专利名称：月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的处理方法
技术领域：
本发明涉及到一种月球卫星太阳风低能离子探测器的实时数据的处理方法，用于实现对月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的实时处理和快视。
背景技术：
探月工程是用于探测月球的环境、资源的系统化工程。探月工程系统主要包括卫星、火箭、发射场、测控、地面应用系统等部分，其中地面应用系统主要包括数据接收分系统 (地面站)、运行管理分系统(0MQ等。地面站依据业务运行计划，实时接收、存储下行的探测数据；将接收到的数据实时发送到运行管理分系统。运行管理分系统在业务运行期间负责制定卫星有效载荷的探测计划，协调完成对有效载荷的在轨业务运行管理，包括对载荷设备状态的实时监视和控制。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，用于从卫星接收各种探测数据，以及和向地面应用系统总部转发探测器下行数据。运行管理分系统(0MQ通过对探测数据的实时处理和显示，进行卫星及其科学载荷设备的实时监视，并实时生成操作指令以调整、控制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带的具有科学探测能力的探测器。通过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，校正数据，消除探测数据和工程数据中存在的各种偏差，最后对探测数值和工程数据数值进行监视和判读。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测。太阳风低能离子探测器(简称SWID)属于空间环境载荷中的一种，其安装在月球资源探测卫星上，用于探测太阳风中的低能离子的成分及空间分布，即太阳风等离子体的分布函数，从中引出平静和高速太阳风等离子体的特征量，如太阳风的体速度，离子温度以及数密度等。卫星在轨探测过程中，为了确保太阳风离子探测器能够运行正常并获得准确、高精度的探测数据，需要对太阳风离子探测器经信道下传的各类数据进行实时的处理和显示，实时地监视太阳风低能离子探测器的设备运行状态和了解探测数据的质量，根据监测结果，对太阳风低能离子采取实时的控制和探测模式的调整。但是，目前针对月球卫星太阳风低能离子探测器的实时状态，缺乏快速高效地监视和显示方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的处理方法，所述方法能够对月球卫星太阳风低能离子探测器的实时数据进行实时、全面、准确地处理和监视，由此有效的监视和显示低能离子探测器的工作状态及探测结果，并根据监视的结果来实时地控制和调整载荷状态。根据本发明的一个方面，提供了一种月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的处理方法，所述方法包括接收原始数据，实时接收太阳风低能离子探测器下传的原始数据；成帧数据处理，对下传的原始数据执行帧同步、去扰和RS译码处理得到成帧数据；信道处理，对所述成帧数据进行分路解帧和分包处理以得到太阳风低能离子探测器数据源包； 数据块提取，对所述太阳风低能离子探测器数据源包执行解包处理以生成太阳风低能离子探测器数据块；物理量转换，把所述生成的太阳风低能离子探测器数据块转换成具有实际物理含义的太阳风低能离子探测器数据；客户端显示，将转换后的太阳风低能离子探测器数据发送到客户端以实时显示。所述原始数据包括工程数据、遥测数据和科学数据，其中所述工程数据是太阳风低能离子探测器采集的自身的工作状态参数；所述遥测数据是由月球卫星采集的太阳风低能离子探测器工作时的状态参数；所述科学数据是太阳风低能离子探测器探测到的关于太阳风低能离子的科学数据。可选的，在一次采样周期中通过对48个能道和12个极角进行2次扫描得到一组科学数据，其中每次扫描都分别扫描M个能道中的每个能道所对应的12个极角。可选的，以图形模式、数据表模式和/或显示详细数据模式对所述科学数据进行显不。所述图形模式、数据表模式和显示详细数据模式均包括按极角累加和按能道累加这两种显示模式，其中，按极角累加显示一个12列宽的二维表，每列代表一个极角，而每行代表一帧数据按能道方向累加之后的结果；按能道累加显示一个48列宽的二维表，每列代表一个能道，而每行代表一帧数据按极角方向累加之后的结果。在所述图形模式中，横坐标为48个能道或12个极角，纵坐标为表示采集数据时刻的时间码，以色块表示不同时间点每个能道或极角的累加值，不同的色标表示能道或极角的累加值大小。在所述数据表显示模式中，显示在不同扫描时刻每个能道对应的12个极角的科学数据的累加值。在所述显示详细数据模式中，同时显示每个扫描时刻对应的48个能道和12个极角的科学数据。优选的，所述物理量转换包括把二进制转换成十六进制或十进制的数据，把十六进制转换成十进制的数据，或者根据物理公式转换数据格式。根据本发明第一方面所述的处理方法，该方法还包括，根据实时显示的太阳风低能离子探测器数据是否处于取值限或报警限内，判断太阳风低能离子探测器的工作状况是正常或异常，以及太阳风低能离子探测器所探测的数据是否可信。所述方法还包括，根据所述判断的结果，对太阳风低能离子采取实时的控制和探测模式的调整。优选的，以紧凑模式、列表模式、数据表模式、曲线模式和/或图表模式分别显示所述工程数据和遥测数据。
所述紧凑模式是按照从上到下、从左到右的顺序显示当前的实时数据。所述列表模式是分4列分别显示参数名、16进制原码、经物理转换后的参数值和所述参数的历史曲线。所述数据表格模式以表格形式显示每个时刻的参数值，用于连续监视每个时间码时刻的载荷当前状态及其改变。所述曲线模式是将多个参数的历史曲线显示在同一张图表中，该图表的X轴代表帧计数，Y轴为参数值；其中，当收到新的数据帧时，曲线会自动向左整体移动以显示最新的数据。所述图表模式是把值域近似的参数归类并分在不同的组中，每组使用独立的Y轴坐标。如上所述，本发明提供了一种针对太阳风低能离子探测器的实时数据的监视与显示的方法对实时下传的太阳风低能离子探测器的数据进行实时传输、处理，分解出不同载荷的不同类型的数据，根据太阳风低能离子探测器的设备和数据特征，采用不同的模式实时显示，用不同的形式设置超限报警，并根据实时快视的结果来实时地控制和调整载荷状态。
图1显示了对SWID实时数据进行处理的流程图；图2显示了按能道累加的科学数据的图形显示模式；图3显示了按能道累加的科学数据的数据表显示模式；图4显示了科学数据的“显示详细数据”模式；图5显示了以紧凑模式显示工程数据的一个示例；图6显示了以列表模式显示工程数据的一个示例；图7显示了以数据表格模式显示工程数据的一个示例；图8显示了以曲线模式显示工程数据的一个示例。
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
并参照附图，对本发明进一步详细说明。通常，月球卫星上搭载的探测器下传的实时数据主要包括载荷的工程数据、遥测数据和科学数据。工程数据是指在月球卫星在轨工作时，探测器采集的自身的工作状态参数，工程数据显示的是探测器各频率通道的定标、观测支路的硬件工作模式和软件运行状况等，用于全面反映探测器的工作状态。工程数据的显示方式可以为数值列表和图形两种形式，数值列表显示时，显示工程源包数据值。以图形显示时，将一个数据源包中的数据显示在同一坐标系下。另外，为便于地面监视方便，在数值列表显示时，需要增加取值上下限和报警上下限等内容，在工程数据超出上下限时，系统自动报警(数值可以标红)。遥测数据是指由卫星采集的探测器工作时的状态参数，其显示的是探测器各频率通道的定标、观测支路的加电情况和仪器温度情况，用于反映探测器的基本工作状态。遥测数据的显示方式可以为数值列表和图形两种形式。数值列表显示时，显示工程源包数据值。 以图形显示时，将一个数据源包中的数据显示在同一坐标系下。另外，为便于地面监视方便，在数值列表显示时，需要增加取值上下限和报警上下限等内容，在工程数据超出上下限时，系统自动报警(数值可以标红)。工程数据和遥测 数据分为实时和延时两种数据，当卫星入站时可以实时下传实时数据，而当卫星没有入站时可以将延时数据存入大容量存储器待入站下传。科学数据是具有明显物理意义的科学量，由仪器采集。其显示分为数值列表和图形两种形式，数值列表显示时，显示源包数据值。以图形显示时，将一个数据源包中的定标数据和科学数据显示在同一坐标系下。本发明中，科学数据是指在月球卫星上工作时太阳风离子探测器(SWID)自身探测到的关于太阳风低能离子的科学数据，包括太阳风中低能离子的成分及空间分布，即太阳风等离子体的分布函数，从中引出平静和高速太阳风等离子体的特征量，如太阳风的体速度，离子温度以及数密度等。通过对上述各类型数据的判读，能够了解载荷设备历史的和当前的运行状态和探测情况，并能够根据判读结果来实时控制载荷和调整探测模式。下面分别介绍SWID实时数据的传输、处理及快视显示的流程。图1显示了对SWID实时数据进行处理的流程图。如图1所示，本发明的SWID实时数据的处理包括如下步骤接收原始数据，地面站实时接收SWID下传的原始位流数据。成帧数据处理，对下传的原始位流数据执行帧同步、去扰和RS译码处理得到成帧数据。本步骤中，帧同步是指按位(bit)查找原始数据文件流中的帧同步头“1ACFFC1D”，从同步头开始截取512字节形成原始数据帧。去扰是指用扰码(508字节)与原始数据帧中同步头以后的508字节一一进行“异或”操作，完成对数据帧的除扰。RS译码是指用数据帧中的64字节RS码进行数据帧的RS译码，并记录RS译码信息，同时生成两字节数据质量信息(第一个字节代表错bit数，第二个字节代表纠错率)。信道处理，OMS系统根据载荷的标识符对处理后的成帧数据进行分路解帧和分包， 分拣出属于目标载荷的数据，以便采用与该载荷相适应的方法进行数据处理，由此得到科学载荷的数据源包，本实施例中即为SWID数据源包。本步骤中，分路解帧是指根据数据帧结构中的虚拟信道信息，确定数据帧的虚拟信道，将数据帧中的字节有效数据取出，形成虚拟信道数据，并形成数据帧的统计信息。分包即分载荷源包，是指输入信道配置信息，根据有效载荷应用过程标识符进行分解，将信道的探测器数据组成二进制数据源包文件，并对每个源包添加一字节的数据质量信息，形成源包数据。数据块提取，对SWID数据源包进行解包处理，将SWID源包数据分解，形成SWID数据块。具体来说，是对形成的SWID数据源包进行排序、拼接、解包、去源包包头、格式重整以生成数据块，将一个采样周期的SWID数据进行拼接，形成了连续的SWID数据块。物理量转换，根据科学数据包给出的参数转换公式，把生成的SWID数据块转换成具有实际物理含义的SWID数据，以便于观测者识别，例如把二进制转换成十六进制或十进制的数据，把十六进制转换成十进制的数据，或者根据物理公式转换数据格式。本发明中， 需要转换的SWID数据块例如包括扫描时间码、能道号、通道号等。其中，时间原码是以2004年1月1日作为时间起点的一个秒累计数，需要基于物理公式转换为当前的年月日时分秒。客户端显示，将转换后的SWID物理量数据发送到客户端实时显示。本发明中，由于太阳风离子探测器的一组工程数据和科学数据不是一一对应的， 所以将科学数据和工程数据分开处理和显示，对不同的参数数据进行不同的物理量转换 (见下文)，进行成帧快视显示。下面介绍科学数据的处理。表1示例性显示了扫描起始时间为X时所得到的太阳风低能离子探测器的科学数据块格式。表 权利要求
1.一种月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的处理方法，所述方法包括如下步骤接收原始数据，实时接收太阳风低能离子探测器下传的原始数据；成帧数据处理，对下传的原始数据执行帧同步、去扰和RS译码处理得到成帧数据；信道处理，对所述成帧数据进行分路解帧和分包处理以得到太阳风低能离子探测器数据源包；数据块提取，对所述太阳风低能离子探测器数据源包执行解包处理以生成太阳风低能离子探测器数据块；物理量转换，把所述生成的太阳风低能离子探测器数据块转换成具有实际物理含义的太阳风低能离子探测器数据；客户端显示，将转换后的太阳风低能离子探测器数据发送到客户端以实时显示。
2.根据权利要求1所述的处理方法，所述原始数据包括工程数据、遥测数据和科学数据，其中，所述工程数据是太阳风低能离子探测器采集的自身的工作状态参数；所述遥测数据是由月球卫星采集的太阳风低能离子探测器工作时的状态参数；所述科学数据是太阳风低能离子探测器探测到的关于太阳风低能离子的科学数据。
3.根据权利要求2所述的处理方法，其中，在一次采样周期中通过对48个能道和12个极角进行2次扫描得到一组科学数据，其中每次扫描都分别扫描M个能道中的每个能道所对应的12个极角。
4.根据权利要求3所述的处理方法，其中，以图形模式、数据表模式和/或显示详细数据模式对所述科学数据进行显示。
5.根据权利要求4所述的处理方法，所述图形模式、数据表模式和显示详细数据模式均包括按极角累加和按能道累加这两种显示模式，其中，按极角累加显示一个12列宽的二维表，每列代表一个极角，而每行代表一帧数据按能道方向离子计数累加之后的结果；按能道累加显示一个48列宽的二维表，每列代表一个能道，而每行代表一帧数据按极角方向离子计数累加之后的结果。
6.根据权利要求5所述的处理方法，在所述图形模式中，横坐标为48个能道或12个极角，纵坐标为表示采集数据时刻的时间码，以色块表示不同时间点每个能道或极角的离子计数累加值，不同的色标表示能道或极角的离子计数累加值大小。
7.根据权利要求5所述的处理方法，在所述数据表显示模式中，显示在不同扫描时刻每个能道对应的12个极角的科学数据的累加值。
8.根据权利要求5所述的处理方法，在所述显示详细数据模式中，同时显示每个扫描时刻对应的48个能道和12个极角的科学数据。
9.根据权利要求1所述的处理方法，其中，所述物理量转换包括把二进制转换成十六进制或十进制的数据，把十六进制转换成十进制的数据，或者根据物理公式转换数据。
10.根据权利要求1所述的处理方法，所述方法还包括，根据实时显示的太阳风低能离子探测器数据是否处于取值限或报警限内，判断太阳风低能离子探测器的工作状况是正常或异常，以及太阳风低能离子探测器所探测的数据是否可信。
11.根据权利要求10所述的处理方法，所述方法还包括，根据所述判断的结果，对太阳风低能离子采取实时的控制和探测模式的调整。
12.根据权利要求2所述的处理方法，以紧凑模式、列表模式、数据表模式、曲线模式和 /或图表模式分别显示所述工程数据和遥测数据。
13.根据权利要求12所述的处理方法，所述紧凑模式是按照从上到下、从左到右的顺序显示当前的实时数据。
14.根据权利要求12所述的处理方法，所述列表模式是分4列分别显示参数名、16进制原码、经物理转换后的参数值和所述参数的历史曲线。
15.根据权利要求12所述的处理方法，所述数据表格模式以表格形式显示每个时刻的参数值，用于连续监视每个时间码时刻的载荷当前状态及其改变。
16.根据权利要求12所述的处理方法，所述曲线模式是将多个参数的历史曲线显示在同一张图表中，该图表的X轴代表帧计数，Y轴为参数值；其中，当收到新的数据帧时，曲线会自动向左整体移动以显示最新的数据。
17.根据权利要求12所述的处理方法，所述图表模式是把值域近似的参数归类并分在不同的组中，每组使用独立的Y轴坐标。
全文摘要
一种月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的处理方法，所述方法包括接收原始数据，实时接收太阳风低能离子探测器下传的原始数据；成帧数据处理，对下传的原始数据执行帧同步、去扰和RS译码处理得到成帧数据；信道处理，对所述成帧数据进行分路解帧和分包处理以得到太阳风低能离子探测器数据源包；数据块提取，对所述太阳风低能离子探测器数据源包执行解包处理以生成太阳风低能离子探测器数据块；物理量转换，把所述生成的太阳风低能离子探测器数据块转换成具有实际物理含义的太阳风低能离子探测器数据；客户端显示，将转换后的太阳风低能离子探测器数据发送到客户端以实时显示。根据本发明的方法，能够对月球卫星太阳风低能离子探测器的实时数据进行实时、全面、准确地处理和监视，由此有效的监视和显示低能离子探测器的工作状态及探测结果，并根据监视的结果来实时地控制和调整载荷状态。
文档编号G01T1/29GK102156293SQ201110060838
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月14日 优先权日2011年3月14日
发明者付强, 刘建军, 朱海华, 李春来, 段岩, 温卫斌, 王晓栋, 王芳, 边伟 申请人:中国科学院国家天文台