Fjernmålingssatellitter avbilder jorden fra baner hundrevis av kilometer over bakken. Rå nyttelastdata kan ikke brukes direkte; i stedet kreves et komplett sett med bakkestasjonsutstyr for å utføre radiofrekvensmottak, digitalisering, signalsynkronisering, demodulering og dekoding, protokollparsing og bilderekonstruksjon, og til slutt produsere standardiserte, brukbare bildeprodukter. Blant disse er VPX-arkitekturen høy-basebånddatabehandlingsenhet -, dvs.Databehandlingsutstyr for fjernmåling- fungerer som kjernenav i det bakkemottakende systemet: det kommuniserer med antennens RF-mottakskjede i frontenden og sender ut komplette, gyldige data til raske-visningssystemer, lagringssystemer og industri-spesifikke arbeidsstasjoner i bakenden. Den følgende delen gir en omfattende oversikt over enhetens standardiserte prosesseringsarbeidsflyt og maskinvarearkitektur, basert på en faktisk satellitt-til-signaloverføringskobling.
1. Front-End RF-inngang og digital forbehandlingskjede
Når en satellitt passerer over hodet, fanger parabolantennen opp satellittens nedlinks RF-bærer. Etter å ha blitt forsterket av en lav-støyforsterker (LNA) og filtrert, sendes signalet til en utendørs nedkonverterer, som nedkonverterer det høyfrekvente-RF-signalet til en standard mellomfrekvens. Enheten støtter to typer inngangsspesifikasjoner:
1) Standard IF-innganger: Vanlige 70 MHz og 140 MHz IFs; enheten kan konfigureres med en dedikert 720 MHz IF som en tilpasset løsning;
2) L-Band RF Direct Input: Støtter direkte inngang av L-båndsignaler i området 950–1500 MHz; en innebygd- sekundær nedkonverteringsmodul konverterer signalet til enhetens standard mellomfrekvens.
Etter at det mellomliggende-frekvenssignalet er matet inn i basebåndsutstyret, gjennomgår det først automatisk forsterkningskontroll (AGC) og middels-frekvensfiltrering, og samples deretter av en-høyhastighets analog-til-digital omformer (ADC), og konverterer det analoge, komplekse mellomfrekvenssignalet til et komplekst digitalt basebåndsignal{5}. Alle synkroniserings-, demodulerings- og dekodingsoperasjoner utføres basert på det digitale samplingssignalet.
På grunn av den høye-hastigheten til satellitten i bane, bærer nedlinksignalet et bredt spekter av Doppler-skift. Enheten inkorporerer en bærebølgesporingssløyfe i sin FPGA, som justerer frekvensen og fasen til den lokale numerisk kontrollerte oscillatoren (NCO) i sanntid for kontinuerlig å kompensere for Doppler-skift og opprettholde en stabil signallås. Synkroniseringsprosessen følger standard ingeniørsekvens: bitsynkronisering først, etterfulgt av presis operatørsporing. Bitsynkroniseringsmodulen trekker ut en presis symboltidsklokke fra den samplede datastrømmen, og gir en enhetlig tidsreferanse for bærebølgesløyfen og symbolbeslutningen, og forhindrer derved symbolsamplingsforskyvning og tap av lås forårsaket av Doppler-skift.
2. Multi-demodulering og kanalfeilkorrigeringsdekoding
Etter at synkronisering og låsing er fullført, går den digitale symbolstrømmen inn i FPGA-maskinvaredemodulasjonsmotoren. Enheten har en demodulasjons-IP-kjerne som er kompatibel med vanlige fjernmålingssatellittsystemer, og støtter modulasjonsskjemaer som BPSK, QPSK, SQPSK, 16QAM og GMSK. Den kan tilpasses forskjellige satellittmodeller ganske enkelt ved å bytte programvareparametere, uten å måtte bytte ut maskinvarekort.
Romoverføringsprosessen introduserer støy og fading, som forårsaker bitfeil. Den innebygde senderen bruker fler-kanalfeil-korrigerende koder, og basebåndutstyret er utstyrt med tilsvarende dekodingsmoduler: det støtter RS-koder, konvolusjonell Viterbi-dekoding og LDPC-myk-beslutningsdekoding. Parallell maskinvareakselerasjon muliggjør høy-gjennomstrømning, sanntids-feilkorreksjon, maksimerer gjenopprettingen av overføringsfeil og sender ut en ren, feil-fri bitdatastrøm.
3. CCSDS standard deinterleaving, rammesynkronisering og pakkeparsing
Alle sivile og kommersielle fjernmålingssatellitter samsvarer jevnt med CCSDS Space Data System-standarden, og utstyret implementerer CCSDS ende-til-ende prosessering: Satellittnedkoblingsdata krypteres ved hjelp av en pseudotilfeldig sekvens for å undertrykke bærerlekkasje; etter dekoding utføres først en de-krypteringsoperasjon for å gjenopprette den opprinnelige randomiserte bitstrømmen.
Etter dekryptering søker modulen etter og låser seg på den konfigurerbare rammesynkroniseringsoverskriften for å finne starten på hver dataramme; den analyserer deretter rammeoverskriftsfeltene for å trekke ut VCID (Virtual Channel Identifier) og APID (Application Process Identifier), og skiller derved mellom flere typer datastrømmer: optiske/infrarøde multispektrale nyttelast bildedatapakker, satellitttelemetri-hjelpedatapakker og-bordhjelpedatadatapakker.
Systemet kategoriserer og ruter lastdata og tilleggsinformasjon basert på APID; hjelpedata bufres og arkiveres separat, mens komprimerte bildedatapakker sendes til bildedekompresjonsenheten for uavhengig behandling.
4. Sanntidsdekomprimering og rekonstruksjon av komprimerte bilder om bord.-
For å spare nedlinkbåndbredde er optiske, hyperspektrale og infrarøde fjernmålingssatellitter vanligvis utstyrt med -ombord i sanntidskomprimeringsmoduler som er kompatible med tre vanlige komprimeringsstandarder:
1) Space Non-Destructive Testing Standard: CCSDS 123 (spesielt for multispektral/hyperspektral 3D-avbildning);
2) Generelt-formål tapsfri: JPEGLS;
3) Tapsfull høy-komprimering: JPEG 2000.
Baseband-enheten har en multi--CPU paret med en dedikert dekompresjonsakselerasjonsenhet. Den velger adaptivt den riktige algoritmen basert på komprimeringsflaggene i pakkeoverskriftene og justerer dynamisk dekompresjonsparametere for å balansere behandlingsforsinkelse og bildekvalitet, og gjenoppretter fullstendig originalbilder med under-meter-oppløsning for å møte kravene til høy-presisjonsapplikasjoner som nasjonal landmåling og landbruksovervåking.
5. VPX Heterogeneous Real-Time Computing Architecture (FPGA + Multi-core CPU)
Databehandlingsutstyret for fjernregistrering bruker et standard VPX robust chassis og bruker en heterogen parallell arkitektur som kombinerer FPGA-maskinvareakselerasjon med fler-CPU generell-databehandling. I motsetning til rent programvarebaserte-multi-kjerneløsninger, støtter den en maksimal sanntid-gjennomstrømning på 800 Mbps per kanal:
1) FPGA-logikklag: Håndterer høye-sanntids- fysiske lagoppgaver-bærersporing, bitsynkronisering, demodulering, LDPC/Viterbi-dekoding, rammesynkronisering og CCSDS-de-kryptering og de-framing-}framing-7} av en million{6}}høyhastighets{8}parallell{8}-prosess datastrømmer med null latens;
2) Sann-programvarelag for fler-kjerne-CPUer: Ansvarlig for bildedekomprimering, rask-visningsgenerering, oppgaveplanlegging, statusovervåking, dataruting og distribusjon, og ekstern drift og vedlikeholdsinteraksjon;
3) Modulær samlebåndsdekomponering: Bærersynkronisering, demodulering og dekoding, protokollparsing, dekompresjon og rask forhåndsvisning, og datadistribusjon er delt inn i uavhengige oppgaveenheter og planlagt parallelt på tvers av CPU-kjerner og FPGA-kanaler.
Systemet støtter rekonfigurering av programvare-definert oppgavetopologi: når du bytter mellom satellitter med forskjellige parametere, kan drifts- og vedlikeholdspersonell bruke backend-programvaren til å rekonfigurere moduldatastrømmer, kodehastigheter, modulasjons- og kodingsparametere og rammesynkroniseringsord; i de aller fleste scenarier er ingen maskinvaremodifikasjoner nødvendig. Bare i scenarier som involverer RF-båndbredde eller spesifikke frekvensbåndkrav er det nødvendig å bytte ut front-RF-filtermodulen.
6. Høyhastighets-datautveksling og skalerbare lagringsløsninger
Enheten er utstyrt med flere typer høyhastighetstjenestegrensesnitt for å støtte-til-ende datautveksling mellom front- og bakenden:
Front-innganger: 10-Gigabit optiske porter og høyhastighets LVDS-differensialgrensesnitt, som mottar RF-digitaliserte datastrømmer fra grensesnittet;
Backend-utgang: Gigabit Ethernet, 10-Gigabit Ethernet, brukes til å distribuere dekomprimert video og QuickView-data;
Cluster Interconnect: IB høy-hastighetsbuss, primært brukt for å koble sammen multi-enhetsklynger og høy-backend-lagringspooler med høy kapasitet; ikke brukt for tilgang til RF-signaler i front-.
Standard behandlingshastighet for en enkelt kanal varierer fra 10 Mbps til 800 Mbps; når du opererer i dobbel-parallell modus, dobles gjennomstrømningen. Lagring utvides via et eksternt diskarray, med lagringskapasitet som skaleres lineært med antall harddisker i matrisen og bakplanets båndbredde. På grunn av begrensninger pålagt av maskinvarespor og I/O-båndbredde, kan imidlertid ikke kapasiteten utvides på ubestemt tid; det er tilstrekkelig til å oppfylle kravene til lagring av enorme mengder fjernmålingsdata på daglig basis.
7. Full-kobling i sanntid-kvalitetsovervåking og driftsstøtte med høy-pålitelighet
Systemet distribuerer hierarkiske tilstandsovervåkingsnoder gjennom hele signalbehandlingskjeden for kontinuerlig å registrere operasjonelle beregninger:
1) Fysisk lag: Demodulasjon Eb/N0, sanntids-bitfeilrate, bærebølge/bit-synkroniseringsstatus, Doppler-skift;
2) Datalinklag: Antall rammesynkroniseringslås-opp, pakkesjekksumresultater og APID-pakkeintegritetsstatistikk;
3) Business Layer: Dekompresjonsbildefrekvens, QuickView-utdataforsinkelse og grensesnittgjennomstrømningsbelastning.
Alle alarmlogger og driftsmålinger vises lokalt i sanntid og arkiveres og lagres automatisk. Systemet støtter både lokal konsoll og ekstern nettbasert-tilgang for drift og vedlikehold. Enheten bruker robuste kort av militær-kvalitet og en bred-temperaturstrømforsyning, med en gjennomsnittlig tid mellom feil (MTBF) på større enn eller lik 25 000 timer, og oppfyller kravene for lang-, kontinuerlig 24/7-drift på bakkestasjoner.
8. Prosjektimplementering og industriapplikasjoner
Denne serien med fjernmålingsdatabehandlingsutstyr har blitt distribuert i store mengder på flere innenlandske sivile fjernmålingssatellitter som for tiden er i bane, og dekker alle typer nyttelast-inkludert synlig lys, multispektralt, hyperspektralt og infrarødt-og produserer konsekvent sub-bilder med høy oppløsningsstandard{{3}. Det har blitt mye brukt i sivile felt som landbruks- og skogbruksressursundersøkelser, vannvern og overvåking av flomkontroll, naturressurskartlegging og smart byplanlegging; Samtidig har den fullført flere runder med internasjonalt samarbeidende satellitt-til-bakkelinktesting og er kompatibel med CCSDS-standard fjernmålingsoppdrag fra flere land, og demonstrerer stabil og pålitelig prosessytelse selv under komplekse doppler- og lavt signal-til-forhold.
9. Beskrivelse av tilpassede løsninger
Hvis en bakkestasjon trenger å sette opp et helt-nytt satellittmottakssystem, detteDatabehandlingsutstyr for fjernmålingtilbyr omfattende,-dypende tilpasning: midtfrekvensen for mellomfrekvens (IF), modulasjons-/kodingsskjemaer, CCSDS-rammeparametere, høyhastighetsgrensesnitttyper, antall kanaler og lagringskapasitet kan konfigureres etter behov. Den gir en komplett-kjedeløsning som strekker seg fra RF-mottak, sann-basebåndbehandling og live-visning til back-avslutning av lagring og distribusjon.
For å få en tilpasset konfigurasjonsplan for prosjektet ditt eller en hvitbok med tekniske spesifikasjoner, vennligst kontakt vårt tekniske team:info@satgroundapplication.com
