| “风云二号”卫星数据采集系统在海洋开发中的应用 |
| 新闻出处：上海航天测控通信研究所 发布时间： 2007年09月13日 |
摘要 本文介绍了应用“风云二号”卫星数据采集系统在渤海湾十个海洋水文观测站的方案、指标，并分析了我国海洋监测现状和应用前景。
关键词 气象卫星 卫星通信 海洋开发
1 “风云二号”卫星数据采集系统技术方案概述
风云二号卫星数据采集系统的主要目的是尽快让使用部门对数据采集系统的作用、特点、效果有一个感性的认识。
海洋环境监测具有观测项目多、工作环境恶劣、监测装置复杂的特点。为突出重点，保障资金的合理使用和系统建设的顺利进行，我们拟选择具有一定基础条件、代表性较好的10个海洋观测站作为系统的示范站。
2 主要目标
利用八个月的时间结合海洋和水利部门的需求，初步建成有10个地面数据采集平台(DCP)和一个用户数据中心站，借助于各部门已经建立的部门专用网(LAN)与公用网进行数据传输和通信的、能长期稳定运行的数据采集系统。
3 技术实施方案
3.1 单向自定时式系统基本原理
单项自定时式系统是风云二号卫星设计和使用的工作方式。它是在数据采集平台的控制器中预先设置好发射时间表，由DCP的定时器控制，将采集到的数据以P波段宽波率天线发射给卫星，经卫星转发器变频为S波段再转发给地面站接收、解调、处理。适用于气象、海洋、水利等部门。由于DCP的结构简单、造价低廉、技术成熟、可靠性高可以方便地安装在移动的载体上(如汽车、船舶、浮标等)使用，也可以安装在环境比较恶劣的沙漠、高原等地区使用。
3.2 使用的卫星转发频道
.数据报告频道，选用第A频道，备用频道选用第B频道。
.系统中使用DCS系统中标准频道
也可以采用另外一种方式，计划使用32个DCP，根据风云二号运行规程，采用时分-频分方式，占用8个频道，而每一个频道中容纳4个DCP分时工作。
.数据报告频道，任意选用
它们的频点是：
P波段：任意
S波段：任意
.系统中继续使用DCS系统中标准频道
3.3 单向数据采集平台
数据采集平台应根据各用户部门需求进行统一设计，实现组合化、系列化、通用化。一般来讲它应具有下列性能：
.自动地完成数据采集、编码、发送和状态检测；
.可与GPS接收机相结合，使DCP具有定位报告功能；
.能适应各种供电环境，可采用市电、太阳能电池与蓄电池等不间断电源|稳压器；
.能适应恶劣的野外工作条件，有抗风沙、雨雪、盐雾等环境的能力；
.数据报告模式：定时式、询问式、随机方式供选择；
.工作方式可选择有人值守或无人值守；
.小型化、低功耗、高可靠。
这里所指的单向数据采集平台是指它发射时间经预先编排的程序，在规定的时间及时间间隔以规定的速率报告数据。同时一旦传感器的测量值超过规定的门限值时，DCP便立即发射报警数据。门限值和其他信息一起由用户编入程序。
a.主要技术指标：
.天线：
型式：背射式 增益：12～16dB
频率点波瓣宽度：30°～40°
极化方式：右旋园极化
驻波比：1.3 阻抗：50Ω
.发射机：
功率：2～10W可调
稳定度：±1dB
频率：401MHz
通道间隔：3kHz
长期频率稳定度：1.5×10-6/年
寄生发射比未调制载波：＜60dB
调制方式：PCM-PSK
调制度：±60° ±5°
.调制：
码型：Biφ-L
定时误差：优于±30秒/半年
码速率：100bps
.接口：
外部数据源接口
RS-232测试编程接口RS-232C
数据存储记忆：32Kbyte RAM
程序存储记忆：64Kbyte EPROM
参数记忆：2Kbyte永久性RAM
.电源：
10.5V～13.5V
发射时电流：2A(发射功率5W)
休眠时电流：＜20mA
.环境温度：
工作温度：-20°～+55°
存储温度：-40°～+85°
.机械特性：
机箱尺寸：330×230×110mm
重量：＜6.5Kg
b.框图：如图1所示
图1 单向数据采集平台
3.4 用户数据中心站
用户数据中心站接收数据采集平台发来的数据，经同步解调并进行数据处理。同时接收转发器发来的导频信号，用来校正卫星上频率漂移。
根据DCP的单点频和多点频的工作方式，用户数据中心站也有两种类型：单点频接收站和多点频接收站。
a.单点频接收站主要技术指标：
.接收机：
LNA：G≥60dB，Nf≤0.6dB
射频带宽：1MHz 灵敏度：1.2μV
中频频率：
Ⅰ中频：97.418MHz
Ⅱ中频：10.419MHz
Ⅲ中频：500kHz
视频带宽：500kHz 输出电平：TTL
.同步解调及数据处理：
数据输入通道数：128
平台报告时间：时分复用，每2分钟为1个时隙。时隙划分以偶数分钟为准，保护时间±30秒。
输出通道：2个
输出信号：RS-232C
b.多点频接收站主要技术指标
所谓多点频接收站，就是说按照风云二号卫星的工作方式，接收地面的32个DCP，选用8个点频(频分)，在每一个点频内又用时间划分的方式(时分)容纳4个DCP，这4个DCP采用同一个点频。这就是时/频混合的多点频接收站。
.接收天线：
在频率范围内任选8个点频
天线型式：抛物面 天线口径：3m
极化方式：垂直线极化
天线增益：30dB
半功率点波瓣宽度
.接收机：
LNA：≥40dB 射频带宽：1MHz
灵敏度：Eb/No=13.6dB，误码率≤1×10-6
中频频率：500Hz 输出电平：TTL
.同步解调及数据处理：
数据输入通道数：8
输入信号：Biφ-L，100bps，TTL电平
数据平台报告格式：
未调制载波5秒
I/O交替引导码2.5秒
地址码：21/32BCH码，前20为按所属国家、平台类型、序号等排定，第2100比特为0，后面10比特为派生校验位。
数据：8bit代码、奇校验、国际5号字母表，发送次序先低位后高位，最大宽度625字节，数据中不允许各类控制代码出现。
平台报告时间：时分复用，每2分钟为1个时隙。时隙划分以偶数分钟为准，保护时间±30秒。
输出通道：2个 输出信号：RS-232C
工程单位转换：指对各类传感器校准曲线而言
数据处理：对平台数据进行必要的加工、编辑、进行质量检验，根据设计要求提供给用户。
其中：
.10台用户DCP
.单点频/多点频用户数据中心站各一台
.收/发调制解调器
.局域网
.Internet
.风云二号卫星转发器
.电话线
图2 风云二号卫星数据采集系统地面组成图
3.5 通信
这里的通信是指从用户数据接收站处理好的数据传送到用户终端，或者是用户数据接收站预处理后的数据传送到用户终端去再进一步进行处理的数据通信。
随着我国邮电通信事业的飞速发展，应当讲通信尤其是数据通信已经是一件轻而易举的事情了。
为了规范通信方式，在这里对于低速率的数据输入/输出均以RS-232C串行口进行数据通信。通信方式可由用户任意选择：
a.采用电话线，在用户数据接收站和用户终端之间均接有调制解调器(modem)，编一些相应的软件即可实现通信。
b.如果安装用户数据接收站和用户终端处均有企业内部网络(如局域网)，这些数据均可以上网，利用网络进行通信。
c.采用远程登录：
用户数据接收站可通过光纤或地面缆线如DDN、CHINA NET、CHINA PAC、X.25普通电话线多途径连接，在有效的管理模式下，用户可就近通过modem从普通电话线登录到“卫生卫星科教网”的全部信息和服务，还可以访问Internet网，共享国际信息网的资源和服务。
当然如果有企业局域网，用户还可以直接访问国际互联网，共享网上的资源和服务。
3.6 主要技术关键
.DCP功能部件通用化、标准化、系列化
.高稳定度、高集成度频率综合器
.高稳定度小型频率源
.高效超小型太阳能电池
.高效固态功率放大器模块
.低噪声放大器
.专用传感器
地表可燃物含水率监测传感器
海上水化成分传感器
土壤熵情传感器
图3 风云二号卫星数据采集系统组成图
4 应用前景
a.根据1982年通过的国际海洋法公约，我国有300多万平方公里的管辖海域，相当于我国陆地面积的1/3，因此利用卫星掌握这些区域海洋环境和资料，为海域划分维护海域管辖权，建立海上快速反应体系是十分必要的。
b.我国海洋养殖业目前只利用了可养殖面积的1/3，我国拥有海岸带面积35万平方公里，为了扩大养殖业合理管理和利用海岸带资源，需要经常对海岸带资源进行综合调查，用常规调查方法，需要耗费大量人力和物力无法实现，如果能采用卫星进行数据采集、转发和处理可以非常容易地进行海岸带资源综合调查和管理，扩大养殖面积，大大提高经济效益。
c.我国沿海有250多处油污资源，每年排放量10万吨以上，每年的海洋排放工业和生活污水在80亿吨以上，再加上十年来，在我国海域发生的井喷和跑油事故达上百起，使我国近海海域油类污染普遍超标。
d.全球气候演变研究：海洋、海流、海浪以及大洋环境和海气相互作用，在全球热平衡水平衡中起着至关重要作用。由于人类大量燃烧石化燃料使大气中CO2含量逐渐增加，导致了温室效应——全球性气温升高，其中海洋起着缓解作用，因此卫星监测不仅对海洋，而且对天气过程和气候变迁乃至全球环境均起着重要作用。
综上所述，利用卫星技术进行海洋开发，海洋局十分迫切地需要有一个利用国内卫星(FY-2)的数据采集系统。前景是十分广阔的。
参考文献
[1] 陈谓民、陈光华.卫星气象学.气象出版社，1989年. |
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