Kaugseiresatelliidid pildistavad Maad sadade kilomeetrite kõrguselt maapinnast. Kasuliku koormuse töötlemata andmeid ei saa otse kasutada; selle asemel on raadiosageduste vastuvõtmiseks, digiteerimiseks, signaali sünkroniseerimiseks, demoduleerimiseks ja dekodeerimiseks, protokolli sõelumiseks ja kujutise rekonstrueerimiseks vaja täielikku maapealse jaama seadmete komplekti, mis lõppkokkuvõttes toodavad standardiseeritud kasutatavaid kujutistooteid. Nende hulgas on VPX-arhitektuuriga suure-kiire põhiriba andmetöötlusseade -, stKaugseire andmetöötlusseadmed- toimib maapealse vastuvõtusüsteemi tuumjaoturina: see liidestub antenni RF-vastuvõtuahelaga esiotsas ja väljastab täielikud kehtivad andmed kiirete-vaatesüsteemide, salvestussüsteemide ja tööstus-spetsiifiliste tööjaamade tagaosas. Järgmine jaotis annab põhjaliku jaotuse seadme standardiseeritud töötlemise töövoo ja riistvaraarhitektuuri kohta, mis põhineb tegelikul satelliidi{4}}--maasignaali edastuslingil.
1. Esi-ots RF-sisend ja digitaalne eeltöötlusahel
Kui satelliit liigub üle pea, püüab paraboolantenn kinni satelliidi allalingi RF-kandja. Pärast madala-müravõimendiga (LNA) võimendamist ja filtreerimist saadetakse signaal välistingimustes asuvasse allamuundurisse, mis muundab kõrge-sagedusliku raadiosagedusliku signaali standardseks vahesageduseks. Seade toetab kahte tüüpi sisendspetsifikatsioone:
1) Standardsed IF-sisendid: tavalised 70 MHz ja 140 MHz IF-id; seadet saab kohandatud lahendusena konfigureerida spetsiaalse 720 MHz IF-ga;
2) L-Band RF Direct Input: toetab L-riba signaalide otsesisendit vahemikus 950–1500 MHz; sisseehitatud-sekundaarne allamuundamismoodul teisendab signaali seadme standardsele vahesagedusele.
Pärast seda, kui vahe-signaal on põhiribaseadmetesse sisestatud, läbib see esmalt automaatse võimenduse juhtimise (AGC) ja vahe-sageduse filtreerimise ning seejärel proovib see kiire-analoog-digitaalvoo-muunduri (ADC) abil, muutes signaali keerukaks digitaalseks vahesageduseks.{5} Kõik sünkroonimis-, demoduleerimis- ja dekodeerimistoimingud tehakse digitaalse näidissignaali põhjal.
Tänu satelliidi kiirele{0}}liikumisele orbiidil kannab allalingi signaal laia valikut Doppleri nihkeid. Seadme FPGA-s on kandja jälgimise silmus, mis reguleerib reaalajas kohaliku arvjuhtimisega ostsillaatori (NCO) sagedust ja faasi, et kompenseerida pidevalt Doppleri nihkeid ja säilitada stabiilse signaali lukustus. Sünkroonimisprotsess järgib standardset tehnilist järjestust: kõigepealt bitisünkroniseerimine, millele järgneb täpne kandja jälgimine. Bitisünkroniseerimismoodul eraldab diskreeditud andmevoost täpse sümboli ajastuse kella, pakkudes ühtse ajaviite kandeahela ja sümboliotsuse jaoks, vältides sellega sümboli diskreetimisnihet ja Doppleri nihkest põhjustatud lukustuse kadumist.
2. Mitme -vormingu demoduleerimine ja kanali veaparanduse dekodeerimine
Pärast sünkroonimise ja lukustamise lõpetamist siseneb digitaalsümbolivoog FPGA riistvarademodulatsioonimootorisse. Seade sisaldab demodulatsiooni IP-tuuma, mis ühildub tavaliste kaugseire satelliitsüsteemidega, toetades selliseid modulatsiooniskeeme nagu BPSK, QPSK, SQPSK, 16QAM ja GMSK. Seda saab kohandada erinevatele satelliidimudelitele lihtsalt tarkvara parameetreid vahetades, ilma et oleks vaja riistvaraplaate välja vahetada.
Ruumiedastusprotsess tekitab müra ja tuhmumist, mis põhjustavad bitivigu. Sisseehitatud-saatja rakendab mitme-taseme kanalite vea-paranduskoode ja põhiriba seadmed on varustatud vastavate dekodeerimismoodulitega: see toetab RS-koode, konvolutsioonilist Viterbi dekodeerimist ja LDPC pehme-otsustusdekodeerimist. Riistvaraline paralleelkiirendus võimaldab suure-läbilaskevõimega-reaalajas veaparandust, maksimeerib edastusvigade taastamise ja väljastab puhta, veavaba-bitise andmevoo.
3. CCSDS-i standardne põimimine, kaadri sünkroonimine ja pakettide sõelumine
Kõik tsiviil- ja kaubanduslikud kaugseiresatelliidid vastavad ühtselt CCSDS-i kosmoseandmesüsteemi standardile ja seadmed rakendavad täielikult CCSDS-i ots{0}}otsa-töötlust: satelliidi allalingi andmed skrambleeritakse pseudojuhusliku järjestuse abil, et tõkestada kandja lekkeid; pärast dekodeerimist teostatakse esmalt de-skrambeldamine, et taastada algne juhuslikult valitud bitivoo.
Pärast dešifreerimist otsib moodul konfigureeritava kaadri sünkroonimispäise ja lukustub sellele, et leida iga andmekaadri algus; seejärel parsib see kaadri päise väljad, et eraldada VCID (virtuaalse kanali identifikaator) ja APID (rakendusprotsessi identifikaator), eristades sellega mitut tüüpi andmevoogusid: optilise/infrapunase multispektraalse kasuliku koormuse kujutise andmepaketid, satelliittelemeetria abiandmepaketid ning{0}}lisasend ja orbiidid.
Süsteem kategoriseerib ja suunab laadimisandmed ja abiteabe APID alusel; abiandmed salvestatakse vahemällu ja arhiveeritakse eraldi, tihendatud kujutise andmepaketid saadetakse aga iseseisvaks töötlemiseks kujutise dekompresseerimisseadmesse.
4.-Reaalajas tihendatud kujutiste dekompressioon ja rekonstrueerimine pardal
Allalingi ribalaiuse säästmiseks on optilised, hüperspektraalsed ja infrapuna-kaugseiresatelliidid üldiselt varustatud -pardal asuvate reaalajas-tihendusmoodulitega, mis ühilduvad kolme peavoolu tihendusstandardiga:
1) Kosmose mittepurustava testimise standard: CCSDS 123 (eriti multispektraalse/hüperspektraalse 3D-kujutise jaoks);
2) Üldotstarbeline-kadudeta: JPEGLS;
3) Kaotatud kõrge -täpsusega tihendus: JPEG 2000.
Põhiribaseadmel on mitme{0}}tuumaline protsessor, mis on ühendatud spetsiaalse dekompressioonikiirendusseadmega. See valib adaptiivselt sobiva algoritmi paketi päistes olevate tihenduslippude põhjal ja kohandab dünaamiliselt lahtipakkimisparameetreid, et tasakaalustada töötlemise latentsust ja kujutise täpsust, taastades täielikult ala-meetri-eraldusvõimega originaalkujutised, mis vastavad ülitäpsete rakenduste (nt riikliku maamõõtmise ning põllumajanduse ja metsanduse) nõuetele.
5. VPX heterogeenne reaalaja{1}}arvutusarhitektuur (FPGA + mitmetuumaline protsessor-)
Kaugseire andmetöötlusseadmed kasutavad standardset VPX-i vastupidavat šassii ja heterogeenset paralleelset arhitektuuri, mis ühendab FPGA riistvarakiirenduse ja mitmetuumalise protsessori üldotstarbelise andmetöötluse{1}}. Erinevalt puhtalt tarkvara-põhistest mitmetuumalistest-lahendustest toetab see maksimaalset-reaalajas läbilaskevõimet 800 Mbps kanali kohta:
1) FPGA loogikakiht: tegeleb kõrge-reaalajas-füüsilise kihi ülesannetega-kandja jälgimise, bitisünkroniseerimise, demoduleerimise, LDPC/Viterbi dekodeerimise, kaadrite sünkroonimise ning CCSDS-i de-skramblemise ja de{5}de{5}kaadriga{{6}7} paralleelse torujuhtme protsessi abil kiired-andmevood null latentsusega;
2) Reaalajas-tarkvarakiht mitme-tuumaliste protsessorite jaoks: vastutab kujutiste lahtipakkimise, kiire-vaate genereerimise, ülesannete ajastamise, oleku jälgimise, andmete marsruutimise ja levitamise ning kaugtoimingute ja hoolduse eest;
3) Modulaarne koosteliini dekomponeerimine: kandja sünkroonimine, demoduleerimine ja dekodeerimine, protokolli sõelumine, lahtipakkimine ja kiire eelvaade ning andmete jaotus on jagatud sõltumatuteks ülesandeüksusteks ning ajastatud paralleelselt CPU tuumade ja FPGA kanalite vahel.
Süsteem toetab tarkvara{0}}määratletud ülesannete topoloogia ümberseadistamist: erinevate parameetritega satelliitide vahel vahetamisel saavad operatiiv- ja hoolduspersonal kasutada taustatarkvara mooduli andmevoogude, koodikiiruste, modulatsiooni- ja kodeerimisparameetrite ning kaadrite sünkroonimissõnade ümberkonfigureerimiseks; enamiku stsenaariumide puhul pole riistvara muudatusi vaja. Ainult stsenaariumide korral, mis hõlmavad RF ribalaiust või konkreetseid sagedusriba nõudeid, on vaja esiosa RF-filtri moodulit välja vahetada.
6. Kiire -andmevahetus ja skaleeritavad salvestuslahendused
Seade on varustatud mitut tüüpi kiirete{0}}teenuseliidestega, et toetada esi- ja tagaotsade vahelist ots--ot{2}}otsa vahelist andmevahetust:
Esi-sisendid: 10-gigabitist optilist porti ja kiiret-LVDS-diferentsiaaliliidest, mis võtavad vastu esiotsast RF-digiteeritud andmevooge;
Taustväljund: Gigabit Ethernet, 10-Gigabit Ethernet, kasutatakse lahtipakkitud video ja QuickView andmete levitamiseks;
Klastrite vastastikune ühendus: IB-kiire{0}}siin, mida kasutatakse peamiselt mitme-seadme klastrite ja suure-võimsusega taustasalvestuskogumite omavaheliseks ühendamiseks; ei kasutata esi-otsa RF-signaali juurdepääsuks.
Ühe kanali standardne töötlemiskiirus on vahemikus 10 Mbps kuni 800 Mbps; kui töötate kahe-kanaliga paralleelrežiimis, kahekordistub läbilaskevõime. Salvestusruumi laiendatakse välise kettamassiivi kaudu, kusjuures salvestusmahtu skaleeritakse lineaarselt massiivi kõvaketaste arvu ja taustaplaadi ribalaiusega. Riistvarapesade ja I/O ribalaiuse seatud piirangute tõttu ei saa aga võimsust lõputult laiendada; piisab, kui täita igapäevaselt tohutul hulgal kaugseireandmete säilitamise nõudeid.
7. Täielik-Linkage Reaalajas-Kvaliteedi jälgimine ja kõrge-Usaldusväärsus
Süsteem kasutab hierarhilisi seisundi jälgimise sõlmesid kogu signaalitöötlusahelas, et pidevalt salvestada töömõõdikuid:
1) Füüsiline kiht: Demodulatsioon Eb/N0, reaalaja -biti veamäär, kandja/biti sünkroniseerimise olek, Doppleri nihe;
2) Andmelingi kiht: kaadri sünkroonimise lukustuste arv, pakettide kontrollsumma tulemused ja APID pakettide terviklikkuse statistika;
3) Ärikiht: lahtipakkimise kaadrisagedus, QuickView väljundi latentsus ja liidese läbilaskevõime.
Kõik häirelogid ja töömõõdikud kuvatakse kohapeal reaalajas ning arhiveeritakse ja salvestatakse automaatselt. Süsteem toetab toimingute ja hoolduse jaoks nii kohalikku konsooli kui ka kaugveebipõhist-juurdepääsu. Seade kasutab sõjalise -klassi vastupidavaid tahvleid ja laia-temperatuuri toiteallikat, mille keskmine riketevaheline aeg (MTBF) on suurem kui 25 000 tundi või sellega võrdne, mis vastab pikaajalise -järjepideva ööpäevaringse töötamise nõuetele maapealsetes jaamades.
8. Projekti rakendamine ja tööstuslikud rakendused
Seda kaugseire andmetöötlusseadmete seeriat on kasutatud suurtes kogustes mitmel praegu orbiidil oleval kodumaisel tsiviilkaugseiresatelliidil, mis katavad igat tüüpi kasulikke koormusi -sealhulgas nähtava valguse, multispektri-, hüperspektri- ja infrapuna- ning toodavad järjekindlalt alla-meetrikõrguse-standardse kujutise tooteid. Seda on laialdaselt kasutatud tsiviilvaldkondades, nagu põllumajandus- ja metsandusressursside uuringud, veekaitse ja üleujutuste kontrolli seire, loodusvarade kaardistamine ja tark linnaplaneerimine; Samal ajal on see edukalt läbinud mitmeid rahvusvahelisi kooperatiivseid satelliidi---maaühenduse testimisi ning ühildub mitme riigi CCSDS-standardsete kaugseiremissioonidega, mis näitab stabiilset ja usaldusväärset töötlusjõudlust isegi keerulistes Doppleri ja madala signaali-/-müra suhte tingimustes.
9. Kohandatud lahenduste kirjeldus
Kui maapealne jaam peab seadistama uhiuue{0}}satelliitvastuvõtusüsteemi, siis seeKaugseire andmetöötlusseadmedpakub kõikehõlmavat{0}}sügavat kohandamist: vahesageduse (IF) kesksagedust, modulatsiooni-/kodeerimisskeeme, CCSDS-i kaadri parameetreid, kiire{1}}liidese tüüpe, kanalite arvu ja salvestusmahtu saab kõik vastavalt vajadusele seadistada. See pakub täis-ahelalahendust, mis ulatub RF-vastuvõtust,-reaalajas põhiribatöötlusest ja reaalajas kuvamisest kuni tagumise-salvestuse ja levitamiseni.
Oma projekti jaoks kohandatud konfiguratsiooniplaani või tehnilisi kirjeldusi sisaldava valge raamatu saamiseks võtke ühendust meie tehnilise meeskonnaga:info@satgroundapplication.com
