专利名称：月球卫星微波探测仪实时数据的处理方法
技术领域：
本发明涉及ー种星上仪器数据的处理方法，特别是一种用于月球卫星微波探测仪(MRM)实时数据的处理方法。
背景技术：
探月工程是用于探測月球的环境、资源的系统化工程。在整个探月工程系统中，主要包括月球卫星、地面站，地面管理总站等部门。其中，月球卫星上搭载有各种科学载荷，用于探测月球卫星所在轨道以及月球表面的各种环境、资源数据。地面站建立有数据接收分系统，用于从卫星接收、处理各种探测数据。地面管理总站建立有运行管理分系统(0MS系统)，用于通过处理后的探測数据实时监控卫星及其科学载荷设备的状态是否正常，并实时发出操作指令以调整、控制卫星及其科学载荷的工作状态。 在月球资源探测卫星上安装的科学载荷是卫星上携帯的具有科学探測能力的探测器。通过地面管理总站设置的运行管理分系统对这种探测器数据的实时监视显示是月球卫星科学载荷运行管理的主要内容之一，其目的是通过对探测器数据的实时监视显示判断探測器工作状态，判读探测器数据质量，实时发现探测器工作异常并进行处理。探測器数据的实时监视显示主要是处理科学探测仪器下行数据原包，解算科学数据与工程数据，对科学数据和工程数据进行监视和判读。安装在月球资源探测卫星上的科学载荷主要包括空间环境载荷，其用于分析月球轨道的空间环境特征，进行空间环境探测的需求分析，以完成月球轨道空间环境探測。微波探测仪(辐射计)属于空间环境载荷中的ー种，是ー种接收和记录物质自身发射的低电平随机微波噪声辐射的高灵敏度接收机，其具有灵敏度高，自身功率小等特点。通常来说，微波探測仪所获取的实时数据内容繁多，数据量大，因而难以全面、直观、准确的实时显示这些数据。直接得到的数据不能够直观反映各自的技术指标，使得技术人员难以准确辨识数据的含义。所要显示的各项数据都需要设置合理的參考取值范围，并对异常的数据设置自动报警功能，以便于地面站的监视仪器和技术人员实时察觉异常状况，及时采取应对措施。因此，要显示并监视这些实时数据本身就具有较大的技术难度。另ー方面，地面站接收到微波探测仪的数据后需要对数据进行实时显示，以便于在地面站全面、精确、实时地显示微波探測仪所获取的各项数据，实时地监视各项数据的值是否处于正常范围，从而反映卫星及其载荷的各部件是否处于正常的工作状态和运行状况。这样，地面科研人员才能随时掌握探测仪的实时工作状态，并及时采取应对措施调整探测模式。但是，现有技术中尚没有满足上述要求的针对月球卫星微波探測仪实时数据的处理、显示和监视的技术，导致不能够精确反映卫星及其载荷的各个组成部件的工作状态、运行状况以及对月球表层的数据探测情況
发明内容
本发明的目的是提供一种用于月球卫星微波探测仪实时数据的处理方法，该方法能够把微波探測仪的实时数据处理为便于显示的形式，通过多种直观的方式显示出来，并实时监视各项数据是否异常、探测仪的工作状态及探測结果是否在正常范围内、井根据监视结果调整和控制载荷的运行状态。本发明提出的一种对月球卫星微波探測仪实时数据进行处理的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤步骤1，地面站实时接收卫星下传的原始位流数据；步骤2，对接收的原始位流数据进行成帧数据处理，得到多个成帧数据，所述成帧数据处理包括帧同步、去扰、RS译码和数据组帧；步骤3，按照所述成帧数据中携帯的虚拟信道标识，提取成帧数据中特定虚拟信道的数据，取出其中的有效数据字节形成虚拟信道数据；
步骤4，根据事先约定的有效载荷应用标识符将微波探测仪的数据从虚拟信道数据中提取出来组成ニ进制格式的数据源包文件，并在每个源包文件的最后添加一字节的数据质量信息形成源包数据；步骤5，对步骤4得到的源包数据进行解包处理，得到多个数据块；步骤6，对步骤5得到的数据块进行物理量转换；步骤7，将步骤6经过转换后的数据在客户端进行显示；步骤8，对显示出来的数据进行分析，判断该数据是正常还是异常；步骤9，根据所述步骤8的分析結果，当判断为数据异常时，根据数据类型的不同，采用相应的应对措施进行处理。通过本发明提出的上述数据处理方法，能够实时检验月球卫星微波探测仪获取的实时数据是否正常，并进而判断微波探测仪工作是否正常，以便于及时采取应对措施。


图I为本发明微波探测仪实时数据的处理流程图。图2示例性的展示了微波探测仪科学数据的显示形式。图3示例性的展示了微波探测仪工程数据的显示形式。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式
并參照附图，对本发明进ー步详细说明。首先介绍ー下月球卫星微波探測仪的组成及工作原理。月球卫星微波探测仪由天线单元、微波接收机单元组成，其中所述天线単元包含频率分置的对月观测天线和冷空定标天线，所述微波接收机单元包含观测/定标选择开关、以匹配负载构成的高温定标源以及前端放大器组合、混频器、中低频放大器、视频放大器、电源模块等组成部件，其中，前端放大器组合和混频器组成低噪声前置放大器组合，所述对月观测天线和冷空定标天线通过“观测/定标”开关切換，并分别与对应频率的微波接收机相连。微波探测仪工作时，高温定标源采用实时测温的匹配负载提供高温定标參考，低温定标源采用冷空定标天线获取冷空的背景辐射亮温作为低温定标參考，根据高、低温定标參考确定微波探测仪的定标方程，根据所述定标方程，就可以对微波探测仪对月观测天线获取的月壤亮温(亮度温度)进行准确定标，这里的亮度温度指的是物体在某一频率下単位面积单位立体角辐射的能量功率。观测/定标选择开关除接通对月观测天线外，还以
11.6秒的固定周期分别接通冷空定标天线和内部匹配负载。在正常情况下，即太阳、地球、银心未进入定标天线视场范围内时，冷空定标天线输入2. 7K(开尔文)的亮度温度信号作为低温定标參考；而匹配负载输入300Κ左右的等效亮度温度信号作为高温定标參考。月球卫星进入环月轨道后，微波探測仪开始正常工作。天线单元的对月探测天线接收来自月球表层及次表层的微波辐射信号，冷空定标天线接收冷空辐射信号，匹配负载(高温定标源)发出电磁辐射(冷空数据和高温定标源数据称为定标数据)，经“观测/定标”开关对对月观测数据与定标数据进行选择性地开通，并将对月观测信号与定标信号按一定频率传输给所述微波接收机单元，经微波接收机高频电流处理后转化为对月观测支路、冷空天线支路以及热源支路的电压值，其中，辐射信号的亮度温度与电压值的转换公式为Vrat = aTIN+b，其中a和b为需要定标的系数，Vout为电压值，Tin为亮温大小。然后进行摸/数(A/D)转换，将得到的ニ进制的观测数据和定标数据打入科学数据包。此外，微波接收机中还设计有温度測量电路，以对天线单元和接收机中易受温度影响的28个关键点位置的工作温度进行实时监测(包括基准电压在内，共生成32个数据)，所测得的内部测温贴点的温度数据量化后也打入科学数据包下传，为测量数据的定标修正提供參考。通常，微波探测仪获取的实时数据内容包括科学数据和工程数据，分别用以监视载荷的数据探测情况、工作状态、以及仪器各部分的运行健康状況。其中，微波探测仪的科学数据是具有明显物理意义的科学量，由微波探测仪采集得到。本发明中，微波探测仪采集得到的科学数据包括对月观测支路、冷空天线支路、热源支路输出的电压值，以及微波探测仪内部测温贴点的温度值。微波探测仪的工程数据是指在月球卫星在轨工作吋，由微波探测仪采集的自身的工作状态參数，工程数据显示的是探测仪各频率通道(所述通道是指不同的频率，每个频率都有一套接收系统，包含三条支路，这三条支路是指每个通道中接收机接收来自三种不同输入源(冷空定标天线、热源、对月观测天线)的信号)的定标支路和探测支路的硬件エ作模式、软件运行状况等，用于全面反映探测仪的工作状态。所述工程数据包括两方面定标工程參数和对月工程參数，定标工程參数包括时间码、工作模式计数控制值、AD (模数转换器)故障监测标志、数据缓冲区全满标志、数据注入成功标志、报警标志、复位计数标志、电源模块状态、各通道工作模式、各通道冷空偏置电压、各通道热源偏置电压、各通道原始数据、包序列计数；对月工程參数包括时间码、工作模式计数控制值、AD故障监测标志、数据缓冲区全满标志、数据注入成功标志、报警标志、复位计数标志、电源模块状态、各通道工作模式、各通道AGC、各通道偏置电压、各通道原始数据、包序列计数。通过对上述各类型数据的判读，就能够了解载荷设备历史的和当前的运行状态和探测情况，井能够根据判读结果来实时控制载荷和调整探测模式。
图I显示了根据本发明的微波探测仪实时数据的处理流程图。如图I所示，本发明提供了一种对微波探测仪的数据进行实时处理的方法，该方法包括以下步骤
步骤1，地面站实时接收卫星下传的原始位流数据；步骤2，对接收的原始位流数据进行成帧数据处理，得到多个成帧数据；所述步骤2进ー步包括以下步骤步骤2. 1，帧同步按比特位(bit)查找原始位流数据中的帧同步头“1ACFFC1D”，从帧同步头开始截取512个字节形成多个原始数据帧；步骤2. 2，去扰用508字节的扰码与原始数据帧中帧同步头以后的508个字节一一进行“异或”操作，以对原始数据帧进行去扰；步骤2. 3，RS译码用去扰后的原始数据帧(512个字节)中的最后64字节的RS码对原始数据帧进行RS译码，并记录RS译码后的数据，同时生成两字节的数据质量信息(第一个字节代表错bit数，第二个字节代表纠错率)；步骤2. 4，数据组帧将经过RS译码后的数据帧(512字节)与所述两字节的数据质量信息组成大小为514字节的成帧数据。步骤3，分路解帧按照成帧数据中携帯的虚拟信道标识，提取成帧数据中特定虚拟信道的数据，取出其中的有效数据字节形成虚拟信道数据，具体如下根据成帧数据结构中的虚拟信道信息，确定成帧数据中包含的虚拟信道，所述虚拟信道是地面与卫星约定的ー种数据传输模式，不同的数据内容在不同的虚拟信道中进行传输，比如，本发明中设定虚拟信道Al用于传输延时的载荷源包数据，虚拟信道C用于传输实时的载荷源包数据(Al和C是事先约定的虚拟信道标识)，对于Al和C虚拟信道，将接收到的成帧数据中除去帧同步头、虚拟信道标识(10字节)和RS码后的436个有效数据字节取出，形成各自的虚拟信道数据，并同时形成虚拟信道数据成帧数据统计信息，所述统计信息包括虚拟信道数据中成帧数据的个数，以及成帧数据流中不连续数据帧信息(比如不连续数据帧的个数和帧序号)等信息。步骤4，分载荷源包根据事先约定的有效载荷应用标识符将微波探测仪的数据从虚拟信道数据中提取出来组成ニ进制格式的数据源包文件，并在每个源包文件的最后添加一字节的数据质量信息形成源包数据，具体如下微波探测仪的数据包含在Al和C虚拟信道中，根据有效载荷应用标识符对分路解帧后的虚拟信道数据进行分解和提取，所述有效载荷应用标识符用于标明数据的载荷来源，即标明该数据是来自于微波探测仪，还是其他载荷。将从Al和C虚拟信道提取出的微波探测仪数据组成ニ进制格式的数据源包文件，并在每个源包文件的最后添加一字节的数据质量信息(即源包文件中数据RS译码时的错bit数)，形成源包数据。微波探测仪的源包数据根据数据标识符分为科学源包数据和工程源包数据。其中，微波探测仪科学源包数据的格式为
同步码包标识包序列控制包长度~496字节的科学数据域~质量状
态
0xEB90 0x006C Ox**「包序列计数I OxOlEF 包序列计「时间「科学数 2B
数2 码_ 据_
2B Γ 2B ] IB [ IB [ 2B J 2B Γ 6B Γ 488B ]_微波探测仪工程源包数据的格式为
权利要求
1.一种对月球卫星微波探測仪实时数据进行处理的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 步骤1，地面站实时接收卫星下传的原始位流数据； 步骤2，对接收的原始位流数据进行成帧数据处理，得到多个成帧数据，所述成帧数据处理包括帧同步、去扰、RS译码和数据组帧； 步骤3，按照所述成帧数据中携帯的虚拟信道标识，提取成帧数据中特定虚拟信道的数据，取出其中的有效数据字节形成虚拟信道数据； 步骤4，根据事先约定的有效载荷应用标识符将微波探测仪的数据从虚拟信道数据中提取出来组成ニ进制格式的数据源包文件，并在每个源包文件的最后添加一字节的数据质量信息形成源包数据； 步骤5，对步骤4得到的源包数据进行解包处理，得到多个数据块； 步骤6，对步骤5得到的数据块进行物理量转换； 步骤7，将步骤6经过转换后的数据在客户端进行显示； 步骤8，对显示出来的数据进行分析，判断该数据是正常还是异常； 步骤9，根据所述步骤8的分析结果，当判断为数据异常时，根据数据类型的不同，采用相应的应对措施进行处理。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述科学数据包括对月观测支路、冷空天线支路、热源支路输出的电压值，以及微波探测仪内部32个测温贴点的温度值。
3.根据权利要求I所述的处理方法，所述工程数据包括两方面定标工程參数和对月工程參数，其中， 所述定标工程參数包括时间码、工作模式计数控制值、AD故障监测标志、数据缓冲区全满标志、数据注入成功标志、报警标志、复位计数标志、电源模块状态、各通道工作模式、各通道冷空偏置电压、各通道热源偏置电压、各通道原始数据和包序列计数； 所述对月工程參数包括时间码、工作模式计数控制值、AD故障监测标志、数据缓冲区全满标志、数据注入成功标志、报警标志、复位计数标志、电源模块状态、各通道工作模式、各通道AGC、各通道偏置电压、各通道原始数据和包序列计数。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤2进ー步包括以下步骤 步骤2. 1，帧同步按比特位查找所述原始位流数据中的帧同步头,从帧同步头开始截取512个字节形成多个原始数据帧； 步骤2. 2，去扰用508字节的扰码与所述原始数据帧中帧同步头以后的508个字节一一进行异或操作，以对所述原始数据帧进行去扰； 步骤2. 3，RS译码用去扰后的原始数据帧中的最后64字节的RS码对原始数据帧进行RS译码，并记录RS译码后的数据，同时生成两字节的数据质量信息； 步骤2. 4，数据组帧将经过RS译码后的数据帧与所述两字节的数据质量信息组成大小为514字节的成帧数据。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的有效数据字节为成帧数据中除去帧同步头、虚拟信道标识和RS码后的数据。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤3进ー步包括形成成帧数据统计信息的步骤，所述统计信息包括虚拟信道数据中成帧数据的个数，以及成帧数据流中不连续数据帧信息。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的所述数据质量信息为源包文件中数据RS译码时的错比特数。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述源包数据根据数据标识符分为科学源包数据和工程源包数据，其中所述科学源包数据依次包括2字节的同步码、2字节的包标识、2字节的包序列控制码、2字节的包长度码、496字节的科学数据域以及2字节的质量状态码；所述工程源包数据依次包括2字节的同步码、2字节的包标识、2字节的包序列控制码、2字节的包长度码、496字节的工程数据以及2字节的质量状态码，所述496字节的工程数据进ー步分为15组工程数据。
9.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，若所述地面站的数量为两个或多个，为了提高数据的处理质量，所述步骤5中在对源包数据进行解包之前进ー步包括对两个或多个地面站的源包数据进行优化处理的步骤。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述优化处理为在两个或多个包序列控制码相同的源包数据中，选择数据质量最好的一个进行后续处理。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述解包处理进一歩包括以下步骤 步骤5. 1，将7个包序列控制码连续的科学源包数据中的科学数据拼接起来，作为ー个科学数据块中的数据部分；计算每个科学数据块的质量状态码；最后将所述数据部分与相应的质量状态码组合起来得到一个完整的科学数据块； 步骤5. 2，计算每组工程数据的采集时间码；将每组工程数据的采集时间码、每组工程数据的内容分别依次进行组合得到多个工程数据块。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤5.2中，第I组工程数据的采集时间码为所述工程源包数据中携帯的时间码，之后同一工程源包数据中各组工程数据的采集时间码按照顺序依次加I秒。
13.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述步骤6中，对于科学数据进行如下物理量转换 先将ニ进制的科学数据转换为十进制数值，然后根据以下公式将十进制数值转换为物理温度值T = aV2+bV+c, 其中，T为物理温度，V为十进制数值，a、b、c为已知的系数； 对于工程数据进行如下物理量转换将十六进制的工程数据转换为十进制或ニ进制格式，将ニ进制的工程数据转换为十进制格式。
14.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，以图形和数值列表两种显示形式显示科学数据和工程数据，其中， 所述科学数据的图形显示包括以电压值为纵坐标，时间序列为横坐标，将对应时间点的三条支路的平均电压值分别以不同顔色的曲线标记在坐标图上；以温度值为纵坐标，时间序列为横坐标，将对应时间点的科学数据中的32个温度值分别以不同顔色的点线标记在坐标图上。
15.根据权利要求I所述的处理方法，其中， 对所述科学数据的分析为当所述工程数据正常吋，如果所述各支路输出电压值处于正常范围内，且热源支路电压>对月观测支路电压 > 冷空支路电压，则判断所述科学数据正常，反之则异常； 对所述工程数据的分析为 当所述工程数据中各參数值在正常取值范围内且处于微波探测仪所预设的工作状态下，则判断该工程数据正常；当所述工程数据中某个參数超出正常取值范围或者与微波探测仪所预设的工作状态不一致时，判断该工程參数异常。
全文摘要
一种月球卫星微波探测仪实时数据的处理方法，其包括实时接收卫星下传的原始位流数据；对原始位流数据进行成帧数据处理；从中提取出微波探测仪数据；并对该数据进行解包处理得到数据块；将所述数据块进行物理量转换处理成适于显示的格式，并以易于人眼识别的方式显示出来；对显示出来的数据进行分析，判断该数据是正常还是异常；当判断为数据异常时，根据数据类型的不同，采用相应的应对措施进行处理。该处理方法能够对月球卫星微波探测仪实时探测的科学数据和工程数据进行处理和分析，易于工程技术人员对仪器的状态进行监视，处理异常情况。
文档编号G01V3/38GK102654584SQ20121013494
公开日2012年9月5日 申请日期2012年4月28日 优先权日2012年4月28日
发明者付强, 刘建军, 刘建忠, 封建青, 朱海华, 温卫斌, 王芳, 边伟 申请人:中国科学院国家天文台