论计算结果，还得继续收视验证这一最初数据。表1中0.35—0.45—0.55—0.35m天线增益级差值分别是1.78—1.70—3.48dB，这些天线增益级差以备后分析用。
为了准确获得测试数据，再次复测已是获得表1数据一月以后的事情。这次要厘清信号质量—信噪比—天线增益三者间的关系，其方法是用这看似三面精度相当的天线，同一只圆极化高频头，收视中九直播和天浪直播的圆极化信号，其理由都是圆极化信号且频点接近，中九用ABS信号、天浪用DVB信号传送邻星干扰少。用三面天线径差信号质量—信噪比—天线增益取得其间关系值，这个值原理上是数学上等值关系来导取。这里级差天线增益与天线效率高低无关，天线效率相等，级差相等、增益相等论，“借用”级差增益值达到验证级差信噪比的目的。
用这3面精度接近的天线都在适当位置精心调试对准中九，选用了一只刚收到经测试是我手中4只中九头最好的，同洲CL11RA改进型圆极化高频头，此高频头也是同洲为中九直播开发设计的配套专用中九圆极化高频头（图2），噪声系数≤1.3dB无水分。同洲中九专用头波导管腔中的极化片用料设计精良，与有机玻璃极化片比高出0.5～0.8dB。这只高频头与其它中九专用高频头对比测试，信号质量要高出2～3％，达精选O.S 22M及台扬AP8双本振线极化高频头品质水平，可称中九专用头精品，其它中九头0.35m天线本地收不下122°E右旋天浪直播，否则动用O.S 22M、台扬AP8双本振来虚拟收视中九，需用DVB-S、ABS-S功分联机工作，DVB-S机设置22K开关保障10600MHz本振工作正常，工厂码修改中九机参数来测试完成。用这只同洲高频头在无云天气下短时间测完3面天线中九直播的4个频点，又用这3面天线转向收视天浪直播4个频点，0.35m天线天浪最后一个频点还是没法过门限，最后只取天浪前3个频点数据。多频点测试目的是得到更多的测试数据有较多的比较，中九直播收视数据见表2，天浪直播收视数据见表3。也复测了0.75m、0.90m天线中九收视，11840频点分别是47％和50％。
从表2可看出，天线换用高频头后中九直播信号质量有所等值提高，但天线0.10m级差信号质量4％并没有改变。分析表3天浪直播收视数据，0.35—0.45m天线频点信噪比差值依次为1.75—1.75—1.70dB，平均值是1.73dB；0.45—0.55m天线频点信噪比差值依次为1.8—1.75—1.8，平均值是1.78；0.35—0.55m天线信噪比平均值是3.51dB，即以上两信噪比平均差值之和。把以上天线级差信噪比平均值与表1对应天线信号质量、天线增益级差例表4供分析之用。表3是收视原始记录数据，没作任何技术修正。
此项目的是寻找信号质量—信噪比—天线增益间的换算值。信号质量—信噪比的换算值:0.35~0.55m数据对比分析中误差最小，选中此项，即信号质量1％等值于信噪比（3.51÷8=0.43875dB）的实测数据，保留2位小数即同洲N6188信号质量1％等值于帝霸901信噪比0.44dB。天线增益—信噪比的换算值:表4中这三面天线级差实收信噪比—设定天线增益误差都很小（此误差放在天线效率讨论），以此认定天线增益分贝与实测信噪比分贝是等值关系应当没有争议，这样的测试，有条件都可以验证。
表4数据分析验证了信噪比与天线增益间的等值关系，帝霸901信噪比分贝等同于天线增益分贝物理量有了结论，多年的近似值得到了等同值验证结果，帝霸901的信噪比完全可当载噪比值（C/N）直接应用，其门限值与载噪比门限值也接近。同洲N6188信号质量1％等值于信噪比采用实测数据0.44dB直接应用，也可以说就是0.44dB，与表1初步推论（0.435dB）也相当接近。一次中九直播与天浪直播收视分析，卫星收视器材是普通卫星天线和ABS-S、DVB-S接收机，业余条件下当测试仪器应用结果，原理就是数学上的等值替换法在卫星收视中的一种推理应用。
笔者这些年关注卫星收视技术，总想在业余条件下完成较为专业的测试工作，今天不妨把上面的分析验证结果推广应用，试一下业余条件下测试这五面卫星天线效率和验证有关收视理论中的载噪比（C/N）值，其中C/N值涉及场强、门限、天线增益等卫星收视专业技术参数，也可间接验证上述有关的技术测定推论的准确性。通常在业余条件下，测试天线效率（增益）用以下两种方法:方法①用已知天线效率（标准天线）、推测另一天线（测试天线），这两天线同收一个卫星频点，用两天线的信号品质换算成天线增益分贝值，计算即可求出测试天线的增益（效率）；方法②用测试天线收视得到信号质量（信噪比）换算成C/N值查表来求取天线增益估测值，但C/N值涉及接收机门限、LNB噪声系数、场强、环境噪声等都会影响天线效率计算的正确值，只能得到大概的估测天线增益。
表4前三面天线分析中发现，信噪比实收两位小数的显示，可反映这三面天线微小的增益差值，相反信号质量就不能显示微小差值。看表中对比误差值，这三面天线效率相当接近但也存在很小的增益差距。仔细笔对表4中对比误差项，0.35—0.55m天线信噪比（实收）与设定增益（70％）误差最小（+0.03dB），说明这两面天线的效率最接近。再比对表4中0.35—0.45—0.55m对比误差（-0.05dB）—（+0.08dB），明显是0.45m天线增益略低一点，如果0.45m天线实收信噪比提高0.05dB、0.55m天线信噪比低0.03dB，这三面增益（效率）相等。在这里用天线效率差值无法证明这些天线效率的真实高低，只能设定评审方法来判断天线效率。
表1中实收信号质量，其实是间接代表了各天线收视的C/N值，也反映了天线效率在收视中的差别。知道了数字接收机信号品质能换算成实用分贝值，用表1、表3实收信号品质数据，再计算天线效率（增益）就不再是难事。只要设定一面天线的效率标准，用此天线的级差增益与其它测试天线实收级差信号品质比对，测试天线的增益（效率）简单计算就可得到。天线等级是这样划分的，效率70％（优）、60％（良）、50％（合格）。下面试用设定评审方法来鉴定这些天线的品质。表4中0.35—0.55m这两面天线效率最接近，就从这里开始。二次设定0.35m天线效率为70％为基准试计算这五面天线的效率和增益，前三面天线增益微小差别参照表5、表1数据，其余天线采用表1数据，看看计算的结果是否符合情理就知道了（计算过程略）。
天线效率级差增益是这样计算的:80—70—60—50％、0.58—0.67—0.79dB。
0.35m天线设定效率70％，天线增益31.74dB。末打磨前天线效率63.43％，天线增益31.30dB。
0.45m天线实际效率经计算为69.25％，天线增益33.47dB。
0.55m天线实际效率经计算为70.52％，天线增益35.25dB。
0.75m天线实际效率用上方法①0.35m为标准天线，参照表1数据计算，天线效率53.04％，天线增益36.58dB。
0.90m天线与0.75m天线使用多年，早就多次测定过这两面天线信噪比差值为1.5dB，中九直播收视信号质量在3～4％间属正常显示值，就以此来计算天线效率。经计算0.90m天线效率为50.13％，天线增益38.08dB。多年来今天才真正弄清了这两面天线的实际效率和增益，在天线等级中只能算合格产品，与以前估测和常理判断天线效率差了10％左右。如果这两面天线效率能达70％，收视中九直播还可稳定提高信号质量3％。
以上是笔者设定评审计算结果，却较真实反映了这些天线的品质，应当都满意，好的是优级品，低的在合格品内。这五面天线实测的增益和效率整理见表5，后两面天线实测与厂商宣传提供天线增益参数少了2dB左右。
知道了同洲N6188信号质量1％等值于0.44dB，用以下方法，还可计算门限、载噪比（C/N）值，下例计算采用表1数据其理由是高频头增益适中，这只同洲中九头比百昌、高斯贝尔信号质量要高1％，又比后来那只同洲头L极化信号质量差2％。
同洲N6188门限C/N值: 同洲N6188门限信号质量实测为12％，0.44x12=5.28dB，该机在FEC=3/4时，其信号门限值为C/N=5.28dB，与帝霸901门限差不多，低于国际标准C/N=6dB的门限值，但画质优于帝霸901。
0.35m天线实际收视本地中九场强44dBw的C/N值: 本地0.35m天线实收信号质量34％，0.44x34=14.96dB，本地0.35天线实收中九直播卫星C/N=14.96dB，已超过一般广播收转C/N=14dB水平级别。
0.35m天线门限余量:0.44x（34-12）=9.68dB ，0.35m天线本地门限余量为9.68dB，如果换用表2高频头，门限余量升到10.56dB。
为了验证以上计算的可行性，特地摘录了合符中九直播场强等值线Ku波段天线直径与场强及C/N的关系列表（表6）（注2），以验证以上实收计算的正确性。表中数据采用DVB-S制计算出来的。中星九号直播卫星采用的是ABS-S制式数字信号压缩传送，其门限比DVB-S低1.5～2dB，表5场强用于ABS-S查场强还应加1.5～2dB。笔者本地中星九号场强是54dBw，查表5应按56dBw值查询，可以看出0.35m天线实收C/N=14.96dB与表5表中（0.34m、C/N=14dB）计算值误差约（+0.8dB），说明本地中星九号直播卫星落地场强确有54dBw，也间接再次验证了上面推理计算结果的正确性。
实际收视也作过简单验证，用0.35m天线收视中九，用边料地砖挡去天线大部分（见图3、图4），这时信号质量还在门限上（16％），验证表明本地小于0.20m天线可过门限，表5查询本地门限值天线最小0.15m。
最后剩下这三面天线设定70％真实效率讨论，能否达此标准来研讨，以前也对天线效率讨论过，能达70％效率天线是优质品不多见。以上设定评审天线方法有一定的说服力。这里再用0.35m天线实收C/N值来讨论:0.35m天线本地C/N=14.96dB，这里天线效率70％、LNB1.30dB、接收机门限5.30（5.28）dB，笔对表6天线效率、门限误差要扣除约1.40dB，实际C/N=13.56dB，与表6误差约（-0.40）dB，换用表3中九头实际C/N=14.44dB，这些实收C/N值与理论计算值（查表）误差在小数级别应当可信。天线效率讨论过，场强相信本地应有54dBw，唯一没讨论过LNB噪声系数，表1用高频头属中等货，手中4只中九头上差信号质量2％，下差1％，悬殊1.30dB之多，换算成天线效率就是18％的差距（天线效率50～70％间），可见高频头品质的选用与要求同卫星天线精度是一样的重要，对C/N值的影响一样不亚于天线效率，能真正达LNB 100°K（1.29dB）噪声系数标准算优质品了，那些标称噪声系数0.50dB的高频头水份太重。笔者认为，以上多种方法客观公正全面验证了这些天线效率，虽然是业余级别水平，最简单的收视设备，供参考的可信度还是较高的，是业余条件下较佳的测试方法之一。
笔者卫视收视多年，初期过于相信厂商提供的参数，初次用0.75、0.90m天线推测信噪比与天线增益值是这样换算的（1.8:1.5=1.2:1），忽略了天线效率不等出了偏差，认为信噪比值偏小天线增益值，参照天线效率估测偏高，导至推测其它天线增益出现误差偏大后果。今天重新评审使用中2.40m网状极轴天线的效率，多次与上面0.75m、0.90m收视对比过，信噪比多出7.50dB、6.00dB，今天来计算这面2.40m网状极轴天线的Ku增益是（38.08+6.00=44.08dB），查表得知相当于1.83m天线50％效率的天线增益（44.22dB）水平，这面正馈天线使用感觉一直不错，很多2.40m天线Ku效率只有0.90m偏馈天线水平。从使用帝霸901至今已5、6个年头，其实这期间一直在探讨信噪比的问题，今天才得到圆满答案，在业余条件下花了不少时间，走了一个漫长的艰辛探寻之路。就这次数据分析报告，并不是一次复测就完成了，中间长达一月以上，并非一帆风顺。四川冬季要找好天气不容易，天气不好天线前方漂浮不定的云层影响测试数据；在楼顶测试地点选址也重要，其间也遇到天线换位置后，信号质量总是误差1％，分析原因在于受通讯微波干扰造成，只得寻找干扰最小的同一地点重新测试完成；在本文数据分析时由于方法不正确也曾一度中断过，分析笔对、资料整理也相当花时间。收视圆极化波线极化高频头免不了极化片，笔者非常关注这方面的研究，想用插拔极化片来验证信号质量1％与信噪比间的关系，却因线极化腔体及极化误差诸多原因，导致系列数据不一误差太大无法采用，耗了不少时间。但对Ku圆极化高频头有了全面深入了解，也获得了有关极化片测试的宝贵数据，对极化片设计、制作、选料都重新作过研究验证，用0.55m天线实测极化片增益，不同品牌高频头收视中九信号质量6～9％，收视天浪信噪比2.5～3.4dB。有兴趣再另文详述。
注1:见《寻星2000》P151。
浅谈遥感卫星数据传输技术 篇4
一、数据获取与传输技术
1、数据接收。数据接收时遥感卫星数据获取与处理技术的第一个环节。卫星数据接收系统有天线、馈源、天线座、伺服系统、信道、管理监控等部分, 主要负责实现卫星跟踪和数据接收。管理与监控软件要按照业务部门预定的任务计划和接收站位置与卫星轨道参数获得卫星方位信息, 并编制接收计划, 存在多个接受任务就需要编制接收列队, 管理监控软件按照接收列队实现数据接收。卫星接入接收站天线接收范围, 天线馈源、天线座和伺服系统形成工作信号回路, 实现信号的接收、放大、变频、处理与天线方位调整。天线对卫星跟踪稳定之后, 开始进行信号的放大、变频、解调、同步处理, 输出卫星基带数据, 并将其传递给记录设备。
2、数据记录。数据记录与数据接收是两个联系紧密的环节, 数据接收系统捕获的卫星信号通过新到与数据通道开关交送记录系统进行保存。数据记录主要负责将卫星下行遥感卫星数据存储到设备上, 做好遥感卫星原始数据的保存, 同时做好后续数据处理的准备工作。
3、数据传输归档。1. 数据传输。是从接收站到数据中心的数据传输过程, 负责将卫星原始数据或者经过处理的数据从各地的接收站集中到数据中心或者机构总部。数据传输在遥感卫星数据获取中十分重要, 现在卫星技术、网络技术发展迅速, 卫星运行机构以及地面基站都使用了新的信息传输技术, 最常见的是卫星中继技术, 通过中继卫星将数据传输给机构总部, 不同基站之间通过网络也能够实现数据传输。2. 数据归档。关于卫星传输数据的归档工作, 主要有数据整理、数据质量评估、数据编目、数据存储等内容。卫星数据的存储工作主要是卫星数据和卫星数据编目信息的存储, 卫星数据多存在于数据库形式。数据归档工作的目的在于建立完善的数据保存体系, 为后期的数据检索、处理等提供服务基础。
4、数据发布。遥感技术不断发展, 遥感数据量增加, 信息量大, 数据质量很高, 提高遥感数据资源的利用率, 提供完善的遥感信息服务逐渐成为遥感数据发展的新问题。21世纪之后, 基于Web GIS技术以及空间数据库技术的数据发布系统建立了遥感数据查询、检索、定制、分发和共享的高效技术平台, 不仅仅实现了遥感数据的检索查询服务, 同时还实现了数据产品的在线定制、无缝浏览拼接、数据实时下载等服务, 成为了遥感数据发布的重要技术手段。
二、接口技术
1、遥感器接口。数据传输与遥感器接口遥感器输出的数据格式、数据类型以及数据速率可能存在较大的不同。但是遥感接口单元电路原理相同, 能够交换使用, 不会对数据传输性能造成很大影响。遥感数据再介入接口单元之前就已经完成了数据格式编排, 能够形成要求的数据结构, 即子帧。数据传输不关心子帧结构及其数据内容, 需要了解子帧数据长度与起始位置, 需要从传感器获得数据信号、帧脉冲信号和时钟信号, 为了实现系统数据同步, 需要将数据传输一路时钟信号传输给遥感器。接口单元电路需要实现遥感数据接收、存储和编组, 之后等待信道进行传输。道传输能力、存储能力以及遥感数据率确定数据量大小。缓存器与地址控制器使用两套电路, 一套电路接收遥感器传输数据, 另一套就开始传输数据, 编组内数据量不大, 缓存器可以使用FIFA代替。接口单元电路与数传内部总线之前接口除了数据总线, 还有读脉冲、读允许、数据就绪、数据结束等信号。
2、数据时钟。时钟单元提供数据传输系统主时钟, 是整个数据传输系统的心脏, 电路设计可以采用双机备份的方式开展工作。
3、总线管理控制。该单元电路对数据传输内部总线使用进行管理分配, 首先哪找结构单元传输来的数据就绪信号编制接口单元缓存器数据排队方案, 之后轮到某接口单元进行数据传输时首先使用数传帧结构发出单元控制信号, 要求产生能够和接口单元对应的遥感数据帧头数据。
结束语:
科学技术水平不断发展, 用户对遥感卫星系统要求越来越高, 卫星遥感信息传输系统传输数据量越来越大, 给卫星数据传输带来了很大的压力, 为了缓解传输系统工作压力, 需要要求用户尽量提出合理的卫星系统任务目标, 方便进行系统工作模式优化, 同时还需要加强技术攻关, 突破传统技术瓶颈, 提高技术水平, 这样才能不断提高遥感卫星数据传输技术水平。
参考文献
[1]周润松.将要上天的加拿大雷达卫星[J].国际太空, 2012 (3) :1-5.
[2]Resourcesat-1 (IRS-P6) Data User.s Handbook[Z].National Remote Sensing Agency, 2013.
卫星数据采集 篇5
环境与灾害监测预报小卫星数据应用评价
摘要：以环境与灾害监测预报小卫星(HJ-1A/B)和TM的`CCD数据,从波段配准、空间分辨力、非监督分类、数理统计分析和地统计分析等方面与TM数据比对,对HJ-1A/B星数据质量进行评价.结果认为,HJ-1A/BCCD数据整体数据质量较好,在今后的宏观区域环境监测、灾害监测预报中将会发挥重要作用.作 者：朱海涌 ZHU Hai-yong 作者单位：新疆环境监测总站,新疆,乌鲁木齐,830011 期 刊：干旱环境监测 Journal：ARID ENVIRONMENTAL MONITORING 年，卷(期)：2010, 24(1) 分类号：X87 关键词：HJ-1A/B星 数据应用 评价卫星数据采集 篇6
关键词：北斗卫星 水文遥测 通信 应用
中图分类号：P332 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-162-02
北斗卫星系统是由中国国内自主研发的用于地面定位的可为全国提供范围内的民用定位和数据通信的系统，本系统主要由空间卫星，用户终端，地面站三个部分组成，与居民生活息息相关，是我国水文遥测建设中一个不容小觑的环节和重要方面。
1 北斗卫星系统介绍
1.1 空间卫星
空间卫星中的每颗卫星的主要载荷都是变频转发器和覆盖在定位通信区域点的波束天线，这些波束天线通过卫星覆盖在全球方位内。此外，值得提到的是，空间卫星的组成只需要2颗或者3颗这样的卫星，因为这些卫星也是地球同步卫星，覆盖面是十分广的，每颗卫星的波束都定位在太平洋和印度洋的上空中，它们负责着地面的中心站和用户终端之间的中继联系，即为双向无线电信号的中继任务。 所有的卫星都安装了变频转发仪和作用强大的波束天线。空间卫星中两颗卫星就可以覆盖中国全境。
1.2 用户终端
北斗卫星通信系统的用户终端还有另外两个名称：一个是定位终端；一个是移动终端，之所以取这两个名字跟该终端的特性是密不可分的。除此之外，该用户终端一共分为普通型和指挥型，它们能够实现用户终端与空间卫星之间数据的处理，用于发送用户的业务请求，接受用户数据。目前，按照北斗卫星测报系统，有很多厂家制定了技术标准的移动终端，具备通用的RS232C数据接口，经过设备入网后便可把产品向客户和用户推销及出售，根据市场实际情况勘测，多数客户都已购置了卫星终端设备并办理了入网手续，这给人们生活带来了一定的改善，让这项技术的投入与使用走向了居民生活。
1.3 地面站
地面站就是一个中转站，在水文测报里，北斗卫星通信就是各个终端之间相互通信的站点，位于北京，专门建设了一个北京神州天鸿站为人民提供通信服务以及定位服务。在人们生活中，通过卫星间数据的处理传达完成所有用户的数据交换工作，对各类业务请求和响应进行处理。并且，计算机交换所有通信内容后，还可对第一发送方和个发送方进行回执确认通知，另外该中心还负责用户的注册管理和业务开通，可以说，该地面站也与人们的生活有密不可分的联系，十分重要。
2 北斗卫星通信现状分析
回顾到上世纪70年代至今的这些年，水文测报技术变化和进步非常快，当前采用的是先进的卫星设备，其他技术和装备也改善很大，我国国内应用的主要是北斗卫星和海事卫星。中国自改革开放以来的进步与成长值得我们关注，关于卫星通信的应用问题也是值得我们追求更大成长和成功的一方面。不过，根据目前情况来看，虽然卫星通信的水文自动测报系统上升很大，肯定还是一并存在着一些问题的，任何东西都有优缺点、两面性，该系统也不例外。例如海事卫星方面，它虽然终端小巧，易于操作，具备很高的可靠性，但是高昂的设备价格以及较长的收集数据时间不利于其广泛的应用到实际社会和生活中去。而相对于海事卫星，北斗卫星综合的服务系统解决了这些问题，在各领域发挥得更为出色，它快捷方便的信息接收保证了水文测报数据收发成功率的有效提高，但是北斗卫星水文测报综合服务也同样还是存在问题的，它的体积相对较大，还没有小型的产品应用。
3 北斗卫星的信道容量与工作方式
北斗卫星测报站的终端是在后端设备的指令下工作和完成数据报告的发送的，是在收到后端指令之后直接向卫星发送的数据信息，其中，通过信道编码和调制方式为CDMA方式并利用编码的方法按照水文数据信息的整点报时的要求收集全部站点数据，可以由此看出北斗卫星测报站的信道容量是非常大的。当然，针对目前其仅仅存在的少量用户数量，信道的拥堵问题暂时不予考虑。另一方面，神州天鸿系统民用服务中心提供了精确的授时功能，用户通过该系统的服务系统和北斗卫星地面站发送数据到用户中心站接受数据只需要几秒钟的时间，一般为3-5秒，最长也只要10秒钟，所以说，该系统的时效是相对非常快的，神州天海系统保证着整个测报系统时钟的同步，是相当重要的一个环节。
北斗卫星系统是数据报告的方式，具有点对点的双向数据传输功能，其主要的工作方式是通过测站终端采用码多分址直接发送扩频序列调制，周期伪随机序列发送L频率的波段后通过卫星转换为C波段，再被地面的接受站接收并再度经过中心站处理后发到卫星，最后经S波段发送到各个终端完成通信。实则就是点对点的运功过程，正反相同。但是，其中测站型终端是锁定在一个波束上的，而且只能锁定在一个上面，指挥型终端则与它不同，指挥型终端可以在锁定一个波束的同时锁定其他所有的波束。除此之外，还有这另外一种通播方式，就是在任意某个用户群中将主站终端号码写入该群的其他终端设备映像地址中，当中心站通播发送时该群中所有同一波束的测站都同时受到信息。由上得知，如果通过指挥型终端则可一次在全部波速上发送和接受回执，这个功能目前作为系统的广播回执，有效地通畅了系统并减少了系统中心站的发送次数，给北斗卫星通信方面带来了极大的便利。
4 北斗卫星通信在水文自动测报系统数据传输中的应用
北斗卫星通信的水文自动测报系统结构主要由水位，水文数据接收中心站，雨量遥测站，神州天鸿中心站和地面中心站构成，遥测终端是遥测站的核心。遥测站的最大作用就是采集水情信息，并有利于储存和控制北斗卫星终端的指令接收和信息发送。我国广泛的使用该系统，建起了近800个运行测站，并同时保证着系统98%的通畅率，快捷方便地处理信息。水文自动测报系统的工作体制是定时召测和定时自报，以及增量加报，水文自动测报站中北斗卫星通信为主信道，各维护分中心通过主信道以一发多收的方式对遥测站信息进行处理接收，各中心站和分中心站也能同时接受信息，同时由中心站确认后发出定时自报，并经遥测站核对后及时采纳处理。
拿金沙江的梯级电站水文自动测报应用来说吧，该系统中的主信道为北斗卫星通信系统，采用定时自报，增量自报和定时召测的工作体制通过145个遥测站和9个维护中心以及4个中心站一发多收地接受所管辖的遥测站的信息，又通过中心站的定时自报确认和核对信息，针对不同情况进行相应的处理。总之，北斗卫星的水文测报系统按照相应的流程进行着，目前已经有了一个完整有序的步骤，相对完善的体系，它在生活中的应用大大改善了生活的多方面，意义重大。
随着科技的不断发展，通过信系统的也不短进步，北斗卫星系统是我国自主研发的先进新型技术，安全性也好，更有方便快捷的数据化特点，目前已经广泛应用到我国水情自动测报领域去，是我国水文测报方向的巨大成功以及动力。
参考文献：
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卫星数据采集 篇7
1 测控数据的结构与特点
一般情况下, 为了满足卫星测控覆盖率的要求, 对同一颗卫星, 会安排多个位于不同区域的测控站进行测控, 这些测控站与控制中心间存在大量的数据交换。为了使测控站与控制中心之间的数据交换安全、可靠、实时性强, 在测控站和控制中心开发专门的数据传输系统完成测控数据的采集、加工和传输。数据传输系统和通信网共同构成了航天测控网的数据传输通道, 完成测控站与控制中心间的数据交换, 如图1所示。
测控数据包括测量数据 (遥测和外侧) 和控制数据 (遥控指令和注入数据) 。相对而言, 测量数据远远多于控制数据, 而卫星遥测数据包含有表征卫星状态的各种参数, 是地面测控系统监视和判断卫星健康状态的主要依据。下面以卫星遥测数据为例, 对其数据结构和特点进行分析。
1.1 遥测数据的结构
卫星下传的遥测数据包括实时遥测和延时遥测。遥测数据组合体制多种多样, 既有分帧遥测, 又有分包遥测。分帧遥测以遥测帧的方式下传, 多数以主副波道组帧, 遥测帧长为n个字节 (n=64, 128, 256等) 。而分包遥测由固定遥测及分包遥测组成。既包括类似分帧遥测由其在遥测帧中的位置联合部分标志参数确定的遥测数据, 也包含由多个遥测帧组包后由其在数据包中的位置联合部分标志参数确定的遥测数据[2]。地面测控站接收到卫星遥测数据后, 自动为每帧打上当时北京时间, 同时按照相关格式约定, 实时发送给控制中心。其信息主要包括:信源信宿, 信息类别、标志、时间, 数据长度和数据内容等。
1.2 遥测数据的特点
对于数据量最大的地球静止轨道同步卫星遥测数据, 其具有以下显著特点。
(1) 由于测控站24 h连续测控, 因此测控数据帧呈现出连续不间断。
(2) 测控数据帧序列是按时间大小顺序排列。
(3) 对于一颗具体型号的卫星, 其遥测数据的码速率和帧周期固定, 所有测控数据是按帧周期等时间间隔分布。
2 测控数据存储与查询方法
以记录方式存储的测控数据具有三个特点:一是记录数量巨大。根据实验测算, 如果按照每个参数采样值存储为一条记录的方式, 以北斗二号GEO卫星为例, 平均每秒钟有200个参数, 每天24 h跟踪, 一天产生的遥测记录为:200×3 600×24=17 280 000 (条) 。二是数据按照时间顺序入库。通常情况下, 测控数据均为实时接收入库, 按照数据采样时间顺序存储。三是数据入库后以只读方式访问。遥测和外测数据是卫星测控的原始采样数据, 存储到数据库中后一般只会对其进行查询检索操作, 不会对其进行更新、删除等操作。
2.1 索引的优化设计
索引是数据库中重要的数据结构, 它的根本目的就是为了提高查询的效率。为了实现海量测控数据的高效查询, 如何合理地设计索引是遥测数据查询优化的关键[3]。遥测数据是典型的时间序列数据, 通常情况下按时间顺序产生、存储和查询。通过对各类应用情况的分析, 发现对于卫星遥测数据, 所有的检索类型都是以某个时间区间为条件进行的;而90%以上的应用是查询某个参数在某段时间内的所有遥测值。因此对遥测数据表的索引设计就包含两个字段:数据时间 (DATA_TIME) 和参数代号 (PID) 。为了支持对某段时间中所有参数值进行查询, 索引字段的顺序必须为数据时间在前、参数代号在后[4]。遥测数据表索引设计如下:
2.2 基于时间分区表的优化
当表中的数据量不断增大, 查询数据的速度就会变慢, 应用程序的性能就会下降, 这时就应该考虑对表进行分区[5]。表进行分区后, 逻辑上表仍然是一张完整的表, 只是将表中的数据在物理上存放到多个表空间 (物理文件上) , 这样查询数据时, 不至于每次扫描整张表[6]。
Oracle的分区功能支持将表、索引或索引组织表进行分区。分区表具有以下优点。
(1) 改善查询的性能:对分区对象的查询可以优化为搜索对应的某个分区, 提高检索速度。
(2) 增强可用性:如果表的某个分区出现故障, 其他分区的数据仍然可用。
(3) 维护方便:如果某个分区出现故障, 只需要修复该分区即可。
(4) 均衡I/O:可以把不同的分区映射到不同磁盘以平衡I/O, 改善整个系统的性能。
Oracle支持范围、列表、散列等三类基本分区, 以及若干种组合分区。
测控数据中, 遥测、外测等海量数据具有时间序列的特征, 通常以时间为主键, 并以时间为条件进行检索, 同时需要对查询结果按照时间进行排序, 针对这些特点, 采用基于数据时间的范围分区方式进行存储, 可大大降低这类数据的检索效率, 使数据的查询响应时间不会随着数据量的增长而增加[7]。以分区表方式存储遥测数据设计如下:
2.3 基于索引组织表的优化
索引组织表 (Index Organized Table, IOT) 是与通常的堆组织表相对应的[8]。使用堆组织表时, 必须为表和表的索引分别留出空间, 存储在堆中的表是无组织的, 只要有可用的空间, 数据可以存放在任何地方, 而IOT表中的数据则是按主键存储和排序[9]。数据直接存储在索引上, 不存在主键的存储空间开销, 索引就是数据, 数据就是索引, 二者合而为一。IOT带来的好处一方面大大节约了存储空间的占用, 更重要的是大幅度降低了I/O数量。按IOT表的方式设计的遥测数据的存储表如下:
其中, 以数据时间 (DATA_TIME) 和参数代号 (PID) 为主键索引。按照这种方式进行遥测数据存储, 数据本身直接存放在索引中, 如图2所示, 大大降低了存储空间的占用。由于数据存储在索引中, 在数据插入时需要进行排序, 会损失部分写入的效率[10], 但遥测数据具有按照时间顺序入库的特点, 损失的效率会非常小。
3 实验与分析
对上述方法的存储空间和查询时间效率进行测试。测试环境:服务器Sun Fire490, 硬盘SCSI146GB, CPU 1 500 MHz×2, 内存8 GB;Oracle 10 G10.1.0.2 64 Bit。
首先接收存储某地球静止轨道同步卫星实时数据, 24 h内共存储记录16 990 000条, 平均每秒产生记录16 990 000/3 600/24=196.6条。然后使用脚本按照每秒钟200个参数自动生成60 d模拟测试数据, 在此基础上对存储空间和查询时间分别进行了分析。
3.1 存储空间分析
一颗地球静止轨道同步卫星每天产生的数据1 700万条记录, 占用存储空间约1 GB左右, 同一颗卫星的遥测数据以记盘文件方式 (不压缩) 存储约为820 MB左右。以堆组织表形式存储则占用空间为2.56 GB左右。通过IOT方式存储比以堆组织表方式 (索引与数据分别存储) 存储大幅度降低了存储空间占用, 前者只有后者的39.1%。通过IOT方式按照记录存储比原有的按照记盘文件方式 (每小时1个文件) 存储只增加了10%的存储空间占用, 但比压缩记盘文件方式增加了12倍的空间占用。
3.2 查询时间分析
从24 h的数据中检索某个参数一个小时内的所有值 (按数据时间排序) , 查询响应时间为0.17 s。从60 d的数据中检索同一个参数一个小时内的所有值 (按数据时间排序) , 查询时间为0.27 s。通过分区表和IOT方式存储, 当数据量从1 d增加到60 d时, 查询响应时间并无明显变化。遥测参数查询的SQL语句如下:
3.3 数据存储模式
对于测控数据中数据量最大的遥测数据, 存储要兼顾空间和时间两方面的因素, 要在尽量减少空间占用的同时尽量提高遥测参数的检索效率。
从3.1节和3.2节分析可知, 以记录方式存储支持对任意时间段内任意参数所有遥测值的快速检索, 虽然经过优化, 存储空间占用已经与按非压缩记盘文件方式基本相当, 但与压缩记盘文件方式相比仍有10倍左右的差距。为了在时间与空间之间取得平衡, 对遥测数据的存储采取文件和记录两种方式相结合的方案, 实时存储软件接收任务的遥测处理结果数据, 每小时将记盘文件压缩存储到数据库中, 同时解析收到的数据帧并将各个遥测参数的值按照记录的方式存入数据库[11]。记录方式的存储只保存最近一定时期 (如1个月) 的数据。既满足长期数据存档和事后分析的要求, 也支持近期遥测数据的实时检索, 为控制计算提供实时查询服务。
4 结论
本文结合工程实际需求, 提出了基于时间分区表和索引组织表的海量测控数据存储和查询方法。该方法通过工程实验和结果分析, 可以得出以下结论。
(1) 高效的查询检索。按照索引方式存储数据, 数据在数据块内按照时间数据存储, 大大降低了查询时的I/O次数, 使查询响应时间大幅度降低[12]。同时, 由于对数据按照时间进行分区存储, 基于时间的数据检索不会随时间和数据量的增长而导致查询响应时间的快速增长。
(2) 较低的存储空间占用。采用索引组织表形式进行存储, 测控数据全部存放在索引节点上, 节省了数据表本身需要占用的存储空间。另外可以通过对索引主键中的时间序列进行压缩, 进一步降低存储空间的占用。
(3) 支持数据的聚合分析。通过记录方式存储的测控数据, 支持数据库提供的聚合函数, 可以对数据进行不同长度和固定时间间隔的聚合分析。
参考文献
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卫星数据采集 篇8
不同于美国全球定位系统 (GPS) 及俄国格洛纳斯卫星导航系统
(GLONASS) 星座由单一的MEO卫星组成, 北斗系统星座不但包含了MEO卫星, 同时还有GEO卫星和IGSO卫星。GEO卫星周期和地球自转周期一样, 并且GEO卫星轨道面和地球赤道面重合, 相对地球静止不动。IGSO卫星的轨道高度和GEO卫星的轨道高度一样, 但是和地球赤道面形成55°夹角。IGSO卫星轨道周期和地球自转周期一样。相对于地球上的观测者, IGSO卫星轨迹形似 “8”字。由于北斗系统星座与其它卫星导航定位系统有很大区别, 所以很有必要对其进行分析。
1 北斗系统导航卫星在不同纬度下的可视分析
过去有诸多学者对北斗系统的星座进行过分析, 但大多基于仿真数据。如利用仿真数据分析北斗系统星座, 探讨北斗系统星座在不同区域的可视性。该文分别以北京和近赤道地区为例计算卫星的天空视图, 结果显示, 在亚太低纬度地区, BDS的GEO和IGSO卫星全部在视野以内。在高纬度地区 (北京) , GEO卫星全
部在视野以内, 且全部分布在观测者视野的南半部分, IGSO卫星会在某些时刻运行到视野以外。为了更加客观地分析北斗系统的特点, 收集了一个轨道周期的北斗系统广播星历数据 (日期为2012年5月29日) 。其计算结果表明在亚太地区赤道附近, 所有的GEO与IGSO卫星都可视, 并且GEO卫星分布在东西方向的正上空。IGSO卫星在整个轨道周期都可跟踪到, 并且卫星高度角在整个轨道周期内大于22.5°。在亚太高纬度地区 (北京) , GEO卫星分布在观测者视角的南半部分, IGSO卫星部分时刻会运行出视野以外, 但大部分时候, IGSO卫星相对于地球上高纬度地区观测者可视。和GPS、GLONASS等卫星导航系统比较起来, 对于亚太地区的观测者, 北斗系统卫星星座具有更加高效的利用率。
2 北斗系统相对静态定位精度性能分析
目前为止, 北斗系统已经能为亚太地区提供无源定位服务。为验证北斗系统相对静态定位精度, 在北京地区利用两台BDS/GPS接收机收集了6期 (每期观测时长为20 min) 静态数据, 接收机的采样频率设置为1 Hz, 基线长度约633 m, 为了降低多路径的影响, 卫星截止高度角设为15°。采用基于MWWL组合观测值和总电子含量变化速率技术探测与修复北斗系统和GPS相位观测值周跳。这种周跳探测方法能够精确探测与修复载波相位观测值上的小周跳。利用双差相位观测值组成观测方程, 可估计出位置参数与整周模糊度浮点解, 并用最小二乘降相关分解法方法进行整周模糊度的固定, 回代观测方程, 可估计出高精度的基线向量, 结果见图1及图2。
图1和图2结果表明, 单独利用北斗系统和GPS进行基线估计, 两者的精度相当。我国北斗系统已经具有为亚太地区测绘及相关部门提供高精度的定位服务能力。
3 北斗系统实时高精度动态定位精度性能分析
GPS已广泛应用于实时高精度动态定位领域, 为大坝、桥梁等大型工程提供安全监测提供技术手段。利用单历元算法 “实时”分别处理15 min北斗系统和GPS观测值, 得到三个坐标轴方向误差的时变序列 (见图3) 。在X轴与Y轴方向上, GPS误差小于北斗系统。Z轴方向上, 北斗系统与GPS误差相当。
4 结语
到2012年底, 北斗系统已能为亚太地区提供无源导航定位服务。该文利用BDS/GPS双频接收机接收广播星历和观测数据, 计算北斗系统卫星一个轨道周期内的卫星位置, 并分析北斗卫星在亚太地区不同纬度情况下的可视情况。结果表明北斗卫星的利用率在亚太地区比GPS卫星更好。在近赤道地区, 所有北斗系统的GEO和IGSO卫星在整个轨道周期内都为可视;在高纬度地区, GEO卫星在整周轨道周期内可视, IGSO卫星在大部分的轨道周期内都可以被高纬度地区北斗系统接收机跟踪到。分别以6期 (每期20 min) 北斗系统和GPS静态观测值计算基线, 两者的精度相当, 最大偏差不超过4 mm。利用单历元算法 “实时”计算每个历元的位置变化量, 在X轴和Y轴方向上, 北斗系统的精度比GPS稍差, 在Z轴方向上, 北斗系统的精度和GPS相当。同时, X轴和Y轴上出现的较大误差并没有一种随机性, 随着北斗系统的建立和完善, 这种误差一定能够得到有效地去除和削弱。
摘要：该文通过收集北斗导航卫星的实际数据, 计算北斗系统卫星一个轨道周期内的卫星位置, 并分析北斗卫星在亚太地区不同纬度情况下的可视情况。结果表明, 北斗卫星的利用率在亚太地区比GPS卫星更好。
关键词：北斗,导航卫星,定位性能,精度
参考文献
[1]刘路沙.北斗卫星为神州导航[J].中国测绘, 2010 (4) :24-25.
卫星数据采集 篇9
随着国产遥感数据种类的不断增加, 农业遥感监测的数据源得到了有效保障。但是, 针对国产遥感数据的快速预处理与融合应用平台的建设, 还不能满足目前大区域农业快速监测的实际需求。因此, 基于国产遥感数据的快速处理技术的研究对促进国产遥感数据的推广应用具有重要意义。
1 研究目标
研究基于物联网的国产环境卫星农业专用数据自动处理技术, 耦合物联网中农田生态环境传感器获取的农田土壤、气象数据, 提高国产环境卫星数据绝对定标精度;研究建立基于影像几何校正控制点库和控制点区域特征点样本库的影像批处理方法, 实现国产环境卫星影像海量数据的几何校正智能自动化处理;耦合气象因素传感器获取的农田辐射数据, 完成影像辐射校正自动处理;建立基于环境卫星高光谱数据的三种主要农作物的光谱库;研发国产环境卫星农业专用数据自动处理系统, 实现近实时提供主要农作物 (水稻、玉米和大豆) 归一化植被指数 (NDVI) 、温度植被干旱指数 (TVDI) 、植被缺水指数 (CDWI) 、亮度温度、植被含水量产品数据等农业专用数据产品, 为农作物灾害监测、预警与防治决策提供基础数据。
2 研究内容及技术路线
基于国产高分一号和环境一号卫星数据以及Landsat8 OLI影像构建农业专用数据自动处理系统平台, 系统的自动处理功能包括自动几何校正、自动辐射校正、真彩色数据自动合成;应用环境一号卫星影像和Landsat8OLI研发归一化植被指数、增强型植被指数 (EVI) 、叶面积指数 (LAI) 、温度植被干旱指数、植被缺水指数、地表温度 (LST) 产品的反演算法, 构建高精度的农作物灾害监测所需要的农业专用数据产品。应用时空连续的农业专用数据产品制作算法和海量农业专用数据产品成批生产技术, 近实时地、正确无误地生产垦区长时间序列的各种农业专用数据产品。农业专用数据自动处理系统平台技术路线如图1所示。
2.1 数据自动几何校正系统
针对海量卫星影像几何校正控制点手动选取耗费大量的人力、时间、地物连续性受到破坏、精确性不高等诸多因素导致数据产品生产精度低、产品提供实时性无法满足农业灾害监测的问题, 从全程快速自动获取GCP控制点、高精度匹配GCP控制点区域样本特征的要求出发, 开发智能、自动的国产环境卫星农业专用数据几何校正系统。
采用具有快速自动搜索控制点、同名特征区域特征提取、特征匹配等功能的自动几何校正系统;利用金字塔式的匹配方法优化搜索控制点过程, 利用仿射不变特征提取方法提取同名特征区域的样本特征, 利用序贯相似度检测算法完成同名特征区域的样本特征匹配, 利用多项式校正法完成被校正影像的自动几何校正。该系统可完成海量环境卫星影像数据的快速、自动、成批、高精度几何校正, 近实时地生产该卫星影像数据的几何精校正产品。
2.2 数据自动辐射校正系统
农作物灾害监测每天都需要处理多景卫星影像数据, 但实际获得的影像数据多数情况下因成像、感测、传输及显示等过程造成多景影像上的相同地物会有不同程度的辐射能量损失, 因此有必要对海量数据进行快速批量辐射校正。针对国产环境一号卫星影像绝对定标精度低、海量数据预处理工作效率低等问题, 从准确性、可操作性、可解释性的角度出发, 开发国产卫星农业专用数据自动辐射校正系统。
采用具有影像数据并行处理技术、批处理技术以及绝对定标和相对定标两种辐射校正方法等服务功能的遥感数据辐射校正系统;数据并行的实现模式和批处理技术用于海量遥感数据和地面传感器数据的快速成批处理;基于地面气象因素传感器获取的辐射参数的绝对辐射校正方法是采用地面气象因素传感器获取的辐射参数, 对比国产环境一号卫星影像的辐射定标后的数据进行辐射量的修正, 从而解决该影像绝对定标精度低的问题;基于时间序列环境一号卫星影像的相对辐射校正, 选择均一的地物目标计算经太阳高度角校正后各时相影像的绝对辐射亮度差异, 并以此为标准选取进行标定的关键影像, 最后用多项式模型标定时间序列中环境一号卫星影像的相应函数, 从而完成长时间序列环境一号卫星影像的相对定标。
2.3 真彩色数据自动合成系统
针对遥感卫星影像色彩不是地物自然颜色的映射、与农田视频传感器获取的图像视觉差异大、农作物种类判读标志不稳定等问题, 从可读性、合理性、稳定性等角度出发, 进行国产环境卫星影像真彩色数据自动合成系统开发。
采用具有影像合成波段选择、无缝拼接、自动匀色等服务功能的国产环境卫星影像真彩色数据自动合成系统;通过波段选择确定用于R、G、B波段组合的谱段, 以信息量最大的合成方案为目标;通过无缝拼接将多景具有部分地物重合的影像进行无缝拼合, 生成垦区范围内的全景真彩色影像;自动匀色时用色度学理论计算地物的色度坐标, 用色度坐标表示地物的真彩色影像, 实现影像色彩向自然色彩的逼近, 在影像的视觉上和信息含量上有一个双重突破。
2.4 农业专用数据产品自动生成系统
针对目前农业应用中缺少近实时的同时具备高时间分辨率和高空间分辨率的且可获取性强的遥感影像以及国产卫星影像的应用中缺少农业专用数据产品的问题, 开发基于网格技术的农业专用数据产品近实时自动生成系统, 该系统基于经过几何校正和辐射校正预处理的国产环境卫星影像, 耦合地面传感器获取的数据, 近实时生产表征农作物生态环境、群体特征和长势情况的农业专用数据产品。具体产品类型包括归一化植被指数产品、增强型植被指数产品、叶面积指数产品、温度植被干旱指数产品、植被缺水指数产品、地表温度产品, 可满足农业干旱遥感监测、主要农业病害遥感监测和农业低温冷害遥感监测的应用需求。其中, 叶面积指数产品算法原理参考PROSAIL机理模型, 根据不同的参数组合建立查找表, 确定叶面积指数、叶绿素含量 (LCC) 、结构参数 (N) 、干物质含量 (Cm) 以及等效水厚度 (Cw) 后建立代价函数, 通过优化反演得到叶面积指数;植被缺水指数产品算法参考蒸散模型, 算法既考虑土壤的水分蒸发, 又考虑植被的蒸腾, 通过建立地表缺水指数和地面传感网实测土壤水分之间的关系, 提取土壤水分含量。
3 结束语
目前国产遥感数据的推广应用遇到的主要问题不是数据的质量, 而是数据的快速获取、预处理与融合应用。通过该平台的建设将会实现多源数据的快速预处理和融合应用, 为保证农业遥感监测数据的时效性和准确性提供保障, 同时也将大大降低对遥感数据应用人员预处理技术水平的要求, 更好地促进国产遥感数据的推广应用 (005)
摘要：针对目前国产遥感数据在农业监测中应用的实际需求, 提出了构建国产遥感数据快速预处理平台的研究目标和具体研究内容, 并简要阐述了研究内容的需求背景和基本思路。
卫星数据采集 篇10
随着遥感卫星技术的发展,每天都会从遥感卫星获得大量卫星遥感数据。从这些数据中提取对气象预报有用的信息成了一个刻不容缓的工作,将遥感卫星观测区的云区与晴空区区分开来是卫星资料研究的第一步,云检测结果的好坏直接影响了许多相关的后续工作。
目前检测云的方法有很多,Menzel等通过CO2切片法计算云顶气压和有效发散率来计算云导风。对于AIRS云检测,Goldberg等提出了NESDIS Goldberg云检测方案,并在原来云检测方案的基础上,分别对陆地和海洋表面的视场进行云检测[1]。
以上这些方法普遍存在的问题是处理算法较复杂,通常需要多通道的数据同时处理,数据处理的时间较长,工作量较大。经过长时间的研究,提出了从统计分析的角度,采用回归预测法来进行云检测可以大大缩短处理时间,减轻了数据处理人员的工作量。
1 模型建立与拟合
1.1 模型的建立
回归预测分析方法从事物的因果关系出发,在大量原始观测数据的基础上,建立自变量与因变量的函数表达式,确定回归方程,预测事物今后的发展趋势[2]。
在选取卫星数据时,选用了MODIS卫星的数据。它具有高光谱分辨率、高时间分辨率、适中空间分辨率、高灵敏度以及数据免费接收等特点,在国际上被广泛地应用。基于MODIS的36个通道中的14个,后增为19个[3],不同的路径采用不同的检测方法,对每个像素有没有云给出了4个层次的判断:无云、可能无云、可能有云、有云[4]。
在可见光波段,较厚的云体对太阳辐射有较强的反射,同时云的温度通常小于地表[5],因此,我们可以利用云的具有较低亮温值的特点来进行云检测。利用MODIS传感器的第20通道(3.66—3.84 μm)的亮温数据,对亮温数据进行回归分析,通过回归模型建立亮温和时间的关系,从而预测无云数据。
实验选取2011年某一沿海地区的亮温数据为研究对象,其未经预测的亮温数据在MTALAB中的散点如图1所示。
以该地区2006年至2010年的亮温数据分别建立5年的数据模型,数据模型如式1所示。
式(1)中,t为距离原点的时间,y为t时的亮温数据,a0、a1、…、an为常数。
因为5年的数据各不相同,所以5个方程里的系数也各不相同。经过多次递归迭代,选取适当的比例分配来回归预测该地区 2011年的数据模型,得出该地区2011年数据模型中a0、a1、…、an的具体数值。
1.2 MATLAB软件拟合
MATLAB软件提供了基本的曲线拟合函数的命令。多项式函数如式(2)所示。
式(2)中,n表示多项式的最高阶数,xdata、ydata为将要拟合的数据(分别代表时间及亮温值),它使用数据的方式输入。输出参数a为拟合多项式(1)的各个系数。
值y可用式(3)计算。
运用MATLAB对亮温数据进行拟合,当取n=3时,根据回归预测模型方程(1)得到拟合结果如图2所示。
1.3 数据分析
在数据统计分析中,拉依达法则可以用来剔除误差数据,用拉依达法则判断误差的基本思想是以给定的置信概率99.7%为标准,以三倍测量列的标准偏差限为依据,凡超过此界限的误差,就认为是异常值,异常值是不可取的[6],应该从测量数据中剔除。
拉依达准则的应用是有条件的,该准则只有在测量次数n比较大时才适用,至少n≫10次才行,否则使用该准则无效[7]。
运用拉依达准则对原始数据和拟合曲线进行分析,用MATLAB分别描绘出了云数据与无云数据,如图3所示。
2 结论
使用回归预测方法,对该地区的2011年MODIS数据进行云检测,对用此方法得到的有云和无云数据进行了图像重建,实验结果如图4(b)所示。
图4(a)为未进行处理前的数据图像重现图,两图对比表明,利用回归预测法对MODIS的20通道的亮温数据进行该地区无云检测具有较高的可行性。图4中图像的比例尺是:1∶4 000 000。
实际使用时应该特别注意,从图4可以看出,该方法对该通道有云的像素点的检测效果不佳。经分析,产生的原因有如下两点:
(1)MODIS的20通道的特点如表1所示。本实验数据只利用了MODIS的第20通道,而云在可见光/近红外波段的高反射特征、云中水汽的吸收特征,以及云在热红外不同波段的表现是不同的[8]。只通过对单一波段的分析,会造成某些云像素点检测不出来。
(2)拉依达法则的使用存在置信概率的问题,可能造成有些云的像素点检测不出来。而拉依达准则的应用是有条件的,该准则只有在测量次数n比较大时才适用。
因此,在针对不同的类似地区使用回归预测法时,需要对MODIS不同特征波段的数据分别进行云检测,同时选择多年大量的数据并及时调整拉依达准则中的辨别条件,综合分析不同波段的检测结果,从而大大提高其在有云数据处理方面的有效性。
该方法与现有的其他方法相比,具有处理速度快、操作简便的优点,特别适用于类似地区数据处理量较大的场合,具有一定的实际应用价值。
参考文献
[1]朱文刚,李刚.一种基于通道排序的云检测方法.安徽农业科学,2011;39(32):20093—20095
[2]甘蓉蓉,陈娜姿.人口预测的方法比较以生态足迹法灰色模型法及回归分析法为例.西北人口,2010;1(31):57—60
[3] Ackerman S,Strabala K,Paul W M,et al.Discriminating clear-skyfrom cloud with MODIS.J.Geophys.Res.,1998;10(1029):32141—32158
[4]张旭,崔彩霞.基于MODIS数据的云检测及其在新疆的应用.干旱区研究,2011;7(28):705—708
[5]汤琦,毛节泰.利用MODIS资料对中国西部地区的云检测.高原气象,2006;12(25):990—1000
[6]熊艳艳,吴先球.粗大误差四种判别准则的比较和应用.大学物理实验,2010;2(23):67—68
[7]张敏,袁辉.拉依达准则与异常值剔除.郑州工业大学学报.1997;3(18):84—88
卫星数据采集 篇11
GPS接收机接收到GPS信号并成功解码得到时间和位置信号后, 有很多数据会在不同的设备之间传输, 为了确保数据的有效传输, 美国国家航海电子协会制订了NMEA20183协议, 规范了各设备之间数据传输格式, 其已广泛应用于很多领域。本文以NMEA20183协议为基础, 充分利用FPGA可并行运行的特点, 利用软件编程在单片FPGA上并行实现GPS信息的接收处理、存储器和PWM控制, 同时根据FPGA具有丰富的I/O接口特点, 通过编程为DSP等微处理器的无缝接入预留接口。
1 系统总体结构
车载GPS及其相应的导航系统要求系统既要具有高速实时的计算能力, 也具有丰富的外设接口, 保证采样速度和精度。同时, 根据整个系统小型化的考虑, 惯导平台通常采用小容量PWM驱动装置, 从而减小外部电磁环境的影响, 保障其工作精度。FPGA具有丰富的I/O功能, 而且可以多个进程并行运行, 可以满足系统的要求。本文设计GPS数据采集与处理系统就采用FPGA作为核心处理芯片实现GPS数据采集处理和PWM控制, 系统硬件结构如图1所示, 系统的核心处理器FPGA选用xilinx公司的XC3S400, 它采用90nm工艺, 最大容量40万门, 工作频率可达200MHz, 此外系统还包括电源管理单元, 程序和数据存储器, 接口电平转换单元等部分组成。系统采用5V供电, 选用TI公司的TPS75003作为电源管理芯片, 提供+3.3V、+2.5V和+1.2V电压。
2 技术实现
本系统充分利用FPGA可并行运行的特点, 利用软件编程在单片FPGA上并行实现GPS信息的接收处理、存储器和PWM控制, 同时根据FPGA具有丰富的I/O接口特点, 通过编程为DSP等微处理器的无缝接入预留接口。GPS数据由东方联星公司的CNS100-GG卫星导航接收机以232接口的形式提供。CNS100-GG卫星导航接收机, 能够实时接收GPS和GLONASS卫星导航信息, 实现机动载体的实时高精度三维定位、三维测速、精确定时, 具有定位精度高、启动时间短、体积小、功耗低、性能可靠、适应各类载体, 具有抗干扰/防欺骗能力。CNS100-GG卫星导航接收机热启动时间为1秒, 冷启动时间为35秒。CNS100提供的GPS数据格式以$GPGGA、$GPRMC和$GPGSV开头, 以0x OD 0x OA结束。
根据CNS100-GG接收机提供的GPS信号特点, 采用FPGA进行编程, 基于FPGA的GPS数据接收流程如图2所示。FPGA首先检测以“$”开始的GPS帧头数据, 并在地址译码信号的作用下将数据存入FPGA自带的Block RAM, FPGA检测到0x OD 0x OA结尾数据时, 表示该帧GPS数据接收完成, FPGA产生完成标志, 通知DSP读取和处理GPS数据, 同时将存储器片选地址翻转, 以待下次GPS数据存入另一存储空间, 完成乒乓存储。
3 仿真验证
对基于FPGA的GPS数据接收系统进行软件仿真验证, 基于ISE软件的FPGA实现图如图3和图4所示, 对FPGA接收GPS进行数据仿真, 仿真波形如图5所示。从图3至图5可以看出, 基于FPGA能够实现GPS数据的实时接收。
结束语
FPGA具有并行运算的特点, 能够实现数据的高速实时采集, 本文基于FPGA设计了GPS数据的实时采集系统, 该系统能够实现数据的实时采集和处理。
参考文献
[1]闻敬文.基于FPGA的系统设计[M].北京:机械工业出版社, 2006.
[2]Liu J J, Huang X S.A hardware design of low cost inertial navigation system.[J].Navigation and Control, Vol.2, No.3, pp.6-9, 2003 (in Chinese) .
[3]I Daubechies, R A DeVore, C S Güntürk, V A Vaishampayan.A/D conversion with imperfect quantizes[J].IEEE Trans.Inform.Theory, Vol.52, No.3, pp.874-885, 2006.
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