遙感衛星地面接收處理系統一體化設計與關鍵技術＊

黃煒昭，鄒俊君，謝歡歡，張宏釗

遙感衛星地面接收處理系統一體化設計與關鍵技術＊

黃煒昭，鄒俊君，謝歡歡，張宏釗

（深圳供電局有限公司，廣東 深圳 518000）

憑借遙感衛星技術的商業化特點，其大規模應用于調查國土資源與環境監測。在地面應用系統中遙感衛星地面接收系統是關鍵內容，具體實現了接收和預處理遙感數據的操作。所以，設計遙感衛星地面接收處理系統體現出較強的現實意義。

遙感衛星；地面接收系統；一體化設計；關鍵技術

隨著國家大力開展信息化建設工作及國民經濟部門遙感產業化的綜合發展，人們對衛星的應用需求不斷增加，對遙感數據的類型、時空分辨率、覆蓋范圍提出了全新的要求。為了符合各個行業利用多種遙感器的信息需要，遙感衛星地面接收系統在發展過程中呈現創新特點，進而對目標實現全天候不間斷觀測。

1 地面接收系統控制特點

1.1 組成分析

遙感衛星地面接收系統主要工作頻段是X波段和S波段，X波段對可見光與微波遙感圖像數據進行傳輸，S波段主要對業務進行測控。結合功能要求，完善的遙感衛星地面接收系統包括天饋伺分系統、信道分系統、數據記錄和快視分系統、遙測分系統、運行控制分系統和標校、測試、系統設備。遙感衛星地面接收系統信號流程的中心是信道分系統，在控制流程中核心是運行控制分系統。信道分析系統主要對天饋設備的X波段與S波段信號進行接收，變頻后實現跟蹤解調獲得跟蹤信號送伺服設備，實現數據解調，獲得基帶信號送數據記錄與快視設備，另外，還可以接收標校設備信號，完成信道分系統有關設備的標定，并通過測試設備檢查系統技術參數與功能。

1.2 控制特點

1.2.1 設備種類多，接口類型復雜

遙感衛星地面的運行需求直接限制了接收系統設備種類，不同分系統和設備間任務取向的差異使設備接口更復雜，被控對象產生較多的受控參數，控制回路相對復雜。信道分系統包含較多設備，牽涉面廣；對應控制接口包含以太網、串行總線等。

接收系統設備一般利用專用、封閉的系統結構，硬件采取對應的執行標準，彼此融合系統，集中控制。

1.2.2 高時效控制，多平臺操作

全站設備的功能是自動運行或無人值守，同時由于衛星跟蹤的高時效性決定系統達到自動化監控管理的目標，對設備工作參數與狀態集中控制和檢測，實時上報設備運行中的參數與狀態。由于不同分系統與設備參數狀態均與硬件環境、軟件環境和數據庫環境不同，各個平臺間應實現彼此調用和協作操作。

1.2.3 高可靠性

地面接收系統包括多個復雜的分系統，任何局部故障都可能造成衛星過境時難以接收整軌數據，直接導致接收操作的失敗。因此，接收系統必須具有高可靠性的控制設備，最大程度降低操作失誤，降低發生故障的可能性。

2 系統一體化設計

2.1 多星適應性

系統主要通過S/X、S/Ka、S/X/Ka多波段高性能饋源，有效適應接收不同衛星在不同工作模式產生的信號，采取雙圓極化頻率復用對左右旋信號全面接收；采取多星通用記錄設備綜合適應多種傳感器記錄數據。接收站在接收多衛星任務時一般采取多套天線，地面接收系統可以多天線、多任務配置資源，并具備一定的調度能力。因此，接收站為更好調度、配置任務，科學設計了系統資源管理系統。

2.2 跟蹤接收與測試分系統

利用信道統一設計的思想，設計過程中，采取的設備硬件接口應注意規范性，并不斷提高設備的標準性能；接收站科學設計測試開關、基帶數據切換操作單元，不斷優化處理工作頻段形成的變頻方案，對電平合理配置，進而統一處理射頻、中頻與基帶數據接口。

結合傳輸高碼速基帶數據，相應提高了網絡輸出調節數據的能力，通過交換式以太網曲繞切換開關，并結合高速解調器的數量配置選擇適合的網絡交換機，逐步提升網絡的傳輸水平。交換機以太網交換中心結構，具有星型拓撲結構網絡特點，采取交換存儲的操作方法，通過背板寬帶不斷增強信息傳輸效率。

2.3 故障診斷分析系統

故障診斷分析系統結構如圖1所示。其中采集數據、監測故障與自檢測試主要利用監控分析與測試系統實現，故障診斷單元包含本地計算機、本地服務器、遠程計算機、遠程服務器等軟件。具體根據系統測試分析、設備操作特點以及工作參數報告等，對工作狀態全面解析，并對系統故障及時判斷。

圖1 故障診斷分析系統結構

2.4 站監控管理分系統

為保證可靠性，接收站與兩臺任務管理服務器配置。任務管理軟件選擇三層架構，包括基于任務管理的服務端軟件、客戶端軟件及數據庫應用組件。人機會話操作主要由任務管理器客戶端組件完成，嚴格實行用戶指令，并及時顯示用戶瀏覽的數據信息；任務管理服務端組件對業務數據處理后，形成任務與測試計劃、分配設備資源、消解沖突檢測、預報衛星軌道等；數據庫用組件訪問數據庫，簡化管理軟件操作，保證數據的安全，有效支持軟件運行。

系統監控軟件利用三層體系結構，通過接口實現各軟件的交互與融合，將完整的業務功能呈現給用戶。系統監控客戶端組件，進而完成人機交互操作，達到人機會話運行的目標，為用戶提供需求信息，統一實行用戶指令，并保證信息檢索的靈活性；服務端組件主要處理業務數據，對系統資源有效管理，完成系統監控與配置設備的功能，貫徹落實軟件下達的工作任務；數據庫應用組件對數據庫邏輯處理有效封裝，與管理軟件實現交互，完成讀寫數據庫的操作；自動化測試組件借助測試儀器進行訪問服務，完成誤碼率測試，遠程控制系統狀態。

3 關鍵技術

3.1 多星適應性設計技術

地面接收系統為了與多種衛星下傳的頻率和帶寬有效適應，數傳通道一般為8～9 GHz。數據調節器與不同速率、不同制式信號的解調有效適應，精心調節高速率解調器的相位和幅度，保證系統接收最小誤碼。自跟蹤接收機采取數字移相器對相位調整，進一步對多星信號有效跟蹤。數字移相器可以迅速切換程控，符合多星適應的要求。

3.2 過項跟蹤技術

由于衛星接收系統天線在正上方，傳統天線座架形式無法對項目標實施跟蹤，導致中斷了接收數據。因此可以選擇三軸天線系統，對第三軸位置科學調整，進一步傾斜測量系，消除跟蹤死區。

3.3 雙通道實時合成技術

為了最大程度減輕衛星傳輸高速數據的壓力，有時借助兩個通道傳輸遙感數據。系統分別接收以后合成雙通道數據。具體采取軟件與硬件合成的兩種方法，當前可以實現的僅有硬件合成。

3.4 快速反應功能

從實時接收的數據中，采取快視設備人機交互迅速向處理信息分系統傳遞FRED圖像。快速反應功能實現的關鍵是對大量原始數據實時循環緩存。

4 結束語

綜合分析可知，系統一體化設計形成了一個有機的整體，實現了設備共享。本系統可以對遙感衛星在野外環境中實行跟蹤接收、記錄、快視和處理，系統具備較高的自動化程度，便于操作使用，自檢維護能力極強。利用一體化設計，最大程度保證了系統性能，同時展開與拆收時間都不超過20 min，設計具有創新性。該系統初步達到國內外先進水平，在遙感衛星數據接收處理領域具有一定的推廣價值。

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V423.43

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.023

2095－6835（2019）17－0054－02

“基于人造衛星的電網智能運維技術的研究”（編號：090000KK52180069（SZKJXM20180261））

〔編輯：嚴麗琴〕