GECAM衛(wèi)星快速預(yù)處理流程設(shè)計與實現(xiàn)

馬福利，陳 玲，李 冰，鄭世界，王 平，于勤思

(1. 中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心，北京 100190；2. 中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100094；3. 中國科學(xué)院高能物理研究所，北京 100049)

天文學(xué)是一門觀測驅(qū)動的科學(xué)，天文學(xué)的重大進(jìn)展往往源于新的觀測發(fā)現(xiàn)。2015年9月14日，激光干涉引力波天文臺(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)首次成功探測到來自雙黑洞合并產(chǎn)生的引力波，推進(jìn)引力波常規(guī)化探測的進(jìn)程。2017 年8 月17 日，人類首次發(fā)現(xiàn)雙中子星合并產(chǎn)生的引力波及電磁對應(yīng)體[1]，直接證實了引力波電磁對應(yīng)體的存在及在引力波相關(guān)研究中的重要作用，促使引力波天文學(xué)成為國際熱門的研究領(lǐng)域[2]。引力波暴高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器是專門針對引力波伽馬暴的研究機(jī)遇而提出的中國科學(xué)院空間科學(xué)(二期)先導(dǎo)專項衛(wèi)星任務(wù)，基于北斗三號導(dǎo)航系統(tǒng)的短報文服務(wù)，衛(wèi)星能夠及時下行空間天文警報信息，是我國首個具有即時下行觀測數(shù)據(jù)能力的空間天文望遠(yuǎn)鏡[3]。

GECAM衛(wèi)星由有效載荷以及衛(wèi)星平臺組成，有效載荷包括25個伽馬射線探測器(Gamma-Ray Detector, GRD)、8個荷電粒子探測器(Charged Particle Detector, CPD)、載荷處理器和載荷艙主結(jié)構(gòu)4部分[4-5]。有效載荷將觀測的科學(xué)數(shù)據(jù)以及在軌觸發(fā)事件信息通過衛(wèi)星平臺的數(shù)傳子系統(tǒng)、測控子系統(tǒng)以及短報文子系統(tǒng)分別下行到地面。數(shù)據(jù)落地后，數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件需要對來自多通道下行的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理以及交叉驗證，以保證觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品、天文警報數(shù)據(jù)產(chǎn)品以及事例和并道數(shù)據(jù)產(chǎn)品的正確性和完整性，處理后生成的各級產(chǎn)品及時發(fā)送至科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，用于進(jìn)一步的科學(xué)分析。

1 衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理特征分析

GECAM衛(wèi)星采集的數(shù)據(jù)包括科學(xué)觀測數(shù)據(jù)、載荷工程數(shù)據(jù)以及平臺工程數(shù)據(jù)。根據(jù)載荷工作模式以及采樣率的不同，科學(xué)觀測數(shù)據(jù)分為觸發(fā)數(shù)據(jù)、事例數(shù)據(jù)、時間并道數(shù)據(jù)和能譜并道數(shù)據(jù)。衛(wèi)星平臺按照CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)源包格式[6]，設(shè)計不同的應(yīng)用過程標(biāo)識符(Application Process Identifier, APID)，在大容量存儲中對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分標(biāo)識與存儲。在衛(wèi)星過境期間，按照不同的虛擬信道組織成標(biāo)準(zhǔn)的AOS(Advanced Orbiting System)傳輸幀[7]下行。當(dāng)數(shù)據(jù)成功落地后，地面系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行幀校驗、幀同步、虛擬信道分離、源包/科學(xué)數(shù)據(jù)包提取與校驗、APID拆分、關(guān)鍵域校驗、排序、時間碼解算以及物理量轉(zhuǎn)換等操作[8]，處理生成CDF(Common Data Format)和FITS(Flexible Image Transport System)格式的0A/0B/0D級數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)傳子系統(tǒng)設(shè)計一般是一個APID的數(shù)據(jù)僅通過一個虛擬信道下行[9]，由于GECAM衛(wèi)星對觸發(fā)數(shù)據(jù)以及天文警報信息時效性和可靠性要求較高，有效載荷采集的同一個APID的事例數(shù)據(jù)會通過點播數(shù)據(jù)虛擬信道、暴發(fā)數(shù)據(jù)虛擬信道以及事例數(shù)據(jù)虛擬信道同時下行，增加了地面系統(tǒng)進(jìn)行融合數(shù)據(jù)處理以及按事件進(jìn)行觸發(fā)數(shù)據(jù)切分的難度。此外，科學(xué)數(shù)據(jù)分析過程對事例時間高精度要求以及觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品復(fù)雜的處理過程也給地面數(shù)據(jù)預(yù)處理軟件的設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。

(1)多備份、多通道數(shù)據(jù)融合處理

為保證數(shù)傳信道接收數(shù)據(jù)的可靠性，避免由于星地鏈路不穩(wěn)定或者設(shè)備的原因?qū)е侣涞財?shù)據(jù)不完整，地面接收站在接收數(shù)據(jù)時往往安排多個天線備份接收，落地生成多份原始數(shù)據(jù)，根據(jù)處理需求將多份原始數(shù)據(jù)發(fā)送給地面預(yù)處理軟件。地面系統(tǒng)需要對來自測控、北斗短報文以及數(shù)傳通道下行的多備份數(shù)據(jù)進(jìn)行快速預(yù)處理，融合各信道天文警報信息，提取觸發(fā)編號、觸發(fā)時間、觸發(fā)位置等信息進(jìn)行觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的生產(chǎn)與驗證，融合載荷工程數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行事例數(shù)據(jù)和并道數(shù)據(jù)的質(zhì)量標(biāo)識等。

(2)事例數(shù)據(jù)時間解算過程復(fù)雜且精度要求高

由于星上存儲空間的約束和數(shù)據(jù)量壓縮的需求，在事例數(shù)據(jù)格式中沒有存儲數(shù)據(jù)到達(dá)時間的絕對值，每個事例的到達(dá)時間采用一個最小分辨為0.1 μs的本地時間計數(shù)器進(jìn)行記錄，物理事例中只記錄最低的24 bit，當(dāng)其向高位進(jìn)位時產(chǎn)生一個進(jìn)位事例，記錄該計數(shù)器的高位信息。為了能夠在地面處理過程中確定事例到達(dá)的絕對時間，載荷將衛(wèi)星平臺提供的全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)秒同步信號的到達(dá)時間作為一個事例插入數(shù)據(jù)流，另外在每個全球定位系統(tǒng)秒同步信號之后，衛(wèi)星數(shù)管通過控制器局域網(wǎng)絡(luò)(Controller Area Network, CAN)總線廣播對應(yīng)的協(xié)調(diào)世界時(Coordinated Universal Time, UTC)，載荷也將其作為一個特殊的UTC事例插入事例流。地面系統(tǒng)需要基于有效載荷物理事例、進(jìn)位事例、GPS事例以及UTC事例共同還原物理事例的到達(dá)時間，時間的解算精度要求達(dá)到10-7s量級。

(3)基于事件組織的觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品設(shè)計

當(dāng)有效載荷在軌觸發(fā)軟件探測到顯著的觸發(fā)事件后，系統(tǒng)通過CAN總線發(fā)送觸發(fā)時刻至衛(wèi)星平臺，衛(wèi)星平臺將觸發(fā)時刻前50 s和觸發(fā)時刻后250 s共計300 s的事例數(shù)據(jù)組成觸發(fā)數(shù)據(jù)并通過暴發(fā)數(shù)據(jù)虛擬信道下行。衛(wèi)星平臺在接收到觸發(fā)時刻后，也會組織約31條短報文數(shù)據(jù)包將關(guān)鍵信息下發(fā)至地面，這兩類信息是觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)的必要輸入。觸發(fā)時刻前后時間段內(nèi)的數(shù)據(jù)對科學(xué)分析工作非常關(guān)鍵，為方便科學(xué)家開展數(shù)據(jù)產(chǎn)品分析，呈現(xiàn)觸發(fā)時間段內(nèi)盡可能完整的數(shù)據(jù)內(nèi)容，地面系統(tǒng)需要基于觸發(fā)事件編號將觸發(fā)事件時間范圍內(nèi)的科學(xué)數(shù)據(jù)、載荷工作狀態(tài)參數(shù)、軌道、姿態(tài)和日月地空間等信息進(jìn)行統(tǒng)一處理與產(chǎn)品生產(chǎn)。

2 數(shù)據(jù)預(yù)處理流程定義

GECAM衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理過程從接收衛(wèi)星的數(shù)傳原始數(shù)據(jù)文件開始[10]，采用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式，對地面接收站落地的遙測原始文件、數(shù)傳原始文件以及北斗短報文數(shù)據(jù)進(jìn)行批處理，基于MESOS統(tǒng)一資源池對批處理作業(yè)任務(wù)進(jìn)行并行調(diào)度，支持按優(yōu)先級進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，保證優(yōu)先處理高優(yōu)先級的數(shù)據(jù)。

2.1 科學(xué)數(shù)據(jù)處理流程

事例數(shù)據(jù)、并道數(shù)據(jù)和觸發(fā)數(shù)據(jù)是有效載荷直接探測的科學(xué)數(shù)據(jù)，針對這3類科學(xué)數(shù)據(jù)的傳輸幀層數(shù)據(jù)處理、源包層數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)切分、時間解算以及物理量轉(zhuǎn)換等處理過程，我們設(shè)計了科學(xué)數(shù)據(jù)處理流程，生成不同級別和不同種類的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，如圖1。

圖1 事例/并道數(shù)據(jù)處理流程

(1)AOS傳輸幀數(shù)據(jù)處理，接收并解析數(shù)傳原始數(shù)據(jù)，依據(jù)幀同步頭 “1ACFFC1DH” 開展AOS傳輸幀同步，對AOS進(jìn)行LDPC(Low-Density Parity Check)校驗，剔除誤碼數(shù)據(jù)，依據(jù)虛擬信道標(biāo)識符對事例數(shù)據(jù)、并道數(shù)據(jù)、觸發(fā)數(shù)據(jù)和載荷工程數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分。

(2)CCSDS源包數(shù)據(jù)處理，提取AOS幀數(shù)據(jù)域內(nèi)的源包數(shù)據(jù)塊，依據(jù)同步碼 “146FH” 進(jìn)行CCSDS源包定位，根據(jù) “包長” 提取源包數(shù)據(jù)，利用源包序列計數(shù)和源包副導(dǎo)頭的時間碼進(jìn)行源包排序。輸出0A級數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

(3)數(shù)據(jù)產(chǎn)品切分，根據(jù)0B級數(shù)據(jù)產(chǎn)品格式設(shè)計，事例數(shù)據(jù)和并道數(shù)據(jù)塊需要按小時hour:00:00～hour:59:59拆分，基于數(shù)據(jù)完整性考慮，每個產(chǎn)品包含前一個小時最后100 s的冗余數(shù)據(jù)；對觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，按照觸發(fā)時間進(jìn)行數(shù)據(jù)切分。

(4)科學(xué)數(shù)據(jù)包處理，提取CCSDS源包數(shù)據(jù)域中的源數(shù)據(jù)，進(jìn)行源數(shù)據(jù)循環(huán)冗余校驗(Cyclic Redundancy Check, CRC)，根據(jù)源數(shù)據(jù)類型的不同，分別開展數(shù)據(jù)采集板、載荷探頭拆分以及源數(shù)據(jù)到達(dá)時間解算，生成伽馬射線探測器和荷電粒子探測器的0D級事例數(shù)據(jù)和并道數(shù)據(jù)。

2.2 天文警報信息處理流程

天文警報信息是指衛(wèi)星在軌觸發(fā)軟件探測到暴發(fā)事件后，按照北斗短報文格式組織的數(shù)據(jù)，該類信息分別通過數(shù)傳信道、遙測信道以及北斗短報文服務(wù)下行。星上自主根據(jù)觸發(fā)類型生成不同數(shù)量的天文警報信息，當(dāng)觸發(fā)類型為長觸發(fā)時組織生成31條天文警報信息，當(dāng)觸發(fā)類型為短觸發(fā)時組織生成4≤n≤31條天文警報信息。

2.2.1 天文警報信息格式定義

天文警報產(chǎn)品按照觸發(fā)事件編號組織，內(nèi)容包含一次暴發(fā)事件對應(yīng)的天文警報信息，天文警報信息產(chǎn)品采用FITS格式，產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 天文警報信息產(chǎn)品組織結(jié)構(gòu)圖

Primary Header存儲產(chǎn)品基本元數(shù)據(jù)信息，Extension Header存儲數(shù)據(jù)單元特有的元數(shù)據(jù)信息，Data Unit存儲經(jīng)物理量轉(zhuǎn)換后的參數(shù)結(jié)果，部分元數(shù)據(jù)格式如表1～表2。

表1 部分基本元數(shù)據(jù)信息定義

表2 Extension Header特有的關(guān)鍵元數(shù)據(jù)信息定義

2.2.2 警報信息處理流程

天文警報信息最先通過北斗短報文下行，為了保證警報信息的準(zhǔn)實時性，科學(xué)家會優(yōu)先對該部分信息進(jìn)行初步的科學(xué)分析。本文綜合考慮數(shù)傳信道穩(wěn)定、數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量較好以及數(shù)據(jù)內(nèi)容相對完整等因素，設(shè)計了以數(shù)傳通道天文警報信息為主的數(shù)據(jù)處理流程。當(dāng)星地鏈路問題或者其他原因?qū)е聰?shù)據(jù)內(nèi)容缺失時，會通過遙測信道以及北斗系統(tǒng)下行的天文警報信息進(jìn)行融合處理，補(bǔ)充缺失數(shù)據(jù)。處理流程如圖3。

圖3 天文警報信息融合數(shù)據(jù)處理流程

(1)對接收的原始數(shù)據(jù)文件進(jìn)行類型判斷，依據(jù)來源不同，采用不同的處理步驟和方法進(jìn)行天文警報信息的提取。

(2)按照格式約定對下行的北斗短報文信息進(jìn)行解析，判斷短報文的數(shù)據(jù)類型，識別衛(wèi)星平臺通過短報文下行的警報數(shù)據(jù)，提取警報事件的位置和時間信息，寫入警報信息入庫，并將數(shù)據(jù)寫入緩存空間。

(3)對遙測信道的數(shù)據(jù)，直接提取北斗短報文異步包，并進(jìn)行警報信息入庫以及緩存數(shù)據(jù)的寫入。

(4)提取來自數(shù)傳原始數(shù)據(jù)文件的平臺遙測虛擬信道數(shù)據(jù)，解析北斗短報文異步包并進(jìn)行數(shù)據(jù)連續(xù)性判斷。針對數(shù)據(jù)缺失的情況，讀取警報信息庫和緩存數(shù)據(jù)，進(jìn)行警報信息匹配以及數(shù)據(jù)融合，對長觸發(fā)類型的警報信息進(jìn)行完整性判斷與完整性標(biāo)識，最后生成FITS格式的天文警報信息產(chǎn)品。

3 軟件設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 軟件實現(xiàn)

本文對GECAM衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理流程的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行了劃分，按照數(shù)據(jù)處理步驟、數(shù)據(jù)處理級別以及數(shù)據(jù)類型設(shè)計多種GECAM衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理組件。

(1)0A級數(shù)據(jù)處理組件：對數(shù)傳和遙測信道中傳輸幀以及源包進(jìn)行校驗、提取，按照時間碼和源包計數(shù)排序等處理，輸出按照APID拆分成不同類型的源包數(shù)據(jù)。

(2)0B級事例、并道、載荷工程數(shù)據(jù)處理組件：對事例、并道數(shù)據(jù)源包進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)合并，按照固定時間段進(jìn)行數(shù)據(jù)產(chǎn)品切分和完整性校驗。

(3)0B級觸發(fā)數(shù)據(jù)處理組件：對觸發(fā)數(shù)據(jù)源包按照觸發(fā)時間進(jìn)行切分和組織，按照觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品組織模型進(jìn)行產(chǎn)品重組，輸出完整觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

(4)0D級事例、并道數(shù)據(jù)、載荷工程數(shù)據(jù)處理組件：在0B級數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對物理事例進(jìn)行時間解算和能量統(tǒng)計，對各載荷探頭的時間和能譜并道統(tǒng)計，對載荷軌道、姿態(tài)、太陽月亮星歷數(shù)據(jù)進(jìn)行解算。

(5)0D級觸發(fā)數(shù)據(jù)處理組件：在0B級觸發(fā)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對觸發(fā)時間段的物理事例進(jìn)行時間解算和能量統(tǒng)計，并匹配該觸發(fā)事件發(fā)生時的載荷軌道、姿態(tài)和日月地空間信息數(shù)據(jù)。

(6)天文警報信息處理組件：提出數(shù)傳信道傳輸?shù)奶煳木瘓笮畔ⅲ罁?jù)警報信息格式，提取長觸發(fā)和短觸發(fā)數(shù)據(jù)，對北斗短報文處理組件輸出信息進(jìn)行融合處理、交叉驗證，輸出FITS格式的天文警報信息產(chǎn)品。

(7)北斗短報文處理組件：對下行的北斗短報文數(shù)據(jù)進(jìn)行類型判別，根據(jù)數(shù)據(jù)標(biāo)識識別平臺關(guān)鍵參數(shù)和天文警報信息，將天文警報信息存入警報信息庫。

(8)遙測短報文處理組件：提取遙測信道下行的天文警報信息，并存入警報信息庫。

3.2 關(guān)鍵算法設(shè)計

3.2.1 觸發(fā)數(shù)據(jù)融合算法

由于空間天文事件具有較高的時效性要求，為了能夠及時幫助和引導(dǎo)其他望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行后隨觀測，GECAM衛(wèi)星下行的觸發(fā)事件數(shù)據(jù)需要在盡可能短的時間內(nèi)完成科學(xué)分析。觸發(fā)數(shù)據(jù)是當(dāng)星上在軌觸發(fā)軟件發(fā)現(xiàn)觸發(fā)事件時由衛(wèi)星平臺抽取的該觸發(fā)時間段的事例數(shù)據(jù)，是有效載荷探測的與事件相關(guān)的最主要科學(xué)數(shù)據(jù)。抽取的觸發(fā)數(shù)據(jù)段根據(jù)觸發(fā)事件的順序記錄，為了提高觸發(fā)事件相關(guān)分析工作的效率，本文針對基于事件組織的觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品組織模型，設(shè)計了觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品融合處理算法。

(1)觸發(fā)信息提取

通過對北斗短報文的第1條和第2條進(jìn)行解析，提取觸發(fā)編號、觸發(fā)類型以及觸發(fā)分類信息存入觸發(fā)信息庫。

(2)輔助數(shù)據(jù)集解析

對工程信道的載荷工程數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和物理量轉(zhuǎn)換，依據(jù)約定的格式和數(shù)據(jù)類型，提取軌道、姿態(tài)、太陽月亮星歷以及載荷工作狀態(tài)數(shù)據(jù)并輸出輔助數(shù)據(jù)集。

(3)科學(xué)數(shù)據(jù)生成

科學(xué)數(shù)據(jù)包在暴發(fā)數(shù)據(jù)信道中按照觸發(fā)數(shù)據(jù)段進(jìn)行順序存儲，處理時需要依據(jù)時間間隔對各個數(shù)據(jù)段進(jìn)行區(qū)分，提取觸發(fā)數(shù)據(jù)中的載荷類型信息和相應(yīng)的數(shù)據(jù)段，與觸發(fā)信息庫中的事件基本信息進(jìn)行匹配，輸出按照觸發(fā)編號、載荷類型以及觸發(fā)類型分類的觸發(fā)數(shù)據(jù)集。

(4)產(chǎn)品融合組織

最后按照觸發(fā)事件進(jìn)行觸發(fā)數(shù)據(jù)集和輔助數(shù)據(jù)集的融合與重組，輸出針對每個特定觸發(fā)事件的觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品。

3.2.2 高精度事例時間解算算法

本文提出了高精度事例時間解算算法，該算法在對本底物理事例和GPS事例的進(jìn)位信息迭代和融合的基礎(chǔ)上，通過對GPS事例信息的高階擬合，實現(xiàn)對單一物理事例的高精度時間解算，算法具體包括以下4個模塊：

(1)基于本底物理事例的進(jìn)位信息迭代

本底物理事例在正常時間范圍內(nèi)(不包括南大西洋異常區(qū)(South Atlantic Anomaly, SAA)和偏壓狀態(tài)下)都是均勻生成，其晶振低位計數(shù)出現(xiàn)規(guī)律性翻轉(zhuǎn)。利用這一特性，對本底物理事例的低位計數(shù)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)次數(shù)迭代，能夠獲得每一個物理事例的高位計數(shù)，生成基礎(chǔ)進(jìn)位信息。

(2)基于GPS事例的進(jìn)位信息迭代

根據(jù)GPS事例的生成頻率和高位進(jìn)位頻率的耦合性，獲得每一個GPS的高位計數(shù)。通過相鄰兩個GPS事例的低位信息，通過高位進(jìn)位頻率的適應(yīng)性迭代，獲得相鄰兩個事例相隔的進(jìn)位信息。對連續(xù)GPS事例的進(jìn)位信息進(jìn)行迭代處理，生成基于GPS事例的進(jìn)位信息。

(3)雙重進(jìn)位信息融合

根據(jù)GPS事例和物理事例的生成規(guī)則，確定基于物理事例的進(jìn)位信息和基于GPS事例的進(jìn)位信息的絕對差，完成對GPS進(jìn)位信息的校正。尋找特定的GPS事例，該事例的前后物理事例的進(jìn)位信息均相同，將該GPS事例的進(jìn)位信息和前后物理事例的進(jìn)位信息進(jìn)行差值運算，獲取絕對差。對所有GPS事例的進(jìn)位信息進(jìn)行絕對差修正，完成雙重進(jìn)位信息的融合匹配。

(4)基于GPS信息的高階擬合

在獲取GPS事例進(jìn)位信息的基礎(chǔ)上，通過對GPS事例與UTC事例的一一對應(yīng)關(guān)系，獲取GPS事例的絕對時間。對GPS事例的進(jìn)位信息和低位計數(shù)進(jìn)行計算，獲取GPS事例的完整晶振計數(shù)。通過GPS事例的絕對時間-完整晶振計數(shù)的對應(yīng)關(guān)系，進(jìn)行高階擬合后，獲取高精度的晶振頻率以及相應(yīng)的處理系數(shù)。在獲取晶振頻率后，對物理事例的完整晶振計數(shù)進(jìn)行擬合函數(shù)運算，獲得每一個物理事例的高精度時間。

4 應(yīng)用驗證

目前，該數(shù)據(jù)預(yù)處理流程設(shè)計以及算法實現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用在GECAM衛(wèi)星地面支撐系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理與產(chǎn)品生產(chǎn)軟件中，支持GECAM衛(wèi)星的在軌測試。GECAM任務(wù)每軌下行約15 GB科學(xué)數(shù)據(jù)，每次下行數(shù)據(jù)包括工程數(shù)據(jù)、事例數(shù)據(jù)和并道數(shù)據(jù)，觸發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量不固定。數(shù)據(jù)處理時效性如圖4，運行結(jié)果表明，本文實現(xiàn)的科學(xué)數(shù)據(jù)處理流程和天文警報信息處理流程滿足GECAM衛(wèi)星數(shù)據(jù)預(yù)處理時效性的要求。經(jīng)時間解算后得到各時刻伽馬射線探測器和時間并道統(tǒng)計的光子計數(shù)如圖5，荷電粒子探測器和時間并道統(tǒng)計的荷電粒子計數(shù)如圖6，誤差均在10-7以內(nèi)，滿足科學(xué)數(shù)據(jù)分析對時間精度的要求。

圖4 GECAM數(shù)傳原始數(shù)據(jù)預(yù)處理時間

圖5 2021-03-24 02:28:20 ± 1 800秒內(nèi)伽馬射線探測器物理事例和時間并道統(tǒng)計的光子計數(shù)對比圖

圖6 2021-03-24 02:28:20 ± 1 800秒內(nèi)荷電粒子探測器物理事例和時間并道統(tǒng)計的荷電粒子計數(shù)對比圖

5 總結(jié)與展望

GECAM衛(wèi)星是我國首個具有即時下行觀測數(shù)據(jù)能力的空間天文望遠(yuǎn)鏡，本文針對GECAM衛(wèi)星科學(xué)數(shù)據(jù)處理需求，設(shè)計了科學(xué)數(shù)據(jù)處理流程和天文警報信息處理流程，解決了觸發(fā)數(shù)據(jù)融合算法以及高精度事例數(shù)據(jù)時間解算算法等關(guān)鍵問題，研制了GECAM快速預(yù)處理軟件。經(jīng)過在軌測試期間的試運行，驗證了快速預(yù)處理軟件的功能和性能指標(biāo)。本文提出的基于事件組織的觸發(fā)數(shù)據(jù)產(chǎn)品組織模型以及高精度事例時間解算算法，對我國后續(xù)愛因斯坦探針衛(wèi)星、中法天文衛(wèi)星等的數(shù)據(jù)產(chǎn)品設(shè)計與預(yù)處理系統(tǒng)研制具有重要的參考意義。

致謝：感謝國家科技資源共享服務(wù)平臺-國家空間科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.nssdc.ac.cn)提供數(shù)據(jù)資源、數(shù)據(jù)分析環(huán)境、計算服務(wù)和應(yīng)用平臺支持。