月球衛星太陽風低能離子探測器實時數據的處理方法
2023-09-20 23:50:50
專利名稱：月球衛星太陽風低能離子探測器實時數據的處理方法
技術領域：
本發明涉及到一種月球衛星太陽風低能離子探測器的實時數據的處理方法，用於實現對月球衛星太陽風低能離子探測器實時數據的實時處理和快視。
背景技術：
探月工程是用於探測月球的環境、資源的系統化工程。探月工程系統主要包括衛星、火箭、發射場、測控、地面應用系統等部分，其中地面應用系統主要包括數據接收分系統 (地面站)、運行管理分系統(0MQ等。地面站依據業務運行計劃，實時接收、存儲下行的探測數據；將接收到的數據實時發送到運行管理分系統。運行管理分系統在業務運行期間負責制定衛星有效載荷的探測計劃，協調完成對有效載荷的在軌業務運行管理，包括對載荷設備狀態的實時監視和控制。月球衛星上搭載有各種科學載荷，用於探測月球衛星所在軌道以及月球表面的各種環境、資源數據。地面站建立有數據接收分系統，用於從衛星接收各種探測數據，以及和向地面應用系統總部轉發探測器下行數據。運行管理分系統(0MQ通過對探測數據的實時處理和顯示，進行衛星及其科學載荷設備的實時監視，並實時生成操作指令以調整、控制科學載荷的工作狀態。在月球資源探測衛星上安裝的科學載荷是衛星上攜帶的具有科學探測能力的探測器。通過運行管理分系統對這種探測器數據的實時監視顯示是月球衛星科學載荷運行管理的主要內容之一，其目的是通過對探測器數據的實時監視顯示判斷探測器工作狀態，判讀探測器數據質量，實時發現探測器工作異常並進行處理。探測器數據的實時監視顯示主要是處理科學探測儀器下行數據原包，解算科學數據與工程數據，校正數據，消除探測數據和工程數據中存在的各種偏差，最後對探測數值和工程數據數值進行監視和判讀。安裝在月球資源探測衛星上的科學載荷主要包括空間環境載荷，其用於分析月球軌道的空間環境特徵，進行空間環境探測的需求分析，以完成月球軌道空間環境探測。太陽風低能離子探測器(簡稱SWID)屬於空間環境載荷中的一種，其安裝在月球資源探測衛星上，用於探測太陽風中的低能離子的成分及空間分布，即太陽風等離子體的分布函數，從中引出平靜和高速太陽風等離子體的特徵量，如太陽風的體速度，離子溫度以及數密度等。衛星在軌探測過程中，為了確保太陽風離子探測器能夠運行正常並獲得準確、高精度的探測數據，需要對太陽風離子探測器經信道下傳的各類數據進行實時的處理和顯示，實時地監視太陽風低能離子探測器的設備運行狀態和了解探測數據的質量，根據監測結果，對太陽風低能離子採取實時的控制和探測模式的調整。但是，目前針對月球衛星太陽風低能離子探測器的實時狀態，缺乏快速高效地監視和顯示方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種月球衛星太陽風低能離子探測器實時數據的處理方法，所述方法能夠對月球衛星太陽風低能離子探測器的實時數據進行實時、全面、準確地處理和監視，由此有效的監視和顯示低能離子探測器的工作狀態及探測結果，並根據監視的結果來實時地控制和調整載荷狀態。根據本發明的一個方面，提供了一種月球衛星太陽風低能離子探測器實時數據的處理方法，所述方法包括接收原始數據，實時接收太陽風低能離子探測器下傳的原始數據；成幀數據處理，對下傳的原始數據執行幀同步、去擾和RS解碼處理得到成幀數據；信道處理，對所述成幀數據進行分路解幀和分包處理以得到太陽風低能離子探測器數據源包； 數據塊提取，對所述太陽風低能離子探測器數據源包執行解包處理以生成太陽風低能離子探測器數據塊；物理量轉換，把所述生成的太陽風低能離子探測器數據塊轉換成具有實際物理含義的太陽風低能離子探測器數據；客戶端顯示，將轉換後的太陽風低能離子探測器數據發送到客戶端以實時顯示。所述原始數據包括工程數據、遙測數據和科學數據，其中所述工程數據是太陽風低能離子探測器採集的自身的工作狀態參數；所述遙測數據是由月球衛星採集的太陽風低能離子探測器工作時的狀態參數；所述科學數據是太陽風低能離子探測器探測到的關於太陽風低能離子的科學數據。可選的，在一次採樣周期中通過對48個能道和12個極角進行2次掃描得到一組科學數據，其中每次掃描都分別掃描M個能道中的每個能道所對應的12個極角。可選的，以圖形模式、數據表模式和/或顯示詳細數據模式對所述科學數據進行顯不。所述圖形模式、數據表模式和顯示詳細數據模式均包括按極角累加和按能道累加這兩種顯示模式，其中，按極角累加顯示一個12列寬的二維表，每列代表一個極角，而每行代表一幀數據按能道方向累加之後的結果；按能道累加顯示一個48列寬的二維表，每列代表一個能道，而每行代表一幀數據按極角方向累加之後的結果。在所述圖形模式中，橫坐標為48個能道或12個極角，縱坐標為表示採集數據時刻的時間碼，以色塊表示不同時間點每個能道或極角的累加值，不同的色標表示能道或極角的累加值大小。在所述數據表顯示模式中，顯示在不同掃描時刻每個能道對應的12個極角的科學數據的累加值。在所述顯示詳細數據模式中，同時顯示每個掃描時刻對應的48個能道和12個極角的科學數據。優選的，所述物理量轉換包括把二進位轉換成十六進位或十進位的數據，把十六進位轉換成十進位的數據，或者根據物理公式轉換數據格式。根據本發明第一方面所述的處理方法，該方法還包括，根據實時顯示的太陽風低能離子探測器數據是否處於取值限或報警限內，判斷太陽風低能離子探測器的工作狀況是正常或異常，以及太陽風低能離子探測器所探測的數據是否可信。所述方法還包括，根據所述判斷的結果，對太陽風低能離子採取實時的控制和探測模式的調整。優選的，以緊湊模式、列表模式、數據表模式、曲線模式和/或圖表模式分別顯示所述工程數據和遙測數據。
所述緊湊模式是按照從上到下、從左到右的順序顯示當前的實時數據。所述列表模式是分4列分別顯示參數名、16進位原碼、經物理轉換後的參數值和所述參數的歷史曲線。所述數據表格模式以表格形式顯示每個時刻的參數值，用於連續監視每個時間碼時刻的載荷當前狀態及其改變。所述曲線模式是將多個參數的歷史曲線顯示在同一張圖表中，該圖表的X軸代表幀計數，Y軸為參數值；其中，當收到新的數據幀時，曲線會自動向左整體移動以顯示最新的數據。所述圖表模式是把值域近似的參數歸類並分在不同的組中，每組使用獨立的Y軸坐標。如上所述，本發明提供了一種針對太陽風低能離子探測器的實時數據的監視與顯示的方法對實時下傳的太陽風低能離子探測器的數據進行實時傳輸、處理，分解出不同載荷的不同類型的數據，根據太陽風低能離子探測器的設備和數據特徵，採用不同的模式實時顯示，用不同的形式設置超限報警，並根據實時快視的結果來實時地控制和調整載荷狀態。
圖1顯示了對SWID實時數據進行處理的流程圖；圖2顯示了按能道累加的科學數據的圖形顯示模式；圖3顯示了按能道累加的科學數據的數據表顯示模式；圖4顯示了科學數據的「顯示詳細數據」模式；圖5顯示了以緊湊模式顯示工程數據的一個示例；圖6顯示了以列表模式顯示工程數據的一個示例；圖7顯示了以數據表格模式顯示工程數據的一個示例；圖8顯示了以曲線模式顯示工程數據的一個示例。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合具體實施方式
並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。通常，月球衛星上搭載的探測器下傳的實時數據主要包括載荷的工程數據、遙測數據和科學數據。工程數據是指在月球衛星在軌工作時，探測器採集的自身的工作狀態參數，工程數據顯示的是探測器各頻率通道的定標、觀測支路的硬體工作模式和軟體運行狀況等，用於全面反映探測器的工作狀態。工程數據的顯示方式可以為數值列表和圖形兩種形式，數值列表顯示時，顯示工程源包數據值。以圖形顯示時，將一個數據源包中的數據顯示在同一坐標系下。另外，為便於地面監視方便，在數值列表顯示時，需要增加取值上下限和報警上下限等內容，在工程數據超出上下限時，系統自動報警(數值可以標紅)。遙測數據是指由衛星採集的探測器工作時的狀態參數，其顯示的是探測器各頻率通道的定標、觀測支路的加電情況和儀器溫度情況，用於反映探測器的基本工作狀態。遙測數據的顯示方式可以為數值列表和圖形兩種形式。數值列表顯示時，顯示工程源包數據值。 以圖形顯示時，將一個數據源包中的數據顯示在同一坐標系下。另外，為便於地面監視方便，在數值列表顯示時，需要增加取值上下限和報警上下限等內容，在工程數據超出上下限時，系統自動報警(數值可以標紅)。工程數據和遙測 數據分為實時和延時兩種數據，當衛星入站時可以實時下傳實時數據，而當衛星沒有入站時可以將延時數據存入大容量存儲器待入站下傳。科學數據是具有明顯物理意義的科學量，由儀器採集。其顯示分為數值列表和圖形兩種形式，數值列表顯示時，顯示源包數據值。以圖形顯示時，將一個數據源包中的定標數據和科學數據顯示在同一坐標系下。本發明中，科學數據是指在月球衛星上工作時太陽風離子探測器(SWID)自身探測到的關於太陽風低能離子的科學數據，包括太陽風中低能離子的成分及空間分布，即太陽風等離子體的分布函數，從中引出平靜和高速太陽風等離子體的特徵量，如太陽風的體速度，離子溫度以及數密度等。通過對上述各類型數據的判讀，能夠了解載荷設備歷史的和當前的運行狀態和探測情況，並能夠根據判讀結果來實時控制載荷和調整探測模式。下面分別介紹SWID實時數據的傳輸、處理及快視顯示的流程。圖1顯示了對SWID實時數據進行處理的流程圖。如圖1所示，本發明的SWID實時數據的處理包括如下步驟接收原始數據，地面站實時接收SWID下傳的原始位流數據。成幀數據處理，對下傳的原始位流數據執行幀同步、去擾和RS解碼處理得到成幀數據。本步驟中，幀同步是指按位(bit)查找原始數據文件流中的幀同步頭「1ACFFC1D」，從同步頭開始截取512位元組形成原始數據幀。去擾是指用擾碼(508位元組)與原始數據幀中同步頭以後的508位元組一一進行「異或」操作，完成對數據幀的除擾。RS解碼是指用數據幀中的64位元組RS碼進行數據幀的RS解碼，並記錄RS解碼信息，同時生成兩字節數據質量信息(第一個字節代表錯bit數，第二個字節代表糾錯率)。信道處理，OMS系統根據載荷的標識符對處理後的成幀數據進行分路解幀和分包， 分揀出屬於目標載荷的數據，以便採用與該載荷相適應的方法進行數據處理，由此得到科學載荷的數據源包，本實施例中即為SWID數據源包。本步驟中，分路解幀是指根據數據幀結構中的虛擬信道信息，確定數據幀的虛擬信道，將數據幀中的字節有效數據取出，形成虛擬信道數據，並形成數據幀的統計信息。分包即分載荷源包，是指輸入信道配置信息，根據有效載荷應用過程標識符進行分解，將信道的探測器數據組成二進位數據源包文件，並對每個源包添加一字節的數據質量信息，形成源包數據。數據塊提取，對SWID數據源包進行解包處理，將SWID源包數據分解，形成SWID數據塊。具體來說，是對形成的SWID數據源包進行排序、拼接、解包、去源包包頭、格式重整以生成數據塊，將一個採樣周期的SWID數據進行拼接，形成了連續的SWID數據塊。物理量轉換，根據科學數據包給出的參數轉換公式，把生成的SWID數據塊轉換成具有實際物理含義的SWID數據，以便於觀測者識別，例如把二進位轉換成十六進位或十進位的數據，把十六進位轉換成十進位的數據，或者根據物理公式轉換數據格式。本發明中， 需要轉換的SWID數據塊例如包括掃描時間碼、能道號、通道號等。其中，時間原碼是以2004年1月1日作為時間起點的一個秒累計數，需要基於物理公式轉換為當前的年月日時分秒。客戶端顯示，將轉換後的SWID物理量數據發送到客戶端實時顯示。本發明中，由於太陽風離子探測器的一組工程數據和科學數據不是一一對應的， 所以將科學數據和工程數據分開處理和顯示，對不同的參數數據進行不同的物理量轉換 (見下文)，進行成幀快視顯示。下面介紹科學數據的處理。表1示例性顯示了掃描起始時間為X時所得到的太陽風低能離子探測器的科學數據塊格式。表 權利要求
1.一種月球衛星太陽風低能離子探測器實時數據的處理方法，所述方法包括如下步驟接收原始數據，實時接收太陽風低能離子探測器下傳的原始數據；成幀數據處理，對下傳的原始數據執行幀同步、去擾和RS解碼處理得到成幀數據；信道處理，對所述成幀數據進行分路解幀和分包處理以得到太陽風低能離子探測器數據源包；數據塊提取，對所述太陽風低能離子探測器數據源包執行解包處理以生成太陽風低能離子探測器數據塊；物理量轉換，把所述生成的太陽風低能離子探測器數據塊轉換成具有實際物理含義的太陽風低能離子探測器數據；客戶端顯示，將轉換後的太陽風低能離子探測器數據發送到客戶端以實時顯示。
2.根據權利要求1所述的處理方法，所述原始數據包括工程數據、遙測數據和科學數據，其中，所述工程數據是太陽風低能離子探測器採集的自身的工作狀態參數；所述遙測數據是由月球衛星採集的太陽風低能離子探測器工作時的狀態參數；所述科學數據是太陽風低能離子探測器探測到的關於太陽風低能離子的科學數據。
3.根據權利要求2所述的處理方法，其中，在一次採樣周期中通過對48個能道和12個極角進行2次掃描得到一組科學數據，其中每次掃描都分別掃描M個能道中的每個能道所對應的12個極角。
4.根據權利要求3所述的處理方法，其中，以圖形模式、數據表模式和/或顯示詳細數據模式對所述科學數據進行顯示。
5.根據權利要求4所述的處理方法，所述圖形模式、數據表模式和顯示詳細數據模式均包括按極角累加和按能道累加這兩種顯示模式，其中，按極角累加顯示一個12列寬的二維表，每列代表一個極角，而每行代表一幀數據按能道方向離子計數累加之後的結果；按能道累加顯示一個48列寬的二維表，每列代表一個能道，而每行代表一幀數據按極角方向離子計數累加之後的結果。
6.根據權利要求5所述的處理方法，在所述圖形模式中，橫坐標為48個能道或12個極角，縱坐標為表示採集數據時刻的時間碼，以色塊表示不同時間點每個能道或極角的離子計數累加值，不同的色標表示能道或極角的離子計數累加值大小。
7.根據權利要求5所述的處理方法，在所述數據表顯示模式中，顯示在不同掃描時刻每個能道對應的12個極角的科學數據的累加值。
8.根據權利要求5所述的處理方法，在所述顯示詳細數據模式中，同時顯示每個掃描時刻對應的48個能道和12個極角的科學數據。
9.根據權利要求1所述的處理方法，其中，所述物理量轉換包括把二進位轉換成十六進位或十進位的數據，把十六進位轉換成十進位的數據，或者根據物理公式轉換數據。
10.根據權利要求1所述的處理方法，所述方法還包括，根據實時顯示的太陽風低能離子探測器數據是否處於取值限或報警限內，判斷太陽風低能離子探測器的工作狀況是正常或異常，以及太陽風低能離子探測器所探測的數據是否可信。
11.根據權利要求10所述的處理方法，所述方法還包括，根據所述判斷的結果，對太陽風低能離子採取實時的控制和探測模式的調整。
12.根據權利要求2所述的處理方法，以緊湊模式、列表模式、數據表模式、曲線模式和 /或圖表模式分別顯示所述工程數據和遙測數據。
13.根據權利要求12所述的處理方法，所述緊湊模式是按照從上到下、從左到右的順序顯示當前的實時數據。
14.根據權利要求12所述的處理方法，所述列表模式是分4列分別顯示參數名、16進位原碼、經物理轉換後的參數值和所述參數的歷史曲線。
15.根據權利要求12所述的處理方法，所述數據表格模式以表格形式顯示每個時刻的參數值，用於連續監視每個時間碼時刻的載荷當前狀態及其改變。
16.根據權利要求12所述的處理方法，所述曲線模式是將多個參數的歷史曲線顯示在同一張圖表中，該圖表的X軸代表幀計數，Y軸為參數值；其中，當收到新的數據幀時，曲線會自動向左整體移動以顯示最新的數據。
17.根據權利要求12所述的處理方法，所述圖表模式是把值域近似的參數歸類並分在不同的組中，每組使用獨立的Y軸坐標。
全文摘要
一種月球衛星太陽風低能離子探測器實時數據的處理方法，所述方法包括接收原始數據，實時接收太陽風低能離子探測器下傳的原始數據；成幀數據處理，對下傳的原始數據執行幀同步、去擾和RS解碼處理得到成幀數據；信道處理，對所述成幀數據進行分路解幀和分包處理以得到太陽風低能離子探測器數據源包；數據塊提取，對所述太陽風低能離子探測器數據源包執行解包處理以生成太陽風低能離子探測器數據塊；物理量轉換，把所述生成的太陽風低能離子探測器數據塊轉換成具有實際物理含義的太陽風低能離子探測器數據；客戶端顯示，將轉換後的太陽風低能離子探測器數據發送到客戶端以實時顯示。根據本發明的方法，能夠對月球衛星太陽風低能離子探測器的實時數據進行實時、全面、準確地處理和監視，由此有效的監視和顯示低能離子探測器的工作狀態及探測結果，並根據監視的結果來實時地控制和調整載荷狀態。
文檔編號G01T1/29GK102156293SQ201110060838
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月14日 優先權日2011年3月14日
發明者付強, 劉建軍, 朱海華, 李春來, 段巖, 溫衛斌, 王曉棟, 王芳, 邊偉 申請人:中國科學院國家天文臺