光學(xué)測繪衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)提取方法研究

航天測繪遙感信息處理中心運(yùn)行控制室 申思騰 姜雨軒 趙冠先 彭濰汐

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光學(xué)測繪衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)提取方法研究

航天測繪遙感信息處理中心運(yùn)行控制室 申思騰 姜雨軒 趙冠先 彭濰汐

【摘要】光學(xué)測繪衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，為確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要提取典型特征日期的相關(guān)遙測數(shù)據(jù)，對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行安全評(píng)估。本文分析比較現(xiàn)階段光學(xué)測繪衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)三種獲取方式的特點(diǎn)，表明整星遙測數(shù)據(jù)對(duì)于衛(wèi)星狀態(tài)分析的重要性，同時(shí)提出一種整星遙測數(shù)據(jù)提取方法，按照分包處理、分表存儲(chǔ)管理的原理，借助數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)處理結(jié)果，達(dá)到快速、完整提取衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)的目的。該方法經(jīng)過工程實(shí)踐，效果良好，可為衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)分析提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

【關(guān)鍵詞】光學(xué)測繪衛(wèi)星；整星遙測數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)提取方法；Oracle數(shù)據(jù)庫

1 概述

現(xiàn)階段光學(xué)測繪衛(wèi)星主要運(yùn)用遙測技術(shù)對(duì)衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。遙測數(shù)據(jù)包含衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間的全部狀態(tài)信息，參數(shù)多，數(shù)據(jù)量大，是地面系統(tǒng)掌握衛(wèi)星在軌狀態(tài)的重要手段。及時(shí)獲取遙測數(shù)據(jù)、科學(xué)分析數(shù)據(jù)內(nèi)涵是評(píng)估衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)、發(fā)揮衛(wèi)星工作效能的有效方法。

2 遙測數(shù)據(jù)處理情況

2.1 遙測數(shù)據(jù)采集方法

光學(xué)測繪衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)涵蓋衛(wèi)星各個(gè)分系統(tǒng)。星務(wù)中心計(jì)算機(jī)通過整星總線網(wǎng)絡(luò)，按照不同采樣周期采集各分系統(tǒng)下位機(jī)工作狀態(tài)，并按照不同下位機(jī)、不同類型分包編碼，形成遙測數(shù)據(jù)包，通過軟件形成規(guī)定格式的遙測下行數(shù)據(jù)幀。

2.2 遙測數(shù)據(jù)處理方法

遙測數(shù)據(jù)通常采用實(shí)時(shí)解譯顯示的方法進(jìn)行處理，對(duì)于重要參數(shù)通過挑點(diǎn)方式存入數(shù)據(jù)庫表空間中，供分析查詢，其余參數(shù)不做入庫處理，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表1所示，挑點(diǎn)參數(shù)設(shè)置如圖1所示。由于遙測數(shù)據(jù)量大、衛(wèi)星監(jiān)測時(shí)間長等原因，該表數(shù)據(jù)增長速度快，容易造成數(shù)據(jù)查詢速度慢，影響工作效率。

表1 遙測處理結(jié)果表結(jié)構(gòu)

圖1 衛(wèi)星挑點(diǎn)遙測參數(shù)設(shè)置圖

2.3 遙測數(shù)據(jù)分類

按照獲取方式，遙測數(shù)據(jù)通常分為三類：

一是實(shí)時(shí)遙測，即在衛(wèi)星過境時(shí)刻，衛(wèi)星地面站跟蹤衛(wèi)星位置并實(shí)時(shí)采集當(dāng)前衛(wèi)星狀態(tài)信息的遙測數(shù)據(jù)。二是延時(shí)遙測，即為衛(wèi)星按采樣周期進(jìn)行抽樣壓縮的遙測數(shù)據(jù)，在每一個(gè)傳送周期，實(shí)時(shí)遙測包傳送完后，再傳送延時(shí)遙測包；三是整星遙測數(shù)據(jù)，整星遙測數(shù)據(jù)采集衛(wèi)星全天候全部狀態(tài)參數(shù)，將數(shù)據(jù)記錄存儲(chǔ)在星務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，隨衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)下傳。

2.4 不同類型遙測數(shù)據(jù)特點(diǎn)比較

實(shí)時(shí)遙測最大的優(yōu)點(diǎn)在于實(shí)時(shí)采集監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，數(shù)據(jù)參數(shù)全。缺點(diǎn)是只在衛(wèi)星過境測控時(shí)刻才能處理保存，單星每天數(shù)據(jù)時(shí)段不足半小時(shí)，不便于分析長時(shí)間段內(nèi)衛(wèi)星狀態(tài)信息。

表2 未處理的整星遙測數(shù)據(jù)

表3 遙測數(shù)據(jù)獲取方式特點(diǎn)

表4 遙測數(shù)據(jù)包通用格式

延時(shí)遙測數(shù)據(jù)采取按周期抽樣壓縮的方式，在實(shí)時(shí)遙測包傳送完后，再傳送延時(shí)遙測包。延時(shí)遙測優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間范圍廣，便于了解衛(wèi)星過境前狀態(tài)信息，缺點(diǎn)是信息不完整，只能了解到概略情況。

整星遙測數(shù)據(jù)來源于星務(wù)中心計(jì)算機(jī)星務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，隨影像數(shù)據(jù)下傳，文件存儲(chǔ)格式如表2所示。處理整星遙測數(shù)據(jù)時(shí)需通過軟件解譯，同時(shí)將挑點(diǎn)參數(shù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫。

整星遙測數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)時(shí)間段完整，參數(shù)齊全，缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)隨衛(wèi)星影像下傳，解密、分離等環(huán)節(jié)具有一定的滯后性。

綜上所述，三種遙測數(shù)據(jù)特點(diǎn)如表3所示。

對(duì)衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估需要提取特征日連續(xù)二十四小時(shí)遙測數(shù)據(jù)信息，通過分析對(duì)比，整星遙測數(shù)據(jù)是重要的數(shù)據(jù)源。

3 整星遙測數(shù)據(jù)處理方法

整星遙測數(shù)據(jù)持續(xù)時(shí)間長，且光學(xué)測繪衛(wèi)星遙測參數(shù)通常多達(dá)數(shù)千個(gè)，傳統(tǒng)挑點(diǎn)處理存儲(chǔ)方式難以保障。為便于管理，有必要按照數(shù)據(jù)包進(jìn)行分包處理；為提高處理效率，有必要對(duì)多段數(shù)據(jù)進(jìn)行并行處理。在此提出一種按包處理、多表存儲(chǔ)的新型處理方法。

3.1 分包處理

衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)包通常由主導(dǎo)頭和數(shù)據(jù)域組成，主導(dǎo)頭通常固定為N個(gè)字節(jié)。主導(dǎo)頭包含包識(shí)別、包順序控制、包長三部分，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表4所示。

主導(dǎo)頭作為每個(gè)遙測數(shù)據(jù)包的標(biāo)志，在處理整星遙測數(shù)據(jù)時(shí)按照第一個(gè)主導(dǎo)頭指針尋找第一個(gè)數(shù)據(jù)包位置，按主導(dǎo)頭指示的包長形成數(shù)據(jù)包。包識(shí)別是處理整星理遙測數(shù)據(jù)的依據(jù)，通過不同的包識(shí)別對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行相應(yīng)的顯示與處理，主導(dǎo)頭前面的數(shù)據(jù)為上一數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)。由于遙測數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)幀的形式記錄，如果傳送幀不連續(xù)，不能形成完整的數(shù)據(jù)包，則丟棄該數(shù)據(jù)包不作任何處理，繼續(xù)處理下一數(shù)據(jù)包。

3.2 多表存儲(chǔ)

新方法在Oracle數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)管理的基礎(chǔ)上，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)，按照不同數(shù)據(jù)的時(shí)間段信息自動(dòng)建立新的數(shù)據(jù)庫表，表名按照固定數(shù)據(jù)格式創(chuàng)建，如表5所示。在處理遙測數(shù)據(jù)時(shí)，通過預(yù)設(shè)配置信息的方式，將每段整星遙測數(shù)據(jù)存儲(chǔ)入指定的數(shù)據(jù)庫表中，達(dá)到同時(shí)處理多段整星遙測數(shù)據(jù)的目的，實(shí)現(xiàn)多段遙測數(shù)據(jù)同時(shí)處理，提高工作效率。各數(shù)據(jù)表完成處理、輸出、分析等工作后，可根據(jù)任務(wù)需要執(zhí)行刪除、備份等工作，減少數(shù)據(jù)庫冗余。

表5 新建整星遙測數(shù)據(jù)表樣例

新建整星遙測數(shù)據(jù)處理記錄表，存儲(chǔ)各數(shù)據(jù)表的處理情況，數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)如表6所示。

表6 遙測數(shù)據(jù)處理記錄表結(jié)構(gòu)

3.3 分包輸出整星遙測數(shù)據(jù)

每段整星遙測數(shù)據(jù)分包處理并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫表中。處理完畢后，按照處理數(shù)據(jù)時(shí)的包識(shí)別可執(zhí)行查詢、分析、統(tǒng)計(jì)、輸出等工作，為后續(xù)評(píng)估衛(wèi)星狀態(tài)提供數(shù)據(jù)支持。按包標(biāo)示輸出的文件命名樣例如表7所示。

表7 整星遙測數(shù)據(jù)輸出結(jié)果

4 結(jié)論

本文對(duì)比分析光學(xué)測繪衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)三種獲取方法的優(yōu)缺點(diǎn)，表明整星遙測數(shù)據(jù)對(duì)于衛(wèi)星狀態(tài)分析的重要性，同時(shí)提出一種整星遙測數(shù)據(jù)提取方法，按照分包處理、分表存儲(chǔ)管理的原理，借助數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)處理結(jié)果，達(dá)到快速、完整提取衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)的目的。該方法經(jīng)過工程實(shí)踐，效果良好，可為衛(wèi)星在軌運(yùn)行狀態(tài)分析提供可靠的數(shù)據(jù)支撐。

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作者簡介：

申思騰，航天測繪遙感信息處理中心運(yùn)行控制室助理工程師。