一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法及系统 |
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| 申请号 | CN202010198196.5 | 申请日 | 2020-03-19 | 公开(公告)号 | CN111478741B | 公开(公告)日 | 2022-02-08 |
| 申请人 | 上海卫星工程研究所; | 发明人 | 杨同智; 刘廷玉; 周汝志; 盛开明; 赵美玲; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法及系统，包括：根据上行链路功率检波及链路模型预估，实时估计星地数据传输链路损耗；根据星地数据传输链路损耗，计算数传的最 大数据 传输能 力 ；通过预处理目标检测及热点区域 指定 ，识别感兴趣遥感区域；根据获得的数传最大数据传输能力以及感兴趣遥感区域数据量，调整遥感 数据压缩 比与压缩 质量 ；缓存预处理目标检测数据、原始遥感数据与压缩遥感数据，依据最大数据传输能力与感兴趣遥感区域数据量，选取存储需要下传的数据信息；读取待下传数据，根据待下传的数据量与传输链路损耗，调节卫星数据传输链路；本发明优化遥感数据链的码率、编码方式、调制方式与发射功率，提升遥感数据传输能力。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法及系统技术领域[0001] 本发明涉及卫星数传系统，具体地，涉及一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法及系统，应用于卫星数传设计中。 背景技术[0002] 卫星数传系统用于传输卫星遥感数据，传输的有效性直接影响卫星的任务作业。传统数传采用固定模式设计，遥感数据全部下传，未针对感兴趣区域进行优选传输，因而需存储与传输的数据量大，卫星的存储及传输资源有限，制约了遥感载荷的工作时段，同时数据链采用固定设计，不能针对星地链路状态、遥感数据量进行智能调节，存在较大的资源浪费。为了提升遥感数据的有效传输能力，充分利用星地数传链路资源，发明了一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法，实时估计星地数据传输链路损耗，确定星地数传能力；识别感兴趣遥感区域，调整压缩参数；依据数传能力与感兴趣区域数据量，挑选需要下传的数据信息；再依据挑选下传的遥感数据量，自动调节卫星数据传输，优化遥感数据链的码率、编码方式、调制方式与发射功率，提升遥感数据传输能力，具有良好地工程应用价值。 [0003] 本发明就是为了解决基于遥感状态估计的卫星智能数传问题的一种技术。检索相近专利文献，CN1O3312453A《飞行器载终端自适应距离数传的方法》通过惯导系统获得星地距离，依赖距离计算星地距离计算链路损耗，调整数据传输，且未考虑感兴趣区域信息优选与链路传输的协同一体化管理，本发明通过星地上行链路功率检波的方法估计链路损耗，基于感兴趣区域识别，优选下传信息，调整下传链路参数，因此该发明与本发明不同；CN1O7508659A《面向卫星导航系统星间链路数传的自适应编码调制方法》面向星间传输，未考虑感兴趣区域信息优选与链路传输的协同一体化管理，与本发明基于遥感状态估计的卫星智能数传方法不同；CN1O3324251A《星载数传系统及星载数传系统的任务调度优化方法》是为了解决现有任务调度方法存在系统的工作效率低和数据处理规模受限的问题，减少了FPGA重构时间，与本发明基于遥感状态估计的卫星智能数传方法不同。目前没有发现类似相关技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。 [0004] 专利文献CN105306156A(申请号：201510765749.X)公开了一种遥感卫星数传产品自动化测试系统及方法，包括：PXI系统控制器：为整个PXI平台提供实时操作系统；PXI模块集：与PXI总线连接，提供与被测产品的直接接口；PXI机箱：为PXI系统提供稳固机械结构平台、可靠的供电和散热系统；测试系统软件：与PXI模块集配合实现相应功能，提供与用户的交互接口。 发明内容[0006] 根据本发明提供的一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法，包括： [0007] 步骤M1：根据上行链路功率检波及链路模型预估，实时估计星地数据传输链路损耗； [0008] 步骤M2：根据实时估计得到的星地数据传输链路损耗，结合卫星的数传发射功率、地面接收机的接收能力，计算获得数传的最大数据传输能力； [0011] 步骤M5：缓存预处理目标检测数据、原始遥感数据与压缩遥感数据，依据数传的最大数据传输能力与感兴趣遥感区域数据量，选取存储需要下传的数据信息，从而获得需要下传的遥感数据量估计； [0012] 步骤M6：读取待下传数据，依据待下传的遥感数据量与星地数据传输链路损耗，自动调节卫星数据传输链路； [0014] 优选地，所述步骤M1包括： [0015] 当星地上行链路通畅时，卫星接收与下行数传同频段的地面上行射频信号，检波测量上行信号功率电平，地面发送功率、卫星接收机损耗已知，获得上行链路衰减，下行数传链路衰减与同频段的上行链路衰减一致； [0016] 当星地上行链路不通时，则根据卫星的轨道信息、地面站位置信息、地面上注的大气信息，估算包括链路的空间、大气损耗，从而获得下行数传链路的衰减估计。 [0017] 优选地，所述步骤M3包括：通过星上预处理目标检测，识别存在目标的遥感区域，同时通过地面上注参数信息，指定需要下传的热点地区或通过地面遥感指定区域作为热点地区，识别感兴趣遥感区域； [0019] 所述热点地区包括敏感地区和指定背景区域。 [0020] 优选地，所述步骤M5包括： [0021] 步骤M5.1：将原始遥感数据、预处理目标检测数据、遥感压缩数据缓存在遥感缓冲区，供挑选存储下传； [0022] 步骤M5.2：根据感兴趣遥感区域信息，挑选遥感缓冲区的对应数据存储，当感兴趣遥感区域没有达到预设值，原始遥感数据符合预设下传条件时，则选择存储预处理目标检测数据与原始遥感数据；当感兴趣遥感区域达到预设值，原始数据无法下传时，则选择存储预处理目标检测数据与遥感压缩数据，得到挑选的存储遥感数据； [0023] 步骤M5.3：根据挑选的存储遥感数据，获得要下传的遥感数据量估计。 [0024] 优选地，所述步骤M6包括：根据要下传的遥感数据量估计与星地数据传输链路损耗，确定遥感数据链的码率、编码方式、调制方式和发射功率，读取挑选的存储遥感数据，自动调节卫星数据传输，优化发射功率与信道利用率，提升遥感数据传输能力。 [0025] 根据本发明提供的一种基于遥感状态估计的卫星智能数传系统，包括： [0026] 模块M1：根据上行链路功率检波及链路模型预估，实时估计星地数据传输链路损耗； [0027] 模块M2：根据实时估计得到的星地数据传输链路损耗，结合卫星的数传发射功率、地面接收机的接收能力，计算获得数传的最大数据传输能力； [0028] 模块M3：通过预处理目标检测及热点区域指定，识别感兴趣遥感区域； [0029] 模块M4：根据获得的数传最大数据传输能力以及感兴趣遥感区域数据量，设置压缩参数，调整遥感数据压缩比与压缩质量； [0030] 模块M5：缓存预处理目标检测数据、原始遥感数据与压缩遥感数据，依据数传的最大数据传输能力与感兴趣遥感区域数据量，选取存储需要下传的数据信息，从而获得需要下传的遥感数据量估计； [0031] 模块M6：读取待下传数据，依据待下传的遥感数据量与星地数据传输链路损耗，自动调节卫星数据传输链路； [0032] 所述链路模型是获取下行链路衰减后，通过下行信号传输模型调节卫星发射功率、数据速率等链路特性。 [0033] 优选地，所述模块M1包括： [0034] 当星地上行链路通畅时，卫星接收与下行数传同频段的地面上行射频信号，检波测量上行信号功率电平，地面发送功率、卫星接收机损耗已知，获得上行链路衰减，下行数传链路衰减与同频段的上行链路衰减一致； [0035] 当星地上行链路不通时，则根据卫星的轨道信息、地面站位置信息、地面上注的大气信息，估算包括链路的空间、大气损耗，从而获得下行数传链路的衰减估计。 [0036] 优选地，所述模块M3包括：通过星上预处理目标检测，识别存在目标的遥感区域，同时通过地面上注参数信息，指定需要下传的热点地区或通过地面遥感指定区域作为热点地区，识别感兴趣遥感区域； [0037] 所述预处理包括机器学习、图像识别，检测遥感成像的目标； [0038] 所述热点地区包括敏感地区和指定背景区域。 [0039] 优选地，所述模块M5包括： [0040] 模块M5.1：将原始遥感数据、预处理目标检测数据、遥感压缩数据缓存在遥感缓冲区，供挑选存储下传； [0041] 模块M5.2：根据感兴趣遥感区域信息，挑选遥感缓冲区的对应数据存储，当感兴趣遥感区域没有达到预设值，原始遥感数据符合预设下传条件时，则选择存储预处理目标检测数据与原始遥感数据；当感兴趣遥感区域达到预设值，原始数据无法下传时，则选择存储预处理目标检测数据与遥感压缩数据，得到挑选的存储遥感数据； [0042] 模块M5.3：根据挑选的存储遥感数据，获得要下传的遥感数据量估计。 [0043] 优选地，所述模块M6包括：根据要下传的遥感数据量估计与星地数据传输链路损耗，确定遥感数据链的码率、编码方式、调制方式和发射功率，读取挑选的存储遥感数据，自动调节卫星数据传输，优化发射功率与信道利用率，提升遥感数据传输能力。 [0044] 与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果： [0045] 1、本发明提供了一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法，基于感兴趣区域检测识别，优选必要的遥感下传信息，基于上行链路检波实时感知星地链路状态，结合待下传的数据量自动调节下行数传的编码、调制与功率，提升星地数传的质量与效率，具有良好的工程应用价值； [0047] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显： [0048] 图1为本发明基于遥感状态估计的卫星智能数传方法； [0049] 图2为一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法流程图； [0050] 图3为星地距离计算示意图； [0051] 图4为雨、云、雾引起衰减曲线； [0052] 图5为大气吸收损耗曲线； [0053] 图6为天线指向偏差示意图。 具体实施方式[0054] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。 [0055] 根据本发明提供的一种基于遥感状态估计的卫星智能数传方法，包括：如图1‑2所示， [0056] 步骤M1：根据上行链路功率检波及链路模型预估，实时估计星地数据传输链路损耗，估计星地信道数据传输能力； [0057] 步骤M2：根据实时估计得到的星地数据传输链路损耗，结合卫星的数传发射功率、地面接收机的接收能力，计算获得数传的最大数据传输能力，作为遥感数据挑选决策的考虑要素； [0058] 步骤M3：通过预处理目标检测及热点区域指定，识别感兴趣遥感区域； [0059] 步骤M4：根据获得的数传最大数据传输能力以及感兴趣遥感区域数据量，评估是否需要传输压缩数据，设置压缩参数，调整遥感数据压缩比与压缩质量，使其既能够传输至地面，又能兼顾较好的压缩质量。 [0060] 步骤M5：缓存预处理目标检测数据、原始遥感数据与压缩遥感数据，依据数传的最大数据传输能力与感兴趣遥感区域数据量，选取存储需要下传的数据信息，从而获得需要下传的遥感数据量估计； [0061] 步骤M6：读取待下传数据，依据待下传的遥感数据量与星地数据传输链路损耗，自动调节卫星数据传输链路； [0062] 具体地，所述步骤M1包括： [0063] 当星地上行链路通畅时，卫星接收与下行数传同频段的地面上行射频信号，检波测量上行信号功率电平，地面发送功率、卫星接收机损耗已知，获得上行链路衰减，下行数传链路衰减与同频段的上行链路衰减基本一致； [0064] 卫星数传信号在星地之间传输时经过很大的传输距离，因此经历较大的自由空间传输损耗，此外，由于信号传输过程中电磁波经过电离层、对流层等不同空间环境，在电离层时有电离层闪烁，在对流层时经历降雨衰减、大气吸收、云雾、降雪等的散射和吸收以及大气折射、日凌等影响，这些影响造成了空间传播的附加损耗[L]。传输损耗[L]的对数表达式为： [0065] [L]＝[Lf]+[Lr]+[La]+[Lrp]+[Lp] (1) [0066] 其中：[Lf]表示自由空间传输损耗，对数值，单位为分贝(dB)；[Lr]表示降雨损耗，对数值，单位为分贝(dB)；[La]表示大气吸收损耗，对数值，单位为分贝(dB)；[Lp]表示极化损耗，对数值，单位为分贝(dB)；[Lrp]表示接收天线的指向损耗，对数值，单位为分贝(dB)。 [0067] 卫星上行数传接收链路的检波功率[Pr]u计算公式为： [0068] [Pr]u＝[Pt]u+[Gt]u‑[L]u+[Gr]u (2) [0069] 其中地面站发送的上行功率[Pt]u、地面站天线的增益[Gt]u均为已知，[0070] 检波功率[Pr]u实时测量获得，卫星接收天线增益 在产品设计时已确定。 [0071] 上行传输链路衰减[L]u待定，通过上式可计算获得上行传输链路衰减[L]u，因为上下行数传的传输路径及频率一致，所以下行数传链路衰减[L]d与同频段的上行链路衰减[L]u一致。 [0072] 当星地上行链路不通时，则根据卫星的轨道信息、地面站位置信息、地面上注的大气信息，估算包括链路的空间、大气损耗，从而获得下行数传链路的衰减估计。 [0073] 传输损耗[L]的对数表达式为：[L]＝[Lf]+[Lr]+[La]+[Lrp]+[Lp]，其中主要损耗是空间链路损耗。各个衰减项估算方法如下： [0074] 1)空间损耗估算[Lf]： [0075] [0076] 其中：d为星地距离以km为单位；λ为工作波长；f为工作频率以GHz为单位。星地距离d计算方式如图3所示。 [0077] 其中：α为视角；β为地面接收仰角；RE为地球半径，6371km；h为轨道高度。 [0078] 根据三角形定理，有如下关系： [0079] [0080] [0081] 由上述公式可以计算得到星地距离，进而计算出自由空间传输损耗。 [0082] 2)降雨损耗[Lr]估算： [0083] 降雨引起的电波传播损耗的增加称为雨衰。雨衰是雨滴对微波能量的吸收和散射产生的，其作用程度取决与降雨的微观结构，如雨滴的尺度分布、温度、速度乃至形状，并随着频率的增高而加大，当频段高于10GHz时，降雨使电波传播过程中最主要的大气衰减因素。由于雨衰不能精确预测，一般仅根据经验曲线估计雨衰值，在链路计算中留出足够余量，如图4所示。 [0084] 一旦地面站的位置确定后，就可以查出该地区的降水率Rp(mm/h)和出现的年时间概率p％。亚洲地区的降水量分布如图4所示。我国各地分属C、E、F、K、N五个区，其中东南地区为N区，中部大部分地区为K区。定期上注地面站所属区域的天气等级，卫星根据雨云雾衰减曲线进行雨衰估计。 [0085] 3)大气吸收损耗[La] [0086] 在晴朗的天气，大气对电波传播将带来附加的吸收损耗。在15GHz‑35GHz的频率范围，主要是水蒸汽分子对电波的吸收产生的损耗，并在22GHz处有峰值(但在高仰角条件下不超过1dB)。而在35GHz‑80GHz的频率范围，主要是氧分子的吸收使附加损耗增加，并在60GHz处有较大的损耗峰(超过100dB)。总体上看，吸收损耗随频率的增加而加大，但在 30GHz处有一最低的谷点。 [0087] 和雨衰一样，大气吸收损耗无法定量分析，一般仅根据经验曲线取估计值，如图5所示。 [0088] 4)极化损耗[Lp] [0089] 数传射频信号传输过程中可能会出现极化偏移，因此能量从空间耦合到接收天线时，存在极化损耗，特别是降雨对无线电波去极化作用明显，链路估算中一般取值为1.5dB。 [0090] 5)天线指向损耗[Lrp] [0091] 如图6所示，地面接收天线增益是能够达到天线增益的峰值，即天线射束对准卫星时的增益。由于地面站天线会受风力影响，卫星在轨道上会有飘移或其他技术原因，会出现天线指向偏差。这种情况导致的天线增益下降称为天线指向损耗。在偏离角小于半功率波束角1.5倍时，指向误差对天线增益的影响体现在下式： [0092] [0093] 其中，Gm为天线的最大增益，θ0.5为天线半功率点的波束宽度，θ是天线指向误差(即天线偏离主轴向的角度)。对上式取对数，如下： 可得到天线指向损耗的计算式： 当链路计算时根据地面站指向误差控制精度 和波束宽度θ0.5可以推算出天线指向损耗，与极化损耗[Lp]一样，在链路估算中作为常值累加。 [0094] 具体地，所述步骤M3包括：为了降低遥感数据量，通过星上预处理目标检测，识别存在目标的遥感区域，降低检测门限，提高虚警率，防止遗漏有效目标；同时也可通过地面上注参数信息，指定需要下传的热点地区或通过地面遥感指定区域作为热点地区，识别感兴趣遥感区域； [0095] 所述预处理包括机器学习、图像识别，检测遥感成像的目标； [0096] 所述热点地区包括敏感地区和指定背景区域。 [0097] 具体地，所述步骤M5包括： [0098] 步骤M5.1：将原始遥感数据、预处理目标检测数据、遥感压缩数据缓存在遥感缓冲区，供挑选存储下传； [0099] 步骤M5.2：根据感兴趣遥感区域信息，挑选遥感缓冲区的对应数据存储，当感兴趣遥感区域不大，原始遥感数据可以下传时，则选择存储预处理目标检测数据与原始遥感数据；当感兴趣遥感区域较大，原始数据无法下传时，则选择存储预处理目标检测数据与遥感压缩数据，得到挑选的存储遥感数据，一般情况下存储预处理检测数据与原始数据； [0100] 步骤M5.3：根据挑选的存储遥感数据，获得要下传的遥感数据量估计，作为星地数据链决策的考虑要素； [0101] 具体地，所述步骤M6包括：根据要下传的遥感数据量估计与星地数据传输链路损耗，确定遥感数据链的码率、编码方式、调制方式和发射功率，读取挑选的存储遥感数据，自动调节卫星数据传输，优化发射功率与信道利用率，提升遥感数据传输能力。 [0102] 所述链路模型是获取下行链路衰减后，通过下行信号传输模型调节卫星发射功率、数据速率等链路特性。 [0103] 通过上述步骤M1的上行检波方式，估算获得下行的链路衰减[L]d，根据估算的星地传输链路[L]d和已知的星上发射机的输出功率[Pt]d、发射增益[Gt]d、地面站接收能力[Gr/Tr]d、信道编码增益[Gc]d，如下式可计算 值。 [0104] 下行传输信号模型如下： [0105] [0106] 其中，[k]——波尔兹曼常数的对数值，单位为分贝(dB)。[Rc]max——信道编码后的最大链路传输比特速率的对数值，单位为分贝比特每秒(dBbit/s)；[Gc]——信道编码增益，对数值，单位为分贝(dB)。 需要大于系统要求的误比特率所对应的Eb/N0门限值，如此可以得到最大编码数据速率[Rc]max，从而获得此时卫星的最大数据传输能力。若卫星数据所需的传输速率[Rc]小于[Rc]max，则可以降低[Pt]d，减少卫星的功耗，或者提升 提高地面站接收数据的解调质量。综上，可在 [Rc]、[Pt]d3个变量间均衡取舍，自动调节，既保证数据传输，又能节省卫星功能，实现数据链的智能自动调节。 [0107] 根据本发明提供的一种基于遥感状态估计的卫星智能数传系统，包括： [0108] 模块M1：根据上行链路功率检波及链路模型预估，实时估计星地数据传输链路损耗，估计星地信道数据传输能力； [0109] 模块M2：根据实时估计得到的星地数据传输链路损耗，结合卫星的数传发射功率、地面接收机的接收能力，计算获得数传的最大数据传输能力，作为遥感数据挑选决策的考虑要素； [0110] 模块M3：通过预处理目标检测及热点区域指定，识别感兴趣遥感区域； [0111] 模块M4：根据获得的数传最大数据传输能力以及感兴趣遥感区域数据量，评估是否需要传输压缩数据，设置压缩参数，调整遥感数据压缩比与压缩质量，使其既能够传输至地面，又能兼顾较好的压缩质量。 [0112] 模块M5：缓存预处理目标检测数据、原始遥感数据与压缩遥感数据，依据数传的最大数据传输能力与感兴趣遥感区域数据量，选取存储需要下传的数据信息，从而获得需要下传的遥感数据量估计； [0113] 模块M6：读取待下传数据，依据待下传的遥感数据量与星地数据传输链路损耗，自动调节卫星数据传输链路； [0114] 具体地，所述模块M1包括： [0115] 当星地上行链路通畅时，卫星接收与下行数传同频段的地面上行射频信号，检波测量上行信号功率电平，地面发送功率、卫星接收机损耗已知，获得上行链路衰减，下行数传链路衰减与同频段的上行链路衰减基本一致； [0116] 卫星数传信号在星地之间传输时经过很大的传输距离，因此经历较大的自由空间传输损耗，此外，由于信号传输过程中电磁波经过电离层、对流层等不同空间环境，在电离层时有电离层闪烁，在对流层时经历降雨衰减、大气吸收、云雾、降雪等的散射和吸收以及大气折射、日凌等影响，这些影响造成了空间传播的附加损耗[L]。传输损耗[L]的对数表达式为： [0117] [L]＝[Lf]+[Lr]+[La]+[Lrp]+[Lp] (1) [0118] 其中：[Lf]表示自由空间传输损耗，对数值，单位为分贝(dB)；[Lr]表示降雨损耗，对数值，单位为分贝(dB)；[La]表示大气吸收损耗，对数值，单位为分贝(dB)；[Lp]表示极化损耗，对数值，单位为分贝(dB)；[Lrp]表示接收天线的指向损耗，对数值，单位为分贝(dB)。 [0119] 卫星上行数传接收链路的检波功率[Pr]u计算公式为： [0120] [Pr]u＝[Pt]u+[Gt]u‑[L]u+[Gr]u (2) [0121] 其中地面站发送的上行功率[Pt]u、地面站天线的增益[Gt]u均为已知，[0122] 检波功率[Pr]u实时测量获得，卫星接收天线增益 在产品设计时已确定。 [0123] 上行传输链路衰减[L]u待定，通过上式可计算获得上行传输链路衰减[L]u，因为上下行数传的传输路径及频率一致，所以下行数传链路衰减[L]d与同频段的上行链路衰减[L]u一致。 [0124] 当星地上行链路不通时，则根据卫星的轨道信息、地面站位置信息、地面上注的大气信息，估算包括链路的空间、大气损耗，从而获得下行数传链路的衰减估计。 [0125] 传输损耗[L]的对数表达式为：[L]＝[Lf]+[Lr]+[La]+[Lrp]+[Lp]，其中主要损耗是空间链路损耗。各个衰减项估算方法如下： [0126] 1)空间损耗估算[Lf]： [0127] [0128] 其中：d为星地距离以km为单位；λ为工作波长；f为工作频率以GHz为单位。星地距离d计算方式如图3所示。 [0129] 其中：α为视角；β为地面接收仰角；RE为地球半径，6371km；h为轨道高度。 [0130] 根据三角形定理，有如下关系： [0131] [0132] [0133] 由上述公式可以计算得到星地距离，进而计算出自由空间传输损耗。 [0134] 2)降雨损耗[Lr]估算： [0135] 降雨引起的电波传播损耗的增加称为雨衰。雨衰是雨滴对微波能量的吸收和散射产生的，其作用程度取决与降雨的微观结构，如雨滴的尺度分布、温度、速度乃至形状，并随着频率的增高而加大，当频段高于10GHz时，降雨使电波传播过程中最主要的大气衰减因素。由于雨衰不能精确预测，一般仅根据经验曲线估计雨衰值，在链路计算中留出足够余量，如图4所示。 [0136] 一旦地面站的位置确定后，就可以查出该地区的降水率Rp(mm/h)和出现的年时间概率p％。亚洲地区的降水量分布如图4所示。我国各地分属C、E、F、K、N五个区，其中东南地区为N区，中部大部分地区为K区。定期上注地面站所属区域的天气等级，卫星根据雨云雾衰减曲线进行雨衰估计。 [0137] 3)大气吸收损耗[La] [0138] 在晴朗的天气，大气对电波传播将带来附加的吸收损耗。在15GHz‑35GHz的频率范围，主要是水蒸汽分子对电波的吸收产生的损耗，并在22GHz处有峰值(但在高仰角条件下不超过1dB)。而在35GHz‑80GHz的频率范围，主要是氧分子的吸收使附加损耗增加，并在60GHz处有较大的损耗峰(超过100dB)。总体上看，吸收损耗随频率的增加而加大，但在 30GHz处有一最低的谷点。 [0139] 和雨衰一样，大气吸收损耗无法定量分析，一般仅根据经验曲线取估计值，如图5所示。 [0140] 4)极化损耗[Lp] [0141] 数传射频信号传输过程中可能会出现极化偏移，因此能量从空间耦合到接收天线时，存在极化损耗，特别是降雨对无线电波去极化作用明显，链路估算中一般取值为1.5dB。 [0142] 5)天线指向损耗[Lrp] [0143] 如图6所示，地面接收天线增益是能够达到天线增益的峰值，即天线射束对准卫星时的增益。由于地面站天线会受风力影响，卫星在轨道上会有飘移或其他技术原因，会出现天线指向偏差。这种情况导致的天线增益下降称为天线指向损耗。在偏离角小于半功率波束角1.5倍时，指向误差对天线增益的影响体现在下式： [0144] [0145] 其中，Gm为天线的最大增益，θ0.5为天线半功率点的波束宽度，θ是天线指向误差(即天线偏离主轴向的角度)。对上式取对数，如下： 可得到天线指向损耗的计算式： 当链路计算时根据地面站指向误差控制精度 和波束宽度θ0.5可以推算出天线指向损耗，与极化损耗[Lp]一样，在链路估算中作为常值累加。 [0146] 具体地，所述模块M3包括：为了降低遥感数据量，通过星上预处理目标检测，识别存在目标的遥感区域，降低检测门限，提高虚警率，防止遗漏有效目标；同时也可通过地面上注参数信息，指定需要下传的热点地区或通过地面遥感指定区域作为热点地区，识别感兴趣遥感区域； [0147] 所述预处理包括机器学习、图像识别，检测遥感成像的目标； [0148] 所述热点地区包括敏感地区和指定背景区域。 [0149] 具体地，所述模块M5包括： [0150] 模块M5.1：将原始遥感数据、预处理目标检测数据、遥感压缩数据缓存在遥感缓冲区，供挑选存储下传； [0151] 模块M5.2：根据感兴趣遥感区域信息，挑选遥感缓冲区的对应数据存储，当感兴趣遥感区域不大，原始遥感数据可以下传时，则选择存储预处理目标检测数据与原始遥感数据；当感兴趣遥感区域较大，原始数据无法下传时，则选择存储预处理目标检测数据与遥感压缩数据，得到挑选的存储遥感数据，一般情况下存储预处理检测数据与原始数据； [0152] 模块M5.3：根据挑选的存储遥感数据，获得要下传的遥感数据量估计，作为星地数据链决策的考虑要素； [0153] 具体地，所述模块M6包括：根据要下传的遥感数据量估计与星地数据传输链路损耗，确定遥感数据链的码率、编码方式、调制方式和发射功率，读取挑选的存储遥感数据，自动调节卫星数据传输，优化发射功率与信道利用率，提升遥感数据传输能力。 [0154] 所述链路模型是获取下行链路衰减后，通过下行信号传输模型调节卫星发射功率、数据速率等链路特性。 [0155] 通过上述模块M1的上行检波方式，估算获得下行的链路衰减[L]d，根据估算的星地传输链路[L]d和已知的星上发射机的输出功率[Pt]d、发射增益[Gt]d、地面站接收能力[Gr/Tr]d、信道编码增益[Gc]d，如下式可计算 值。 [0156] 下行传输信号模型如下： [0157] [0158] 其中，[k]——波尔兹曼常数的对数值，单位为分贝(dB)。[Rc]max——信道编码后的最大链路传输比特速率的对数值，单位为分贝比特每秒(dBbit/s)；[Gc]——信道编码增益，对数值，单位为分贝(dB)。 需要大于系统要求的误比特率所对应的Eb/N0门限值，如此可以得到最大编码数据速率[Rc]max，从而获得此时卫星的最大数据传输能力。若卫星数据所需的传输速率[Rc]小于[Rc]max，则可以降低[Pt]d，减少卫星的功耗，或者提升 提高地面站接收数据的解调质量。综上，可在 [Rc]、[Pt]d3个变量间均衡取舍，自动调节，既保证数据传输，又能节省卫星功能，实现数据链的智能自动调节。 [0159] 本发明可应用于卫星数传系统，基于热点区域指定与图像预处理检测，优选必要的下传信息，动态感知星地链路状态，结合待下传的数据量优化下行数传的编码、调制与功率，提升卫星下传遥感信息的质量与效率； [0160] 综上，实时估计星地数据传输链路损耗，识别感兴趣遥感区域，依据数传能力与感兴趣区域数据量，调整压缩参数，挑选存储需要下传的数据信息；再依据挑选下传的遥感数据量，自动调节卫星数据传输，优化遥感数据链的码率、编码方式、调制方式与发射功率，提升遥感数据传输能力，具有良好地工程应用价值。 |
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