●文｜國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心　劉建強(qiáng)　吳奎橋　孫從容　郭振宇　刁寧輝

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“雪龍?zhí)枴贝d海洋衛(wèi)星接收處理系統(tǒng)及應(yīng)用

●文｜國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心劉建強(qiáng)吳奎橋?qū)O從容郭振宇刁寧輝

珠江三角洲高分四號(hào)衛(wèi)星影像

圖為高分四號(hào)衛(wèi)星獲取的珠江三角洲區(qū)域的影像，為多光譜（50m）影像圖，接收日期為2016年1月25日。

珠江三角洲是由珠江水系攜帶來(lái)的泥沙以基巖島嶼為沉積核心逐漸淤積擴(kuò)展而成，位于廣東省境內(nèi)。圖中三角洲呈倒置三角形，位于平原之上，周邊地形起伏較大，粵港澳都市圈被丘陵、山地和島嶼環(huán)繞。

國(guó)防科工局重大專項(xiàng)工程中心中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心供圖

一、前言

2015年10月8-10日，中國(guó)極地研究中心組織多家單位參加了“雪龍?zhí)枴睒O地科考船的第32次南極科考試航。國(guó)家衛(wèi)星海洋應(yīng)用中心參加了此次試航，其研制的船載衛(wèi)星遙感接收處理與海洋信息服務(wù)系統(tǒng)在東海海域進(jìn)行了系統(tǒng)試運(yùn)行。在“雪龍?zhí)枴毙羞M(jìn)中，天線接收信號(hào)穩(wěn)定、解調(diào)快視系統(tǒng)數(shù)據(jù)解析正確，共接收HY-1B，HY-2，Terra，Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)17軌，全部數(shù)據(jù)均在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)成功生成海洋應(yīng)用產(chǎn)品和航線保障產(chǎn)品。此次船載衛(wèi)星遙感接收處理與海洋信息服務(wù)系統(tǒng)“雪龍?zhí)枴痹嚭将@得成功，該系統(tǒng)于試航后開始為中國(guó)第32次南極科學(xué)考察服務(wù)。

二、系統(tǒng)概述

“雪龍?zhí)枴贝dX頻段遙感衛(wèi)星接收處理與海洋信息服務(wù)系統(tǒng)，具備在航行中實(shí)時(shí)跟蹤接收和快速處理我國(guó)自主海洋衛(wèi)星（HY-1B、HY-2A）及其他遙感衛(wèi)星（Terra和Aqua）通過X頻段下傳的遙感數(shù)據(jù)，生成海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和航線保障服務(wù)產(chǎn)品，可為“雪龍?zhí)枴钡暮叫邪踩峁庀蠛秃Ｑ蟓h(huán)境服務(wù)保障。

“雪龍?zhí)枴贝dX頻段遙感衛(wèi)星接收處理與海洋信息服務(wù)系統(tǒng)由天線接收分系統(tǒng)、衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)和海洋信息服務(wù)分系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)跟蹤與數(shù)據(jù)的接收、遙感數(shù)據(jù)的處理、海洋環(huán)境產(chǎn)品制作與應(yīng)用服務(wù)。該系統(tǒng)于2015年試航后投入中國(guó)第32次南極科學(xué)考察服務(wù)。

1.系統(tǒng)功能

1）數(shù)據(jù)接收功能

● 具有多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收能力，包括HY-1B、HY-2A、Terra和Aqua等衛(wèi)星；保留對(duì)海洋后續(xù)衛(wèi)星HY-1C/D及HY-2B及其它衛(wèi)星的擴(kuò)展接收能力。

●具有X頻段自動(dòng)跟蹤功能。

2）數(shù)據(jù)處理功能

●對(duì)多種衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、處理，生成應(yīng)用產(chǎn)品。

●提供與北京運(yùn)管中心的接口，實(shí)現(xiàn)北京運(yùn)管中心對(duì)移動(dòng)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的任務(wù)管理和調(diào)度。

3）海洋信息服務(wù)功能

● 為用戶提供直觀的海洋衛(wèi)星遙感產(chǎn)品，具有友好的操作交互性。

●具有信息展示、信息分析、輔助決策等功能。

2.系統(tǒng)指標(biāo)

該系統(tǒng)的指標(biāo)如表1所示。

表1　系統(tǒng)指標(biāo)

三、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)和海洋信息服務(wù)分系統(tǒng)組成。其中接收分系統(tǒng)位于船尾的接收機(jī)房，數(shù)據(jù)處理和海洋信息服務(wù)分系統(tǒng)位于船頭的處理機(jī)房。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（1）數(shù)據(jù)接收分系統(tǒng)

接收分系統(tǒng)包括站管理、天伺饋、解調(diào)、數(shù)據(jù)記錄及快視、技術(shù)支持等子系統(tǒng)。站管理子系統(tǒng)和天伺饋?zhàn)酉到y(tǒng)首先完成對(duì)低軌衛(wèi)星的捕獲、跟蹤。在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定跟蹤、信號(hào)放大的同時(shí)，輸出一路（單極化信號(hào)）或兩路（雙極化信號(hào)）X頻段信號(hào)。解調(diào)子系統(tǒng)將X頻段信號(hào)通過光纖傳輸?shù)浇邮仗幚頇C(jī)房下變頻到720MHz中頻，進(jìn)行解調(diào)、糾誤譯碼處理，輸出原始數(shù)據(jù)碼流。數(shù)據(jù)記錄及快視子系統(tǒng)對(duì)原始數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和管理，進(jìn)行載荷分包數(shù)據(jù)提?。ㄐ枰獣r(shí)）、數(shù)據(jù)接收質(zhì)量評(píng)估，在具備數(shù)據(jù)圖像化能力時(shí)完成圖像快視和非圖像信息提取顯示。本子系統(tǒng)在記錄衛(wèi)星數(shù)據(jù)的同時(shí)將其實(shí)時(shí)傳送至用戶通信服務(wù)器。整個(gè)接收分系統(tǒng)由站控管理子系統(tǒng)進(jìn)行指揮調(diào)度和管理，自動(dòng)接收上級(jí)運(yùn)控下發(fā)的軌道根數(shù)及接收時(shí)間表，生成任務(wù)計(jì)劃并合理安排接收任務(wù)。分系統(tǒng)在站控管理子系統(tǒng)控制下順序執(zhí)行任務(wù)計(jì)劃列表中的衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收任務(wù)，在當(dāng)前任務(wù)衛(wèi)星過境前，自動(dòng)完成設(shè)備組配及工作參數(shù)設(shè)置；當(dāng)前任務(wù)執(zhí)行完成后，自動(dòng)產(chǎn)生任務(wù)執(zhí)行報(bào)告，然后自動(dòng)開始安排執(zhí)行下一條任務(wù)，直到任務(wù)計(jì)劃表中的所有任務(wù)執(zhí)行完畢為止。整個(gè)接收分系統(tǒng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行是在統(tǒng)一時(shí)間基礎(chǔ)上進(jìn)行的。時(shí)統(tǒng)設(shè)備作為時(shí)間服務(wù)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)授時(shí)，分系統(tǒng)利用時(shí)間同步客戶端軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步，從而使整個(gè)分系統(tǒng)具有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。

（2）海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)對(duì)接收系統(tǒng)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并根據(jù)“雪龍?zhí)枴钡膽?yīng)用需要進(jìn)行海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)產(chǎn)品和航線保障服務(wù)產(chǎn)品的生產(chǎn)。分系統(tǒng)為一個(gè)小型、集成化的海洋衛(wèi)星數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，涵蓋了HY-1B、HY-2衛(wèi)星以及Terra、Aqua等其他衛(wèi)星的數(shù)據(jù)預(yù)處理、處理以及應(yīng)用產(chǎn)品生成的功能，并能夠進(jìn)行任務(wù)的人工調(diào)度管理和自動(dòng)化處理。包括運(yùn)行控制服務(wù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)組成。運(yùn)行控制服務(wù)子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遙感數(shù)據(jù)生產(chǎn)流程定制、生產(chǎn)流程調(diào)度與監(jiān)控、數(shù)據(jù)產(chǎn)品存檔管理、部分?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸及系統(tǒng)通信、服務(wù)節(jié)點(diǎn)管理及與北京運(yùn)管中心交互的功能。數(shù)據(jù)預(yù)處理子系統(tǒng)主要完成HY-1B、HY-2、Terra、Aqua等衛(wèi)星數(shù)據(jù)的地理定位、輻射定標(biāo)，生成各載荷1B級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，進(jìn)行顯示并生成快視圖。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)主要完成HY-1B、HY-2、Terra、Aqua等衛(wèi)星數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理功能，生成各載荷2、3級(jí)數(shù)據(jù)產(chǎn)品，包括葉綠素濃度、海面溫度、海冰、海面風(fēng)場(chǎng)、海面高度等要素產(chǎn)品，同時(shí)進(jìn)行顯示并生成快視圖。

（3）海洋信息服務(wù)分系統(tǒng)

海洋信息服務(wù)分系統(tǒng)作為海洋應(yīng)用示范的軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各種海洋信息產(chǎn)品及服務(wù)在“雪龍?zhí)枴焙Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測(cè)和航線保障等方面的應(yīng)用示范。海洋信息服務(wù)分系統(tǒng)為用戶提供直觀的海洋衛(wèi)星遙感產(chǎn)品，具有友好的操作交互性。分系統(tǒng)由平臺(tái)信息展示子系統(tǒng)、平臺(tái)信息編輯子系統(tǒng)、航線信息展示子系統(tǒng)、統(tǒng)計(jì)與分析子系統(tǒng)三部分組成。

圖2　海洋信息服務(wù)系統(tǒng)組成

四、工作流程

系統(tǒng)的主要工作流程：北京運(yùn)管中心向系統(tǒng)提交產(chǎn)品需求和調(diào)度指令，系統(tǒng)按照指令完成相關(guān)數(shù)據(jù)的接收處理和海洋應(yīng)用產(chǎn)品的生產(chǎn)，并按照指令要求將部分產(chǎn)品傳至運(yùn)管中心。船載接收分系統(tǒng)按照指令完成數(shù)據(jù)的接收后生成衛(wèi)星原始數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理分系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理、處理和應(yīng)用產(chǎn)品生產(chǎn)，海洋信息服務(wù)分系統(tǒng)對(duì)各級(jí)產(chǎn)品進(jìn)行可視化處理和專題產(chǎn)品展示，并通過用戶交互界面完成系統(tǒng)的海洋應(yīng)用示范。系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。

圖3　船載系統(tǒng)工作流程圖

五、系統(tǒng)試運(yùn)行及南極科考服務(wù)

該系統(tǒng)于2015年10月在“雪龍?zhí)枴鄙习惭b，并于10月8-12日隨“雪龍?zhí)枴眳⒓恿?2次南極考察在東海的試航任務(wù)，系統(tǒng)試運(yùn)行過程中，成功完成了我國(guó)自主海洋衛(wèi)星HY-1B和HY-2衛(wèi)星及其它衛(wèi)星的數(shù)據(jù)接收及處理任務(wù)，為在南極考察過程中為“雪龍?zhí)枴碧峁┖Ｑ髴?yīng)用和航線保障產(chǎn)品打下了良好的基礎(chǔ)。

在32次南極考察途中，該系統(tǒng)通過實(shí)時(shí)接收HY-1B、HY-2衛(wèi)星及其它衛(wèi)星數(shù)據(jù)，為“雪龍?zhí)枴碧峁┖叫羞^程中航線周邊的海面風(fēng)場(chǎng)、海面溫度和多種極軌衛(wèi)星遙感圖像，對(duì)“雪龍?zhí)枴钡暮骄€規(guī)劃和氣象保障提供重要的參考依據(jù)。

“雪龍?zhí)枴苯?jīng)過西風(fēng)帶時(shí)，根據(jù)全球海面風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)選擇風(fēng)速風(fēng)向更為適合航行的路線，降低船只穿越西風(fēng)帶的風(fēng)險(xiǎn)；在南極長(zhǎng)城站、中山站以及羅斯海和阿蒙森海區(qū)域，通過系統(tǒng)獲取的250米分辨率的光學(xué)衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)，“雪龍?zhí)枴敝笓]人員可以對(duì)船只周圍的冰情進(jìn)行較為準(zhǔn)確的判斷，從而更容易避免海冰厚度帶來(lái)的困擾。圖4，圖5，圖6所示為本系統(tǒng)生成產(chǎn)品。

海洋二號(hào)南極海冰密集度

“雪龍?zhí)枴狈岛胶?，將?duì)系統(tǒng)進(jìn)行完善和改進(jìn)，以更適應(yīng)“雪龍?zhí)枴焙骄€保障服務(wù)任務(wù)的要求，為南極科考做出新的貢獻(xiàn)。