月球卫星太阳风低能离子探测器实时数据的处理方法

具体实施方式

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。

通常，月球卫星上搭载的探测器下传的实时数据主要包括载荷的工程数据、遥测数据和科学数据。

工程数据是指在月球卫星在轨工作时，探测器采集的自身的工作状态参数，工程数据显示的是探测器各频率通道的定标、观测支路的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)。

遥测数据是指由卫星采集的探测器工作时的状态参数，其显示的是探测器各频率通道的定标、观测支路的加电情况和仪器温度情况，用于反映探测器的基本工作状态。遥测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)。

工程数据和遥测数据分为实时和延时两种数据，当卫星入站时可以实时下传实时数据，而当卫星没有入站时可以将延时数据存入大容量存储器待入站下传。

科学数据是具有明显物理意义的科学量，由仪器采集。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，将一个数据源包中的定标数据和科学数据显示在同一坐标系下。

本发明中，科学数据是指在月球卫星上工作时太阳风离子探测器(SWID)自身探测到的关于太阳风低能离子的科学数据，包括太阳风中低能离子的成分及空间分布，即太阳风等离子体的分布函数，从中引出平静和高速太阳风等离子体的特征量，如太阳风的体速度，离子温度以及数密度等。

通过对上述各类型数据的判读，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。

下面分别介绍SWID实时数据的传输、处理及快视显示的流程。

图1显示了对SWID实时数据进行处理的流程图。

如图1所示，本发明的SWID实时数据的处理包括如下步骤：

接收原始数据，地面站实时接收SWID下传的原始位流数据。

成帧数据处理，对下传的原始位流数据执行帧同步、去扰和RS译码处理得到成帧数据。本步骤中，帧同步是指按位(bit)查找原始数据文件流中的帧同步头“1ACFFC1D”，从同步头开始截取512字节形成原始数据帧。去扰是指用扰码(508字节)与原始数据帧中同步头以后的508字节一一进行“异或”操作，完成对数据帧的除扰。RS译码是指用数据帧中的64字节RS码进行数据帧的RS译码，并记录RS译码信息，同时生成两字节数据质量信息(第一个字节代表错bit数，第二个字节代表纠错率)。

信道处理，OMS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，本实施例中即为SWID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。

数据块提取，对SWID数据源包进行解包处理，将SWID源包数据分解，形成SWID数据块。具体来说，是对形成的SWID数据源包进行排序、拼接、解包、去源包包头、格式重整以生成数据块，将一个采样周期的SWID数据进行拼接，形成了连续的SWID数据块。

物理量转换，根据科学数据包给出的参数转换公式，把生成的SWID数据块转换成具有实际物理含义的SWID数据，以便于观测者识别，例如把二进制转换成十六进制或十进制的数据，把十六进制转换成十进制的数据，或者根据物理公式转换数据格式。本发明中，需要转换的SWID数据块例如包括扫描时间码、能道号、通道号等。其中，时间原码是以2004年1月1日作为时间起点的一个秒累计数，需要基于物理公式转换为当前的年月日时分秒。

客户端显示，将转换后的SWID物理量数据发送到客户端实时显示。

本发明中，由于太阳风离子探测器的一组工程数据和科学数据不是一一对应的，所以将科学数据和工程数据分开处理和显示，对不同的参数数据进行不同的物理量转换(见下文)，进行成帧快视显示。

下面介绍科学数据的处理。

表1示例性显示了扫描起始时间为X时所得到的太阳风低能离子探测器的科学数据块格式。

表1

表1中，M表示对应能道号和通道号的太阳风低能离子的数量，即太阳风离子探测器探测到的科学数据，其中，各个位置处的M值不必须相同。

如表1所示，起始时间X的太阳风低能离子探测器的科学数据块＝起始标识(0xCD07CD07CD07)+起始时间码(X)+扫描序号(Y)+24{12{探测数据}}+扫描序号(Y+1)+24{12{探测数据}}+阶梯下降标识(0xFFFFFFFFFFFF)+扫描序号(Y+2)+24{12{探测数据}}+扫描序号(Y+3)+24{12{探测数据}}。

上式中，“24{12{探测数据}}”表示所属扫描序号对应的24*12的矩阵，即24个能道和12个通道所对应的M值排列成的矩阵。

本实施例中，示例性的设置有48个能道和12个极角，但不限制于此。

本实施例中，每次扫描能够扫描24个能道，因而48个能道需要两次扫描。因此，如表1所示，48个能道分配到2个扫描序号(例如Y和Y+1，或者Y+2和Y+3)中，每个扫描序号中包含24个能道。

因此，在一个完整的采样周期中，需要对48个能道*12个极角进行2次扫描(即先从第1能道顺序扫描到第48能道，然后从第48能道顺序扫描到第1能道)。并且，一个采样周期的两次扫描包含四个扫描序号，所得到的数据都分配在一个数据结构中。

本实施例中，2次扫描得到4*24＝96个能道的数据。

下面介绍实时数据的快视显示。太阳风离子探测器下传的数据经过处理后，分为科学数据、工程数据和遥测数据。不同的数据类型分别采用不同的数据视图进行显示。

1.SWID科学数据的显示

SWID科学数据的显示支持两种模式：图形模式和数据表模式。

本发明中，SWID科学数据中的每帧都包含48个能道*12个极角组成的一个矩阵。为了将它们以二维的方式显示出来，本发明提供了“按极角累加”和“按能道累加”这两种显示方式。在这两种模式下，所显示的数值都是将每帧数据按能道或者极角累加之后的结果。“按极角累加”和“按能道累加”的含义如下：

●按极角累加：显示一个12列宽的二维表，每列代表一个极角，而每行代表一帧数据按能道方向累加之后的结果。

●按能道累加：显示一个48列宽的二维表，每列代表一个能道，而每行代表一帧数据按极角方向累加之后的结果。

无论是图形模式还是数据表模式，SWID科学数据都可以选择按照能道或极角两种方式显示。在图形模式中，横坐标为48个能道或12个极角，纵坐标为表示采集数据时刻的时间码，图中的色块表示不同时间点每个能道或极角的探测数据(即离子计数)累加值，不同的色标表示能道或极角的探测数据累加值大小。

图2显示了按能道累加的科学数据的图形显示模式。如图2所示，横坐标为48个能道，纵坐标为表示采集数据时刻的时间码。图中每个色块表示某一时间点每个能道的12个极角的科学数据(即前面表1中的M值，表示指探测到的太阳风低能离子的数量)的累加值，不同的色标表示极角的探测数据累加值大小，色块的颜色依据图的左部颜色标的值确定。

图3显示了按能道累加的科学数据的数据表显示模式。如图3所示，在该数据表显示模式下，每个数值表示在某一扫描时刻每个能道对应的12个极角的科学数据(太阳风低能离子的数量)累加值。

有时候，需要综合显示按能道累加和按极角累加这两种方式的累加结果。因此，本发明在数据表模式的基础上进一步提供了“显示详细数据”模式。

图4显示了科学数据的“显示详细数据”模式。如图4所示，该模式以数据表模式为基础，显示了每个时间码(表示扫描时刻)对应的48个能道和12个极角对应的科学数据矩阵。图4中，48行表示48个能道，12列表示12个极角。

如图4的左侧区域所示，依据监视需要，选择时间点和能道或极角数据点，右侧区域将显示选中数据点的48*12矩阵的详细信息：时间码，以及该时间码对应的48个能道和12个极角对应的科学数据矩阵。此外，在图4中的右侧区域中，每行和每列的首位还分别显示有每个能道或极角对应的累加值。

如图4所示，显示了在时间码“2004/01/01 03:29:25:950”扫描得到的48个能道*12个极角的科学数据矩阵，即按照前面表1的形式显示的科学数据矩阵。图中可以选择“按能道累加”或“按极角累加”方式显示累加值矩阵。以选中的能道9为例，图中右侧区域显示能道9对应的12个极角的累加值为0。另一方面，如果选择“按极角累加”的方式，则某个极角对应的48个能道的科学数据累加值会显示在该极角对应列的首行处的累加值。

2.工程数据和遥测数据

本发明中，工程数据和遥测数据都分别采用单独的视图显示。在参数显示视图中，可以选择紧凑模式、列表模式、数据表模式、曲线模式、图表模式等，从而实现不同的模式监视载荷数据内容。

紧凑模式：参数按从上到下、从左到右的顺序排列。这种模式下能利用视图空间显示尽可能多的参数。它只能显示“当前”的值，无法显示一段时间的历史数据，因此这种显示更适合实时监视当前的状态。

图5显示了以紧凑模式显示工程数据的一个示例。

图5中，以SWID工程数据(A)为例，以紧凑模式分别列出了工程参数名称，工程参数当前时刻的参数原始值，工程参数当前时刻的参数反演值。该示例中列举的工程参数包括SC时间码、太阳风离子A+12V、太阳风离子A+5V、太阳风离子A高压、太阳风离子A计数率等参数。

在列表模式下，列表有4列，分别是参数名、16进制原码、反演后的参数值(即参数反演值，一般通过数制转换、物理公式转换等方式实现)和历史曲线。其中历史曲线只有对数值类型的参数才有意义，这种显示模式是当前状态与历史趋势的结合。

图6显示了以列表模式显示工程数据的一个示例。

数据表格模式以表格形式显示参数的名称和每个时刻该参数的取值(即参数值)，可以连续监视到每个时间码时刻的载荷当前状态和改变，因而这种显示模式更精确。

图7显示了以数据表格模式显示工程数据的一个示例。

图7中，以SWID工程数据(A)为例，以数据表格模式分别列出了工程参数名称，工程参数值的采集时刻，以及每个时刻对应的工程参数取值。该示例中列举的工程参数包括SC时间码、太阳风离子A+12V、太阳风离子A+5V、太阳风离子A高压、太阳风离子A计数率等参数。

曲线模式是列表模式中历史曲线的扩展，在这个模式下，可以将多个参数的历史曲线显示在同一张图表中。图表的X轴代表帧计数，Y轴为参数值。当收到新的数据帧时，曲线会自动向左整体移动以显示最新的数据，这有利于更直观的监视参数的变化趋势。

图8显示了以曲线模式显示工程数据的一个示例。

图8中，以SWID工程数据(A)为例，以曲线模式分别列出了各个工程参数的数值曲线。曲线图中横坐标为工程参数的采集时间，纵坐标为工程参数的取值。该示例中列举的工程参数包括SC时间码、太阳风离子A+12V、太阳风离子A+5V、太阳风离子A高压、太阳风离子A计数率等参数。

图表模式支持参数曲线的分组。可以把值域近似的参数归类并分在不同的组中，每组使用独立的Y轴坐标，避免众多参数值Y轴取值范围差异太大，取值范围小的参数难于辨读。当同一图表上显示的曲线较多，或者相近颜色的曲线发生重叠的时候，选中指定的曲线，选中的曲线将用粗线条突出显示。

本发明中，下传的工程数据和遥测数据形式是二进制码，需要进行二进制码到实际物理量间的转换，也即参数原码到反演值的转换，从而以直观的形式表达出来。

下面的表2示例性的显示了部分工程数据的参数名称及其转换公式。

表2

经过物理量转换后的参数值，可读性大大提高，根据仪器设计的原理，给出参数的正常和异常取值或取值范围，可以快速的进行实时数据的判读。对于太阳风离子探测器而言，参数取值在正常或异常范围内决定了所获取科学数据的可信度。

在实时数据进行上述处理后，需要在客户端显示各类型数据，以便于地面工作人员根据显示的实时数据，判读月球卫星载荷的工作状态和工作结果，及时作出调整措施。

如表3所示，根据载荷特点和监视需要，选择不同的监视显示模式，监视太阳风低能离子探测器的实时遥测数据和实时工程数据数据，根据参数数值是否处于取值限或报警限内，判断太阳风低能离子探测器的实时工作状况，对于太阳风离子探测器而言，参数取值在正常或异常范围内决定了所获取科学数据的可信度。

表3

另外，可以通过科学数据的快视显示结果来判断太阳风离子探测器探测的数据结果的质量，据此调整探测器探测模式，制定和修订探测计划。

本发明的有益效果是：运用本发明提出的实时数据处理方法，可以检验月球卫星太阳风离子探测器获取的实时数据有效性，并进而判断太阳风离子探测器工作状态和探测精度。

所应理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。