遥感卫星地面接收处理系统一体化设计与关键技术＊

黄炜昭，邹俊君，谢欢欢，张宏钊

遥感卫星地面接收处理系统一体化设计与关键技术＊

黄炜昭，邹俊君，谢欢欢，张宏钊

（深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000）

凭借遥感卫星技术的商业化特点，其大规模应用于调查国土资源与环境监测。在地面应用系统中遥感卫星地面接收系统是关键内容，具体实现了接收和预处理遥感数据的操作。所以，设计遥感卫星地面接收处理系统体现出较强的现实意义。

遥感卫星；地面接收系统；一体化设计；关键技术

随着国家大力开展信息化建设工作及国民经济部门遥感产业化的综合发展，人们对卫星的应用需求不断增加，对遥感数据的类型、时空分辨率、覆盖范围提出了全新的要求。为了符合各个行业利用多种遥感器的信息需要，遥感卫星地面接收系统在发展过程中呈现创新特点，进而对目标实现全天候不间断观测。

1 地面接收系统控制特点

1.1 组成分析

遥感卫星地面接收系统主要工作频段是X波段和S波段，X波段对可见光与微波遥感图像数据进行传输，S波段主要对业务进行测控。结合功能要求，完善的遥感卫星地面接收系统包括天馈伺分系统、信道分系统、数据记录和快视分系统、遥测分系统、运行控制分系统和标校、测试、系统设备。遥感卫星地面接收系统信号流程的中心是信道分系统，在控制流程中核心是运行控制分系统。信道分析系统主要对天馈设备的X波段与S波段信号进行接收，变频后实现跟踪解调获得跟踪信号送伺服设备，实现数据解调，获得基带信号送数据记录与快视设备，另外，还可以接收标校设备信号，完成信道分系统有关设备的标定，并通过测试设备检查系统技术参数与功能。

1.2 控制特点

1.2.1 设备种类多，接口类型复杂

遥感卫星地面的运行需求直接限制了接收系统设备种类，不同分系统和设备间任务取向的差异使设备接口更复杂，被控对象产生较多的受控参数，控制回路相对复杂。信道分系统包含较多设备，牵涉面广；对应控制接口包含以太网、串行总线等。

接收系统设备一般利用专用、封闭的系统结构，硬件采取对应的执行标准，彼此融合系统，集中控制。

1.2.2 高时效控制，多平台操作

全站设备的功能是自动运行或无人值守，同时由于卫星跟踪的高时效性决定系统达到自动化监控管理的目标，对设备工作参数与状态集中控制和检测，实时上报设备运行中的参数与状态。由于不同分系统与设备参数状态均与硬件环境、软件环境和数据库环境不同，各个平台间应实现彼此调用和协作操作。

1.2.3 高可靠性

地面接收系统包括多个复杂的分系统，任何局部故障都可能造成卫星过境时难以接收整轨数据，直接导致接收操作的失败。因此，接收系统必须具有高可靠性的控制设备，最大程度降低操作失误，降低发生故障的可能性。

2 系统一体化设计

2.1 多星适应性

系统主要通过S/X、S/Ka、S/X/Ka多波段高性能馈源，有效适应接收不同卫星在不同工作模式产生的信号，采取双圆极化频率复用对左右旋信号全面接收；采取多星通用记录设备综合适应多种传感器记录数据。接收站在接收多卫星任务时一般采取多套天线，地面接收系统可以多天线、多任务配置资源，并具备一定的调度能力。因此，接收站为更好调度、配置任务，科学设计了系统资源管理系统。

2.2 跟踪接收与测试分系统

利用信道统一设计的思想，设计过程中，采取的设备硬件接口应注意规范性，并不断提高设备的标准性能；接收站科学设计测试开关、基带数据切换操作单元，不断优化处理工作频段形成的变频方案，对电平合理配置，进而统一处理射频、中频与基带数据接口。

结合传输高码速基带数据，相应提高了网络输出调节数据的能力，通过交换式以太网曲绕切换开关，并结合高速解调器的数量配置选择适合的网络交换机，逐步提升网络的传输水平。交换机以太网交换中心结构，具有星型拓扑结构网络特点，采取交换存储的操作方法，通过背板宽带不断增强信息传输效率。

2.3 故障诊断分析系统

故障诊断分析系统结构如图1所示。其中采集数据、监测故障与自检测试主要利用监控分析与测试系统实现，故障诊断单元包含本地计算机、本地服务器、远程计算机、远程服务器等软件。具体根据系统测试分析、设备操作特点以及工作参数报告等，对工作状态全面解析，并对系统故障及时判断。

图1 故障诊断分析系统结构

2.4 站监控管理分系统

为保证可靠性，接收站与两台任务管理服务器配置。任务管理软件选择三层架构，包括基于任务管理的服务端软件、客户端软件及数据库应用组件。人机会话操作主要由任务管理器客户端组件完成，严格实行用户指令，并及时显示用户浏览的数据信息；任务管理服务端组件对业务数据处理后，形成任务与测试计划、分配设备资源、消解冲突检测、预报卫星轨道等；数据库用组件访问数据库，简化管理软件操作，保证数据的安全，有效支持软件运行。

系统监控软件利用三层体系结构，通过接口实现各软件的交互与融合，将完整的业务功能呈现给用户。系统监控客户端组件，进而完成人机交互操作，达到人机会话运行的目标，为用户提供需求信息，统一实行用户指令，并保证信息检索的灵活性；服务端组件主要处理业务数据，对系统资源有效管理，完成系统监控与配置设备的功能，贯彻落实软件下达的工作任务；数据库应用组件对数据库逻辑处理有效封装，与管理软件实现交互，完成读写数据库的操作；自动化测试组件借助测试仪器进行访问服务，完成误码率测试，远程控制系统状态。

3 关键技术

3.1 多星适应性设计技术

地面接收系统为了与多种卫星下传的频率和带宽有效适应，数传通道一般为8～9 GHz。数据调节器与不同速率、不同制式信号的解调有效适应，精心调节高速率解调器的相位和幅度，保证系统接收最小误码。自跟踪接收机采取数字移相器对相位调整，进一步对多星信号有效跟踪。数字移相器可以迅速切换程控，符合多星适应的要求。

3.2 过项跟踪技术

由于卫星接收系统天线在正上方，传统天线座架形式无法对项目标实施跟踪，导致中断了接收数据。因此可以选择三轴天线系统，对第三轴位置科学调整，进一步倾斜测量系，消除跟踪死区。

3.3 双通道实时合成技术

为了最大程度减轻卫星传输高速数据的压力，有时借助两个通道传输遥感数据。系统分别接收以后合成双通道数据。具体采取软件与硬件合成的两种方法，当前可以实现的仅有硬件合成。

3.4 快速反应功能

从实时接收的数据中，采取快视设备人机交互迅速向处理信息分系统传递FRED图像。快速反应功能实现的关键是对大量原始数据实时循环缓存。

4 结束语

综合分析可知，系统一体化设计形成了一个有机的整体，实现了设备共享。本系统可以对遥感卫星在野外环境中实行跟踪接收、记录、快视和处理，系统具备较高的自动化程度，便于操作使用，自检维护能力极强。利用一体化设计，最大程度保证了系统性能，同时展开与拆收时间都不超过20 min，设计具有创新性。该系统初步达到国内外先进水平，在遥感卫星数据接收处理领域具有一定的推广价值。

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［4］周宇昌，李小军，周诠.空间高速数据传输技术新进展［J］.空间电子技术，2009（3）：43-48.

V423.43

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.023

2095－6835（2019）17－0054－02

“基于人造卫星的电网智能运维技术的研究”（编号：090000KK52180069（SZKJXM20180261））

〔编辑：严丽琴〕