CN102707307A - 月球卫星太阳高能粒子探测器实时数据的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对月球卫星太阳高能粒子探测器实时数据进行处理的方法。本发明主要是处理月球卫星太阳高能粒子有效载荷下行数据源包，解算科学数据与工程数据，校正数据，消除探测数据和工程数据中存在的各种偏差，利用软件对探测数值和工程数据数值进行实时数据监视显示。本发明有助于实现月球卫星高能粒子探测器的在轨运行控制，确保探测器工作正常，获取正确、有效的科学探测数据，为月球卫星或者其他深空探测卫星的高能粒子探测器数据的实时处理提供支持。

Description

月球卫星太阳高能粒子探测器实时数据的处理方法

技术领域

本发明涉及一种数据处理方法，尤其是一种对月球卫星太阳高能粒子探测器实时数据进行处理的方法。

背景技术

探测器数据的实时监视显示是月球卫星有效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测器工作状态，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。探测器数据实时监视显示主要是处理科学探测仪器下行数据源包，解算科学数据与工程数据，校正数据，消除科学数据和工程数据中存在的各种偏差，最后利用软件对科学数据和工程数据进行监视和判读。

月球卫星科学探测仪器太阳高能粒子探测器实时数据监视显示，需要解译数据源包，处理得到仪器工作状态参数、仪器的遥测参数数据，以及科学探测数据，利用监视软件平台实现对太阳高能粒子探测器的运行状态和数据质量监视。

太阳高能粒子探测器(High-energy Particle Detector，HPD)实时监视显示数据处理的核心是科学探测数据和工程数据的处理，它们是由原始数据经过帧同步、解扰、RS译码、数据组帧、信道处理、载荷分包、解包、物理量转化后得到的，并结合数据源信息在监视界面中进行显示。

月球卫星与地球卫星数据下传有较大差异，地球卫星过境比较频繁，或者是处于对地静止轨道，因此可以实现即时数据接收。而月球卫星在轨运行过程中，每天只有部分时间段进入观测弧段，在这段时间里，地面应用系统才可以接收卫星下传的科学数据。所以，每次数据下传时间长，数据量大。因此，需要根据探测器的特点设计数据处理和显示的方法。目前，国内外尚无相关的处理和监视月球卫星太阳高能粒子探测器实时数据的方法。因此，为了监视与检验太阳高能粒子探测器实时工作状态和探测数据质量，需要设计一套科学而有效地处理和监视实时数据的方法。通过多次反复试验，本发明总结出一套科学而有效地处理和监视月球卫星太阳高能粒子探测器实时数据的方法。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种月球卫星太阳高能粒子探测器数据的处理方法，主要是对月球卫星太阳高能粒子有效载荷下行数据源包进行处理，解算科学数据与工程数据，校正数据，消除科学数据和工程数据中存在的各种偏差，然后对科学数据和工程数据进行实时数据监视显示。

为达到上述目的，本发明提出一种对月球卫星太阳高能粒子探测器数据进行实时处理的方法，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带的虚拟信道标识，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太阳高能粒子探测器的数据从虚拟信道数据中提取出来组成二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，将步骤5得到的数据块中的科学数据块转换为计数数据，对其中的工程数据块进行物理量转换，以校正数据，消除数据块中存在的各种偏差；

步骤7，将步骤6经过转换后的数据在客户端监视显示。

通过上述步骤，本发明可以实现月球卫星太阳高能粒子探测器数据的实时处理，在处理过程中完成对数据的校正，消除科学数据和工程数据中存在的各种偏差，最终将接收的卫星原始位流数据解算为科学数据与工程数据。处理后的科学数据和工程数据，可以通过监视软件平台进行实时显示。地面工作人员可以在卫星数据接收的过程中，实时监视与检验太阳高能粒子探测器的工作状态和探测数据质量。如果卫星状态或者探测数据出现异常，地面人员可以及时对异常情况进行处理，保证探测器科学探测工作的正常进行。

本发明有助于实现月球卫星高能粒子探测器的在轨运行控制，确保探测器工作正常，获取正确、有效的科学探测数据。同时，本发明基于月球卫星在轨运行的特点，建立了一种实时数据的处理方法，为月球卫星或者其他深空探测卫星的高能粒子探测器数据的实时处理提供支持。

附图说明

图1为本发明月球卫星太阳高能粒子探测器数据实时处理方法的流程图。

图2为根据本发明的客户端监视显示界面。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种对月球卫星太阳高能粒子探测器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，具体如下：

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：按照成帧数据中携带的虚拟信道标识，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一种数据传输模式，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A1用于传输卫星有效载荷的探测数据，虚拟信道C用于传输卫星有效载荷数据管理系统的实时工程数据(A1和C是事先约定的虚拟信道标识)。对于A1虚拟信道，将接收到的成帧数据中除去帧同步头、虚拟信道标识和RS码后的436个有效数据字节取出，形成A1虚拟信道数据，并同时形成成帧数据的统计信息，所述统计信息包括原始位流数据中形成的成帧数据的个数，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太阳高能粒子探测器的数据从虚拟信道数据中提取出来组成二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：

太阳高能粒子探测器的数据包含在A1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太阳高能粒子探测器，还是其他载荷。将从A1虚拟信道提取出的HPD数据组成二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。

源包数据的格式如下：

其中，484B的科学数据进一步分为44组数据，每组数据大小为11B。

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；

在实时数据接收的过程中，为了提高数据的接收质量，卫星下传的原始位流数据可由两个或多个地面站同时进行接收，每个地面站接收的数据内容相同。当地面站的数量为两个或多个时，在对源包数据进行解包之前，可以对所述两个或多个地面站接收的源包数据进行优化处理，具体如下：

源包数据的优化是指在两个或多个包序列控制码相同的太阳高能粒子探测器源包数据中，选择数据质量最好的一个进行后续处理。优化处理过程如下：

对不同地面站接收并经过上述步骤2-4处理后得到的HPD源包数据，按照上述包格式中的包序列控制码分别进行排序，并形成HPD源包数据的排序报告。将不同地面站排序后的HPD源包数据进行择优合并，即将来自不同地面站的HPD源包数据按照包序列控制码排列成一个HPD源包序列，然后以HPD源包数据质量优先为原则，根据所述数据质量信息，将每个包序列控制码中数据质量最好的源包保留下来，形成一个新的完整的按照包序列控制码排序的HPD源包序列。

当然，在实际应用中，当地面站的数量为两个或多个时，根据实际需求的不同，也可以不对地面站的源包数据进行优化。

源包数据的解包处理是指对源包数据(或优化后的源包数据)进行数据块的提取。具体包括以下步骤：

步骤5.1，分解得到科学数据块：将源包数据中的科学数据分组进行格式重整，得到多组格式重整后的科学数据；计算每组科学数据的采集时间码和质量状态码；将每组科学数据的采集时间码、科学数据内容、质量状态码分别依次进行排列并组合得到多个科学数据块。

如源包数据包格式所示，每个HPD源包数据的科学数据包含44组数据，其中每两组数据形成一个循环，这两组数据的内容是不同元素的探测数值。两组数据中，每个字节代表一种元素的探测数值，其顺序分别为P2、P1、P4、P3、P6、P5、E2、E1、Li、4He、P1、C、P3、P2、P5、P4、E1、P6、4He、E2、C、Li(共22字节)。对每两组数据进行格式重整，即首先将形成一个循环的两组数据中相邻的两个字节进行颠倒，颠倒之后，就得到对于不同元素两次的探测数值；然后再将得到的每次的探测数值按照元素顺序进行排列。

计算每组科学数据的采集时间码：源包数据中携带的时间码为44组数据中第1组数据的采集时间码，之后同一源包数据中各组数据的采集时间码按照顺序依次加1s。

然后将源包数据的数据质量信息作为每组科学数据的质量状态码。

最后，将采集时间码、科学数据和质量状态码依次排列并组合就得到一组科学数据块，所得到的科学数据块的格式为：

步骤5.2，将所述源包数据中的时间码、工程数据和数据质量信息依次排列并组合得到一个工程数据块，所述工程数据块的格式为：

其中，Vp表示高能探测器的电压值，D1、D2、D3表示高能传感器的检测值。

这样，源包数据经过解包处理后，就形成44个科学数据块和1个工程数据块，每个科学数据块包括6字节的采集时间码，11字节的科学数据以及1字节的质量状态码；每个工程数据块包括6字节的时间码，4字节的工程数据以及1字节的质量状态码。

步骤6，将步骤5得到的数据块中的科学数据块转换为计数数据，对数据块中的工程数据块进行物理量转换，以校正数据，消除科学数据和工程数据中存在的各种偏差：

从太阳高能粒子探测器源包数据格式中，可以得知HPD的一个工程数据块对应44组科学数据块，所以该步骤在数据处理时将科学数据和工程数据(表明太阳高能粒子探测器的工作状态)分开进行处理，将HPD数据块中的科学数据转换为计数数据，对工程数据进行物理量转换，处理方法具体如下：

1、科学数据的计数转换包括以下步骤：

步骤6.1，将科学数据根据以下公式进行模拟量转换：

V＝H*5.1/255，    (1)

其中，H为转换前的科学数据，V为转换后的模拟量。

步骤6.2，对于科学数据中的各个元素分别进行计数转换，具体为：

(1)对于元素P1、P2、P3、P4、E1、E2，根据下式进行计数转换：

$\left\{\begin{array}{c}N={10}^V,V\&GreaterEqual;0.1\\ N=0,V<0.1\end{array}N\right.,$

其中，V为根据公式(1)转换后的模拟量，N为得到的计数值。

(2)对于元素P5、P6、He，根据下式进行计数转换：

$\left\{\begin{array}{c}N={10}^{(V*3/5)},V\&GreaterEqual;0.1\\ N=0,V<0.1\end{array}\right.,$

其中，V为根据公式(1)转换后的模拟量，N为得到的计数值。

(3)对于元素Li和C，根据下式进行计数转换：

如果(V_i-V_i-1)＞＝0：

N_i＝(V_i-V_i-1)/0.7；

否则：

N_i＝(V_i-V_i-1)/0.7+8；

若第i-1个(i表示数据块的序号)数据不存在(星上数据存储或者数据接收的过程中，可能会存在数据丢失的情况)，即i＝1或第i-1个科学数据块缺失，则N_i＝0。

(2)工程数据的物理量转换：

V′＝H′*5.1/255，

其中，H′为转换前的工程数据，V′为转换后的模拟量。

步骤7，将步骤6经过转换后的数据在客户端监视显示：

太阳高能粒子探测器工程数据的监视显示，要求以列表的形式显示载荷各工程数据，包括时间码、高能探测器的电压值Vp、高能传感器的检测值D1、高能传感器的检测值D2和高能传感器的检测值D3。

太阳高能粒子探测器科学数据分别用4个图表进行显示，将计数值范围类似的数据(P1、P2、P3、P4)、(E1、E2)、(P5、P6)和(He、Li、C)分别显示在同一张图表中，用不同曲线代表不同的元素探测值，其界面如图2所示。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种对月球卫星太阳高能粒子探测器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带的虚拟信道标识，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太阳高能粒子探测器的数据从虚拟信道数据中提取出来组成二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，将步骤5得到的数据块中的科学数据块转换为计数数据，对其中的工程数据块进行物理量转换，以校正数据，消除数据块中存在的各种偏差；

步骤7，将步骤6经过转换后的数据在客户端监视显示。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括以下步骤：

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。

3.根据权利要求1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。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括形成成帧数据统计信息的步骤，所述统计信息包括原始位流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。

5.根据权利要求1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。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述源包数据依次包括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字节的包长度标识、496字节的数据域以及1字节的数据质量信息；其中，496字节的数据域进一步包括6字节的时间码、4字节的工程数据、484字节的科学数据以及2字节的填充数据，484字节的科学数据进一步分为44组数据，每组数据大小为11字节。

7.根据权利要求1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一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。

8.根据权利要求7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。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述解包处理进一步包括以下步骤：

步骤5.1，分解得到科学数据块：将源包数据中的科学数据分组进行格式重整，得到多组重整后的科学数据；计算每组科学数据的采集时间码和质量状态码；将每组科学数据的采集时间码、科学数据内容和质量状态码分别依次进行排列得到多个科学数据块；

步骤5.2，将所述源包数据中的时间码、工程数据和质量状态码依次排列得到一个工程数据块。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤5.1中每一源包数据的科学数据包含44组数据，其中，每两组数据形成一个循环，这两组数据的内容是不同元素的探测数值；

所述格式重整为：

首先将形成一个循环的两组数据中相邻的两个字节进行颠倒，颠倒之后，就得到对于不同元素两次的探测数值；

然后再将得到的每次的探测数值按照元素顺序进行排列。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤5.1中，第1组科学数据的采集时间码为所述源包数据中携带的时间码，之后同一源包数据中各组科学数据的采集时间码按照顺序依次加1秒。

12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤5.1中，每组科学数据的质量状态码为源包数据的质量状态码。

13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6进一步包括以下步骤：

步骤6.1，将科学数据进行模拟量转换：

V＝H*5.1/255，

其中，H为转换前的科学数据，V为转换后的模拟量；

步骤6.2，对于科学数据中的各个元素分别进行计数转换：

(1)对于元素P1、P2、P3、P4、E1、E2，根据下式进行计数转换：

$\left\{\begin{array}{c}N={10}^V,V\&GreaterEqual;0.1\\ N=0,V<0.1\end{array}\right.,$

其中，N为得到的计数值；

(2)对于元素P5、P6、He，根据下式进行计数转换：

$\left\{\begin{array}{c}N={10}^{(V*3/5)},V\&GreaterEqual;0.1\\ N=0,V<0.1\end{array}\right.;$

(3)对于元素Li和C，根据下式进行计数转换：

如果(V_i-V_i-1)＞＝0：

N_i＝(V_i-V_i-1)/0.7；

否则：

N_i＝(V_i-V_i-1)/0.7+8；

其中，i表示数据块的序号；

步骤6.3，对工程数据进行物理量转换：

V′＝H′*5.1/255，

其中，H′为转换前的工程数据，V′为转换后的模拟量。

14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤7中，以列表的形式显示工程数据的内容，包括时间码、高能探测器的电压值Vp、高能传感器的检测值D1、D2和D3；以图表的形式显示科学数据的内容，其中，计数值范围类似的数据显示在同一张图表中。

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