地面系统方案中科遥感卫星应用研究院

地面系统的定义与构 地面系统的定 地面系统的构 各系统的定 各系统功能描 管理控制系 系统组 功能描 地面测控系 地面应用系 系统组 分系统组成与功能描 系统业务流程 系统运行流 地面系统数据处理流 用户与之间信息交互环 系统关键技术项目及解决情 系统运行性目 4.1.1管理控制分系 系统关键技术环 星地数传接术指标复 星地载荷数据链路分析【是否能报告？ 数据容量分 初级产品生产能力（张过 精密定轨（张过 数据质量检验（杨、张过 实现系统目标的可行 地面系统具体实施方 地面系统建设一期工程的目 地面系统建设实施方 项目一期系统建设内 组织............................................................................................工程进度要 图1地面系统结构示意框 图2管理控制系统组 图31号地面应用系统示意 图 接收站布局 图5接收覆盖示意 图 数据管理分系统的组织结 图7数据管理子系统的组织结 图8前端处理机组 图9预处理分系统组成 图 定标分系 图11数据分发系统功能框 图12运行网络分系统结 图131号地面系统业务流 表1数据管理分系统的主要指 表 SAR数据深加工分系统组 表 接收系统主要指标复核 表 地面处理功能复 表 项目一期系统建设内 表 组织方 表 地面系统工程进度 一号地面系统方地面系统的定义与构地面系统的定一号地面系统（简称“地面系统）是指由航天工程大基于达到高效的商业化运营目的和提高系统快速反应能力的考地面系统的构一号地面系统由地面测控系统、地面应用系统以及管理控制系统构成。系统框图如图1所示。在轨测试期间由系统和地面系统构成的星地系统完成星-地系统的测试验证工作。在轨运行期间，星地图1各系统的定管理控制系统：是整个地面系统和系统实现统一管理与控制的指挥中心。在1号在轨运行期间，管理控制系统统实现运行任务的管理与。地面测控系统（26：是直接实现对1号进行工程测控与业务测控的系统。在1号在轨测试与在轨运的运控中心系统，通过部署各地的测控站网，完成对1号系列的观测任务指令的上传以及遥测信息的获取与处理，地面应用系统：是面向用户（指：遥感数据的用户）的需求，完成下行数据的接收、数据、产品处理、数据分发，以及应用服务的系统。在1号在轨运行期间，地与计划、数据解压缩处理计划、产品生产任务单、数据分，各系统功能描管理控制系系统组1号星地管理控制（简称“管理控制系统）系统由分系统组成，系统组成如图2示。图2任务管控分系任务管控分系统主要负责接收汇集用户需求统筹天基和地站网信息管理子系任务的管理根据数据接收计划管理调度地面接收站完成数据的生产业务调度分系求向任务管控分系统提交观测申请协调任务管控分系统完成观数据处理分系统协同完成各级数据产品生产、分发，监视数据预功能描主要功能描能够受理各级用户提交的观测需求，调度资源、地以及地面站数据接收，生成对地观测方案；针对及载荷约束和应用特点，制定对地观测计划、计划和指令格式及执行约束编制载荷控制指令；能够更新的轨道参数和遥测数据接收处理显示的能能够监视运行状态和计划执行情况，监视系统设备和主具备综合业务信息管理能力,各类信息数据自动与过滤机制，并实现信息的综合、管理、查询、备份、统计等管理内、外部用户提交的观测需求、产品生产需求和定能够向任务管控系统提交观测请求，并复核观测计划和接收计划；汇总产品生产的需求，制定产品生产的任务计划组织协调地面应用系统各分系统协同进行各级产品的生产监视地面应用系统主要设备和业务软件的运行状态具有对地面系统中主要分系统故障的检测分析、对应用系统软件进行和升级的功能。主要性能指可管理资源数量：数量不少于8颗（支持扩展任务统筹时间：≤10钟（针对50任务、24时以内；单星计划生成时间：≤5分钟单星指令生成时间：≤3分钟；；具备调度多级数据产品生产的能力具备定制产品生产流程的能力，支持不同种类产品生产流不少于14种系统监视数据实时显示刷新速率：1～60秒（可调数据检索能力：检索响应时间优于2秒产品生产需求自动处理时延：小于3秒紧急观测需求处理时延：小于3秒地面测控系在1号地面系统第一期工程建设项目中首颗的地面测控任务将委托中国西安测控中心的测控系统来实现。地面应用系系统组理机、预处理、深加工、数据分发与遥感集市，以及数传网络等分统组成。地面应用系统示意图见图3图31号地面应用系统示意其中，接收站网主要依托遥感地球所已有设施，包括：密云站、站和三亚站等；遥感集市为遥感公司已有设施，与分发系统构成商业化销售网络数传网络分系统中原始数据传分系统组成与功能描接收站网分系接收站网（全称“遥感数据接收站网系统）主要负责接收经我国境内过境时的1号X频段下行信号并通过数传异地观测与过境回放的模式实现1号X谱段全球对地观测接收站网组成与主要功接收站网由运行若干接收站以及数传网络组成。直接接收覆盖我国境内亚洲70%陆地以及临海区域的星数据的任务能力同时满足接收1号系列的任三站接力接收解决了微小观测记录与下传速率不平衡具备异地三个接收站至约600Mps遥感原始数据与值得说明的是目前三个站仅有2-3颗晨昏轨道的接收任务，每个站配有5-7套接收系统，故足以满足1号接收的任务要求接收站网布局参4，接收覆盖图见图5图 接收站布局图5系统主要功能指系统功能（单套2、全半球自动接收能力，保证过顶不丢失目标3、能够接收国内外中低轨（300～1500公里）遥感4、实时接收覆盖半径：约5、具有X/S双频自动能力，并可实时切换6、具有异地和计划判别能7、操控模式：具有自动、手动和三种操作模式及标校等。系统技术指标（单套圳1号系列的能力。天伺馈1收频率带宽X-Band:7950—S-Band：2200--2、极化方式X-Band:RHCP/LHCP,可选择（数据和S-Band:RHCP/LHCP,可选择（数据和3、天线增益（LNA输X-Band>S-Band>4、天线噪温（场放输入端，环境温度23度、晴空、微风、天仰角5度，在整个接收频段内X-Band:S-Band:5、G/T（环境温度23度、晴空、微风、天线仰角5度，在整X-Band:大于S-Band:大于23dB/K方位 俯仰：- 第三轴7、天线运动性能最大速度：AZ:20°/s；EL:10°/s；第三轴:最大加速度：AZ:10°/s²;EL:8、伺服带宽：窄带≥0.6Hz，宽带9、可靠性：MTBF≥1500h，MTTR≤1.0h1、双通道解调：双通道独立2、可支持解调模式：QPSK、OQPSK(SQPSK)、UQPSK、8PSK3、码速率：3Mbps-600Mbps连续可变4、误码性能：误码率在1E-51E-7范围内，Eb/N0偏离理论5、数字滤波：RRC、GMSK、SOQPSK、6、译码性能R-S译码旁路可选择可适应的RS编码方式有CCSDS标准RS(255,223)LDPS译码：7/8码率码字LDPC(8160,7136),CCSDS标7、数据处理：帧同步、解模糊、解扰、CRC检客户端事后传输至客户端支持ECL和LVDS输出记录功1、通道数 1-5通道，通道数可2、单通道记录速率3、实时传输和事后传输功能4、集中及管理调度功能数1、数传速度2、具有自动传输管理功自测功1、通道数：单通道（X-2、LNA增益：大于3、镜像抑制：大于4、支持多种数据5、支持多调制模式：BPSK、QPSK、OQPSK、UQPSK、6、输出信号电平可7误码率：在BER=10-310-7范围内，Eb/N0偏离理论值不超过1.7dB(BPSK/QPSK)。数据管理分系系统组管理子系数据管理分系统主要由数据管理和数据两个子系统组成，系统组织结构见管理子系数据读子系图6数据管理分系统的组织结子系数据管理子系统主要负责1号的原始数据及相关辅助数管理子系分布 子系数据检索服RPC服用户中全数管理子系分布 子系数据检索服RPC服用户中图7其中空间数据库用 1号数据的空间信息径等元数据信息，真实文件内容于分布式子系统中主要功能、数据管理分系统的主要功能是实现1号的原始数间信息路径等元数据信息管理，为运行系统和用户提供数据检、主要功能的迁移以及数据分类与文件信息更新等方面的管理；完成从(地面站总部)原始数据的获取主要技术指标如表1示表1数 管理分系统的主要指编参指说11）12（初、高级产品数据37x2434前端处系统组理子系统数据输出子系统中间数据子系统信息管理子系统，测试子系统组成，其组成如图8示。图8主要功能指前端处理机主要用于针对1号原始数据完成数据、SAR据和图像数据的解压缩、数据质量的检测、生成整轨SAR0级数据文件（不分幅，以及为后端系统检测提供数据模拟源。数据处理功能：对原始数据进行帧同步、解扰、信道译码、质检功能：具备对1号原始数据质量的检测功能中间数据功能完成获取的数据处理过程的数据及处理完成待输出数据等各类数据的本地可选实现分系统本地缓存；主要技术指标任务调度与管理指标编程任务：＞20轨数据/次数据获取指标通道数：2个网络协议标准：支持TCP协议或自定义传输协议输入码速率：优于数据实时下行速率数据获取误码率：优于1×10-11数据处理指标解压缩格式标准：支持BAQ和JPEG2000格式的解压处本地数据指标记录格式：支持现有的主流数据记录格式本地容量：可缓存7天内的中间数据具备本地数据的管理能力数据输出指标信息管理指标系统查询响应时间：优于具备任务处理功能选择、处理顺序及参数配置管理能力具备数据统计、信息分析和可视化管理的功预处理分系系统组快 快 轨 块 块级级级任任调产产产务务度品品品接分控生生生收配制产产产模模模模模模块块块块块块图9主要功能指预处理分系统的生产处理性能按照单节点上，44核服务器的精密定轨产品生快速轨道产品：轨道精度优于1m，时延不大于24小时精密轨道产品：精度优于5cm，时延不大于48小时编目处单轨0级数据分幅编目时间：≤20分钟产品生产性能指SLC产品生产能力8钟/标准景MGD产品生产能力10钟/标准景GEC产品生产能力10钟/标准景成像处理精度展宽系成像处理引入的辐度误差：≤0.25dB（3σ）具备本地和系统控制的能力，任务调度性能指标任务调度：支持多个调度执行体的或注销获取调试执行体时间具有图形化界面查看各调试执行体运行状况无故障间隔时间：≥200小时系统可靠性：≥99.9%定标分系统组图10所示。大大模模模模模主要功能指几何定斜距标定精度：优于大气延迟改正精度：优于0.2m辐射定相对辐射定标精度：优于绝对辐射定标精度：优于2.0dB（3σ）深加工分系深加工分系统中负责处理SAR数据产品的深入加工负责单视复接镶嵌、升降轨融合和测量信息提取等一系列的处理。分系统（EEC生产模块、辐射校正产品（RaN）生产模块、镶嵌产品（MC）生产组成SAR数据深加工系统的生产模块可以归类为三个级别括基础处理级别这些模块以单视复数据（SLC）和精密轨道产品(preciseorbit定制化处理级别包括正射校正产品（ORI）生产模块、辐射校正产品（RaN）生产模块、镶嵌产品（MC）生产模块、升降轨融合产品（ADM）产模块需要由用户提供或者遥感的高精度DEM数据来辅助测量处理级别产模块和时间序列地面形变产品（TDPL）生产模块。如表2所示。这些模块以单视复数据（SLC）和精密轨道产品(preciseorbitproduct)表 SAR数据深加工分系统组序生级生产方模块名1轨道产品(preciseorbitproduct)多视地距探测产品（MGD）生产模23增强型椭球校正产品（EEC）4产，以基础处理级别中的GEC正射校正产品（ORI）生产模5辐射校正产品（RaN）6镶嵌产品（MC）生产7升降轨融合产品（ADM）生产模8定向用户产品（OI）生产模9以单视复数据（SLC）轨道产品(preciseorbit数字高程产品（DEM）生产模地面形变产品（DPL）生产模主要功能指多视地距探测产品在SLC产品的基础上，对数据进行多视处理得到，是一个具有斑际地点间的距离比率一致（纠正基于WGS84椭球体，影像通过卫地理编码椭球纠正产品高程，用WGS84椭球对影像进行了通用横轴投影（UTM）或（UPS丘陵地区有收缩现象。增强型椭球校正产品通过对GEC数据进行影像纠正有效地克服由于地形变化引起的收缩现象，纠正过程使用的数字高程模型（DEM）数据为30网格间距的SRTM数据型数据，进一步消除山地区域由于地形变化引起的收缩现象。为遥感的DLR生成的15m网格间距、相对高程精度2m、绝对高程精度6m的WorldDEM数据。辐射校正产品（RaNRadiometricallyCorrectedImageGEC和EEC产品提供的是亮度信息，辐射校正产品在此基础后向散射系数的绝对测量产品辐射校正产品与GEC和EEC产品一致，同样采用通用横轴投影（UTM）或通用极球面投影（UPS镶嵌产品（MC-入可以是ORIEECorGEC产品不同的输入可以生产不同定位精度的明显的拼接线。镶嵌产品（MC-Mosaic）采用通用横轴投（UTM）或通用极球面投影（UPS升降轨融合产品（ADMAscendingDescending升降轨融合产品（ADMAscendingDescendingMerge）是不同轨轨融合产品能够极大的降低SAR影像中存在的叠掩与阴影的影响方便对地形起伏较大的山地区域的数据。来自不同轨道方向的EEC,ORI或者MC用于生产升降轨融合产品，同时生成数据源标识图像（SourceImageMask，SOU）用于标识融合轴投影（UTM）或通用极球面投影（UPS定向用户产品（OI-Oriented定向用户产品（OI-OrientedImage）是地理编码产品、正射校正用户可以通过感区多边形（AreaofInterestpolygon）或者区域边（UPS数字高程产品以单视复数（SLC）和精密轨道产品(preciseorbitproduct)为基本输入，根据测量处理技术，通过深加工分系统进行自动化处理快（DEM，（UPS地面形变产品输入，根据差分测量处理技术移除地形相位，以geotiff、shp和kml文件格式。通常采用通用横轴投影（UTM）或通用极（UPS，时间序列地面形变产品等，以geotiff、shp和kml文件格式。通常采用通用横轴（UPS主要性能指具备基础处理产品定制化处理产品和测量处理产品等311中数据产品的生产加工能力基础处理产品的生产能力30分钟/景测量处理产品的生产能力：≤90分钟/对支持专业产品的定制功能（包括5种定制化处理产品基础处理产品和测量处理产品的生产具备自动智能批处理具备本地和操控深加工处理系统的功能数据分发分系数据分发分系统是地面系统数据发布数据管理和遥感大数系统组数据分发分系统主要由数据发布和数据管理两个子系统组成。系统功能框图见图11。图11主要功能指1)数据发布子系统功能门户功二维数据显示功能方面数据显示功能（放大、缩小、平移、复位、比例尺、鹰眼、等；书签管理功能：支持保存当前地图视图信息等导出Tiff、JPG、PNG格式的地图和坐标文件；、、用户中心功能支持用户登录编辑、用户登录修改、资源等功能。、、三维地球显示功能方面支持基于DEM高程数据和影像纹理创建三维场景支持高程信息显示、经纬网叠加显示支持二维数据显示和三维地球联动三分析功能：支持测距、测面积等功能三维标注功能：具备三维地球上标绘功能地名搜索功能：支持地名关键字搜索定位功能：支持根据（度分秒或十进制、缩等级、定位到地图相应位置设置：支持开关、显示、模拟海浪等设置。数据专题产品浏览功能：支持单幅产品展示、缩放、图例、说明文字；支持将有坐标参考的产品与其他数据产品进行对比；数据专题产品对比浏览功能：支持卷帘对比、视图并列对比、上下叠置对比等产品对比展示功能；系列数据专题产品浏览功能：支持系列产品列表展示和数据专题产品库搜索功能：支持关键字搜索以及搜索结果分类显示；专题发布功能：支持资讯、热点动态等编辑制作和数据与功能服务功数据服务：数据服务主要用于对地图瓦片数据、专题产品源数据和系统业务数据等的；提供标准的OGC标准瓦片服（如WMS-C和WMTS等，专题产品发布服务：主要用于将专题产品源数据（如GeoTiff、shapefile）和样式数据（SLD）等发布成标准OGC标准服务（如WMS和WMTS等同时也提供专题产品服务的门户服务：门户服务主要支持门户业务服务权限的管理。支持特殊用户（指：或验证类）和普通用运维管理服务：提供系统日志管理和系统管理功能2)数据管理功在地面应用系统中的数据管理分系统及遥感集市的基础之服务及影像等功能。数据接收终端功能模块：是用于接收数据分发实时推地图服务：为遥感影像提供贴图及影像定位等功信息查询：可查询单景遥感影像的详细信数据获取各个终端每天向数据分发管理拉取影像数据并从服务中对应影像的加密数据；影像：为用户提供影像服务数据分发管理功能模块：是遥感集市与各数据接收终终端用户管理：统一管理终端用户登录信管理：可终端提交过来的申请终端数据管理数据分发每天向遥感集市拉取各个终的影像数据信息并保存同时向遥感集市提交下单信息，当订单状态为已交付时数据分发将会将对应的影像数服务功能模块：是数据管理系统的机，通过加，数据加密提供数据加密功能服务将会从数据管理分系统中原始数据并对其进行加密；，，加密数据当数据加密完毕后服务将会对相应的加密数据作分布式；，密钥生成：可生成加密数据的密钥并提供密钥服务。系统支持并发用户数大于100人终端检索响应时间小于3秒系统24小时无故障运行系统恢复时间小于4小时运行网络分系运行网络分系（全“一号地面系统运行网络分系统）是地面系统的“神经”和“血管，承担着异地海量遥感原始数系统组运行网络分系（全“一号地面系统运行网络分系统）务信息交换和数据服务。运行网络分系统结构见图12。图12主要功能指专线网络的功 至专线网络：完成1号原始数据从至；至东莞专线网络：完成初级SAR数据产品、深加工产品至西安专线网络：完成对观测任务的计划、精密轨生产线网络功系统管理功支持多项数据传输：支持TB、PB级单一文件传输（主要针对支持跨平台：全面支持包括Windows、Linux和Mac在内的操作，并可以掌握文件传输的实时状态。传输引擎要提供管理传输性能：底层使用TCP/IP和UDP协议，支持多任务、多线批量文件传输，支持多文件、多任务并行传多种传输方案：传输引擎既可以面向客户端提供文件上传下跨平台支持：传输引擎全面支持包括Windows、Linux和Mac在内的操作系统平台，以及各平台的主流分支版本，全面适应现有的IT基础设施和技术架构；稳定运行：7*24小时不间断传输系统业务流程系统运行流在轨运行期间地面系统业务流程从用户需求至产品交付10余个步骤，参13图131号地面系统业务流地面系统数据处理流从接收站网分系统至分发分系用户与之间信息交互环系统关键技术项目及解决情系统运行性目管理控制分系系统关键技术环星地数传接术指标复根据《一号对运控系统正样技术要求V1（公开》文件中卫标，复核情况参见表3。表 接收系统主要指标复核编号指实测指情复主要参数名参建议系已建系统—1数传天余量G/T≥35余量满2数传中心频7.95-8.957.95-8.95满3工作带满4极化方右旋圆极左右旋圆极左右旋圆极满5调制方满6下行码速解调/记解调/记满7误码10-10-10-满8数据加加扰公同有，同满9信道编有，符满校有，符满飞行速自跟、程自跟、程满一轨最大数据5+1接收站接三站接满量对自主站和接收站网综合评设计指标符已有系统满足需星地载荷数据链路分析【是否能报告？下行数据内容主要包括SAR载荷数据GNSS精密定轨测量数据和AIS数据的三种载荷数据，以及相关辅助信息。SAR数据两SAR数据压缩数据（BAQSAR成像处理后完成图像压缩数据（JPGGNSS：精密定轨数据。为控制于R=250m管道内飞行AIS：舰船信息数据表 地面处理功能复编号指性能指复下行数功能指建议系研制系—1加密功在轨置——待确2SAR数数据压完成数据解压缩有专用处理设备，待研制满3SAR成像数据图像压完成图像数据解压缩处同满4不压离、处理。每天1次将处理后数据发给测控系同满5——同满6处理速实无实时处理准实满对研制系统设计综合评设计指标符满数据容量分数据管理分系统的技术指标是关系到地面系统运行能力的指解的办法；针对初级和高级产品数据的存档，采用基于廉价磁盘阵（简称“低速磁盘阵列）中的办法。现将采取两种设备最小存高速磁盘阵列容量分高速磁盘阵列设备主要用于原始数据的存档和其他数据存储。考虑星上与数传能力（每轨最多记录5600Gbit按照每天最多接收2轨来计算。每天获取的原始数据量为150GB，每年获取数据量为55TB。按1颗设计3年期，继首颗星在轨运行及第二年发射双星后，那么地面系统需数据空间有：1颗星期内的数据量：55TBx3年22年的数据量：