月面巡视器测月雷达实时数据的处理方法
【专利摘要】一种月面巡视器测月雷达实时数据的处理方法，包括：接收原始数据，实时接收测月雷达下传的原始数据；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测月雷达数据源包；数据块提取，对所述测月雷达数据源包执行解包处理以生成测月雷达数据块；物理量转换，把所述生成的测月雷达数据块转换成具有实际物理含义的测月雷达数据；客户端显示，将转换后的测月雷达数据发送到客户端以实时显示。本发明能够对月面巡视器测月雷达的实时数据进行实时、全面、准确地处理和监视，有效的监视和显示测月雷达的工作状态及探测结果，根据监视的结果实时地控制和调整载荷状态。
【专利说明】月面巡视器测月雷达实时数据的处理方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种星上仪器数据的处理方法，特别是一种用于月面巡视器测月雷达(LPR)实时数据的处理方法。
【背景技术】
[0002]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，其中地面应用系统下属有遥科学分系统(TES系统)，用于通过处理后的探测数据实时监控月面巡视器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、控制月面巡视器及其科学载荷的工作状态。
[0003]在月面巡视器上安装的科学载荷是具有科学探测能力的探测器。通过地面应用系统设置的遥科学分系统对这种探测器数据的实时监视显示是月球月面巡视器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，对科学数据和工程数据进行监视和判读。
[0004]测月雷达是一种工作于无载频毫微秒脉冲状态的时间域探测雷达，采用收发分置天线。其工作原理是:测月雷达发射机产生超宽带的无载频毫微秒脉冲，经过发射天线向月面下辐射/耦合超宽带电磁脉冲信号，信号在月壤和月壳岩石介质的传播过程中，如果遇到不均匀层、不同介质交界面、熔岩管、漂石等目标，将产生电磁波信号的反射和散射。测月雷达接收天线接收到该反射和散射信号后，经过接收机放大、采样后获得相应的探测数据，通过对探测数据进行分析、处理和成像，得到巡视器行走区域内月壤厚度及其分布、漂石和熔岩管的分布以及月壳次表层岩石地质结构等信息。
[0005]通常来说，测月雷达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参考取值范围，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。
[0006]另一方面，地面站接收到测月雷达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、实时地显示测月雷达所获取的各项数据，实时地监视各项数据的值是否处于正常范围，从而反映月面巡视器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。
[0007]但是，现有技术中尚没有满足上述要求的针对月面巡视器测月雷达实时数据的处理、显示和监视的技术，导致不能够精确反映月面巡视器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况。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种用于月面巡视器测月雷达实时数据的处理方法，该方法能够把测月雷达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测结果是否在正常范围内、并根据监视结果调整和控制载荷的运行状态。
[0009]本发明提出的一种对月面巡视器测月雷达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，地面站实时接收月面巡视器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测月雷达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；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。
[0010]通过本发明提出的上述数据处理方法，能够实时检验月面巡视器测月雷达获取的实时数据是否正常，并进而判断测月雷达工作是否正常，以便于及时采取应对措施。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明测月雷达实时数据的处理方法流程图。
[0012]图2A示例性的显示了测月雷达单道数据的曲线图。
[0013]图2B示例性的显示了测月雷达单道数据的道头信息。
[0014]图3示例性的显示了经处理后的测月雷达第一通道多道数据的灰度堆积图。
[0015]图4A示例性的显示了经处理后的测月雷达第一通道多道数据的伪彩色堆积图；
[0016]图4B为图4A中光标位置对应的单道曲线图。
[0017]图5A示例性的显示了经处理后的测月雷达多道数据的曲线堆积图。
[0018]图5B示例性的显示了间隔和振幅调大以后的测月雷达多道数据的曲线堆积图。
[0019]图6为测月雷达科学数据的数据列表形式。
【具体实施方式】
[0020]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。
[0021]首先介绍一下月面巡视器测月雷达的组成及工作原理。
[0022]测月雷达是一种工作于无载频毫微秒脉冲状态的时间域探测雷达，采用收发分置天线。其工作原理是:测月雷达发射机产生超宽带的无载频毫微秒脉冲，经过发射天线向月面下辐射/耦合超宽带电磁脉冲信号，信号在月壤和月壳岩石介质的传播过程中，如果遇到不均匀层、不同介质交界面、熔岩管、漂石等目标，将产生电磁波信号的反射和散射。测月雷达接收天线接收到该反射和散射信号后，经过接收机放大、采样后获得相应的探测数据，通过对探测数据进行分析、处理和成像，得到巡视器行走区域内月壤厚度及其分布、漂石和熔岩管的分布以及月壳次表层岩石地质结构等信息。[0023]第一通道脉冲发射机在雷达主控制器输出的发射时钟I触发下产生符合要求的脉冲信号，然后平衡输出到第一通道发射天线辐射出去。第一通道接收天线接收到地下目标回波信号后，送给第一通道接收机，第一通道接收机在雷达主控制器控制下按照一定规律对回波信号进行放大，然后送给雷达主控制器的第一通道进行数字化。
[0024]第二通道脉冲发射机在雷达主控制器输出的发射时钟2触发下产生符合要求的脉冲信号，然后平衡输出到第二通道发射天线辐射出去。第二通道接收天线接收到地下目标回波信号后，送给第二通道脉冲接收机，第二通道接收机在雷达主控制器控制下按照一定规律对回波信号进行放大，然后送给雷达主控制器的第二通道进行数字化。
[0025]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，并能够根据判读结果来实时控制载荷和调整探测模式。
[0026]通常，测月雷达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况。
[0027]其中，测月雷达的科学数据是具有明显物理意义的科学量，由测月雷达采集得到。本发明中，测月雷达采集得到的科学数据为月球表层对雷达脉冲信号的反射响应。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，将一道数据中的科学数据显示在同一坐标系下。
[0028]工程数据是指在巡视器在月面工作时，探测器采集的自身的工作状态参数、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)。
[0029]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，并能够根据判读结果来实时控制载荷和调整探测模式。
[0030]图1为根据本发明的对测月雷达的数据进行实时处理的方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤:
[0031]步骤1，地面站实时接收月面巡视器下传的原始位流数据；
[0032]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。
[0033]所述步骤2进一步包括以下步骤:
[0034]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1024个字节形成多个原始数据帧；
[0035]步骤2.2，去扰:用992字节的扰码与原始数据帧中帧同步头以后的992个字节一一进行“异或”操作，以对原始数据帧进行去扰；
[0036]步骤2.3，RS译码:用去扰后的原始数据帧(1024个字节)中的最后128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。
[0037]步骤2.4，数据组帧:将经过RS译码(里德-所罗门码，一种用于纠错的编码方式)后的数据帧与所述两字节的数据质量信息组成大小为1024字节的成帧数据。
[0038]步骤3，信道处理，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。
[0039]在该步骤，TES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，本发明即为LPR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。
[0040]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测月雷达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，具体如下:
[0041]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测月雷达，还是其他载荷。将从A虚拟信道提取出的测月雷达数据组成二进制格式的数据源包文件，形成源包数据。测月雷达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。
[0042]其中，测月雷达科学源包数据的格式为:
[0043]
【权利要求】
1.一种月面巡视器测月雷达数据的处理方法，该方法包括步骤: 步骤1，卫星信号地面站实时接收月面巡视器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，根据预先确定的有效载荷应用标识符将测月雷达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； 步骤5，对步骤4得到的数据源包文件进行解包处理，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。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤7对经过转换后的数据进行显示包括采用曲线、图像和数值列表三种显示形式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2进一步包括: 步骤2.1，按比特位查找原始位流数据中的帧同步头，从帧同步头开始截取1024个字节形成多个原始数据帧； 步骤2.2，用992字节的扰码与原始数据帧中帧同步头以后的992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，用去扰后的原始数据帧中的最后128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； 步骤2.4，将经过RS译码后的数据帧与两字节的数据质量信息组成大小为1024字节的成帧数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3进一步包括: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，其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。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，其中分载荷源包进一步包括: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测月雷达，还是其他载荷，其中测月雷达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。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤5进一步包括:科学源包数据的解包处理是指对科学源包数据进行拼接，形成LPR科学数据块的数据部分，多个相连科学数据源包拼接为一个完整的科学数据块。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，工程源包数据的解包处理是指对工程源包数据进行数据块的提取，其中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。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤6进一步包括:由于科学数据块中存储的数据是经过A/D转换后的二进制数据，因此，需要对科学数据块中的道科学数据进行物理量转换，物理量转换时，先将二进制数转换为十进制的电压值，然后根据以下公式将无符号的16bit的道科学数据按照累加次数转化为有符号数: X(m)=S(m)-128X (A+1) (I) 其中，m为道内采样点的序数，X为16bit的有符号整数，S为16bit无符号整数，A为道参数中第一通道的累加次数。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤6进一步包括:对工程数据进行物理量转换，将工程数据中各个工程参数由不易人眼识别的格式转换为易于人眼识别出其物理意义的格式。.
【文档编号】G01S7/40GK103472436SQ201310386711
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月30日 优先权日:2013年8月30日
【发明者】苏彦, 刘建军, 郑磊, 戴舜, 张洪波, 邢树果, 肖媛, 孔德庆, 李俊铎, 李春来 申请人:中国科学院国家天文台