원격 탐사 위성은 지상 수백 킬로미터 위의 궤도에서 지구를 이미지화합니다. 원시 페이로드 데이터는 직접 사용할 수 없습니다. 대신 무선 주파수 수신, 디지털화, 신호 동기화, 복조 및 디코딩, 프로토콜 구문 분석, 이미지 재구성을 수행하여 궁극적으로 표준화되고 사용 가능한 이미지 제품을 생성하려면 전체 지상국 장비 세트가 필요합니다. 이 중 VPX-아키텍처 고속-기저대역 데이터 처리 장치- 즉,원격탐사 데이터 처리 장비-는 지상 수신 시스템의 핵심 허브 역할을 합니다. 프런트 엔드에서 안테나의 RF 수신 체인과 인터페이스하고 완전하고 유효한 데이터를 백엔드의 빠른-시청 시스템, 저장 시스템 및 산업별{2}}워크스테이션에 출력합니다. 다음 섹션에서는 실제 위성-대-지상 신호 전송 링크를 기반으로 기기의 표준화된 처리 작업흐름과 하드웨어 아키텍처를 포괄적으로 분석합니다.
1. 프런트-엔드 RF 입력 및 디지털 전처리 체인
위성이 머리 위를 지나갈 때 포물선형 안테나는 위성의 다운링크 RF 반송파를 포착합니다. 신호는 저-잡음 증폭기(LNA)로 증폭되고 필터링된 후 실외 다운컨버터로 전송됩니다. 이 다운컨버터는 고주파수 RF 신호를 표준 중간 주파수로 하향 변환합니다.- 장치는 두 가지 유형의 입력 사양을 지원합니다.
1) 표준 IF 입력: 공통 70MHz 및 140MHz IF; 장치는 맞춤형 솔루션으로 전용 720MHz IF로 구성될 수 있습니다.
2) L-대역 RF 직접 입력: 950~1500MHz 범위의 L-대역 신호 직접 입력을 지원합니다. 내장된-보조 하향 변환 모듈은 신호를 장치의 표준 중간 주파수로 변환합니다.
중간-주파수 신호가 베이스밴드 장비에 공급된 후 먼저 자동 이득 제어(AGC) 및 중간{1}}주파수 필터링을 거친 다음 고속-아날로그---디지털 변환기(ADC)로 샘플링되어 아날로그 중간-주파수 신호를 복잡한 디지털 베이스밴드 샘플 스트림으로 변환합니다. 모든 동기화, 복조 및 디코딩 작업은 디지털 샘플 신호를 기반으로 수행됩니다.
궤도에서 위성의 고속 이동으로 인해 다운링크 신호는 광범위한 도플러 편이를 전달합니다. 이 장치는 FPGA 내에 캐리어 추적 루프를 통합하여 로컬 수치 제어 발진기(NCO)의 주파수와 위상을 실시간으로 조정하여 도플러 편이를 지속적으로 보상하고 안정적인 신호 잠금을 유지합니다. 동기화 프로세스는 표준 엔지니어링 순서를 따릅니다. 먼저 비트 동기화를 수행한 다음 정밀한 반송파 추적을 수행합니다. 비트 동기화 모듈은 샘플링된 데이터 스트림에서 정확한 기호 타이밍 클록을 추출하여 캐리어 루프 및 기호 결정을 위한 통합 시간 참조를 제공함으로써 도플러 편이로 인한 기호 샘플링 오프셋 및 잠금 손실을 방지합니다.
2. 다중-포맷 복조 및 채널 오류 정정 디코딩
동기화 및 잠금이 완료된 후 디지털 기호 스트림은 FPGA 하드웨어 복조 엔진으로 들어갑니다. 이 장치에는 주류 원격 감지 위성 시스템과 호환되는 복조 IP 코어가 통합되어 있으며 BPSK, QPSK, SQPSK, 16QAM 및 GMSK와 같은 변조 방식을 지원합니다. 하드웨어 보드를 교체할 필요 없이 소프트웨어 매개변수를 전환하기만 하면 다양한 위성 모델에 적용할 수 있습니다.
공간 전송 프로세스에서는 노이즈와 페이딩이 발생하여 비트 오류가 발생합니다. 온보드 송신기는-다중-레벨 채널 오류-수정 코드를 적용하고 베이스밴드 장비에는 해당 디코딩 모듈이 장착되어 있습니다. 이는 RS 코드, 컨벌루션 Viterbi 디코딩 및 LDPC 소프트{4}}결정 디코딩을 지원합니다. 하드웨어 병렬 가속은 높은-처리량, 실시간-오류 수정을 가능하게 하여 전송 오류 복구를 극대화하고 깨끗하고 오류가 없는-비트 데이터 스트림을 출력합니다.
3. CCSDS 표준 디인터리빙, 프레임 동기화 및 패킷 구문 분석
모든 민간 및 상업용 원격 탐사 위성은 CCSDS 우주 데이터 시스템 표준을 일률적으로 준수하며 장비는 CCSDS 종단간 처리를 완벽하게 구현합니다. 위성 다운링크 데이터는 의사 난수 시퀀스를 사용하여 스크램블되어 반송파 누출을 억제합니다. 디코딩 후에는 원래의 무작위 비트스트림을 복원하기 위해 먼저 디스크램블링 작업이 수행됩니다.
디스크램블링 후 모듈은 구성 가능한 프레임 동기화 헤더를 검색하고 고정하여 각 데이터 프레임의 시작 위치를 찾습니다. 그런 다음 프레임 헤더 필드를 구문 분석하여 VCID(Virtual Channel Identifier) 및 APID(Application Process Identifier)를 추출하여 광학/적외선 다중 스펙트럼 페이로드 이미지 데이터 패킷, 위성 원격 측정 보조 데이터 패킷, 온보드 자세 및 궤도 보조 데이터 등 여러 유형의 데이터 스트림을 구별합니다.
시스템은 APID를 기반으로 부하 데이터와 보조 정보를 분류하고 라우팅합니다. 보조 데이터는 별도로 캐시 및 보관되는 반면, 압축된 이미지 데이터 패킷은 독립적인 처리를 위해 이미지 압축 해제 장치로 전송됩니다.
4. 탑재된 압축 이미지의 실시간-압축 해제 및 재구성
다운링크 대역폭을 보존하기 위해 광학, 초분광 및 적외선 원격 감지 위성에는 일반적으로 세 가지 주류 압축 표준과 호환되는 온보드 실시간 압축 모듈이 장착되어 있습니다.
1) 공간 비{1}}파괴 테스트 표준: CCSDS 123(특히 다중 스펙트럼/초분광 3D 이미징용);
2) 범용-무손실: JPEGLS;
3) 손실이 많은-고충실도 압축: JPEG 2000.
베이스밴드 장치는 전용 감압 가속 장치와 쌍을 이루는 멀티-코어 CPU를 갖추고 있습니다. 패킷 헤더의 압축 플래그를 기반으로 적절한 알고리즘을 적응적으로 선택하고 압축 해제 매개변수를 동적으로 조정하여 처리 지연 시간과 이미지 충실도의 균형을 맞추고 하위-미터-해상도 원본 이미지를 완전히 복원하여 국토 측량, 농업 및 임업 모니터링과 같은 고정밀 애플리케이션의 요구를 충족합니다.-
5. VPX 이기종 실시간-시간 컴퓨팅 아키텍처(FPGA + 멀티{3}}코어 CPU)
원격 감지 데이터 처리 장비는 견고한 표준 VPX 섀시를 활용하고 FPGA 하드웨어 가속과 멀티-코어 CPU 범용-컴퓨팅을 결합한 이기종 병렬 아키텍처를 사용합니다. 순수한 소프트웨어-기반 멀티{4}}코어 솔루션과 달리 채널당 800Mbps의 최대 실시간 처리량을-지원합니다.
1) FPGA 로직 레이어: 고속-실시간-물리 레이어 작업-반송파 추적, 비트 동기화, 복조, LDPC/Viterbi 디코딩, 프레임 동기화, 백만 개의-레벨 병렬 파이프라인을 사용하여 CCSDS 디{4}}스크램블링 및 디{5}}프레이밍{6}}을 처리하여 지연 시간 없이 고속-데이터 스트림을 처리합니다.
2) 멀티-코어 CPU용 실시간 소프트웨어 계층: 이미지 압축 해제, 빠른 보기 생성, 작업 예약, 상태 모니터링, 데이터 라우팅 및 배포, 원격 운영 및 유지 관리 상호 작용을 담당합니다.
3) 모듈식 조립 라인 분해: 캐리어 동기화, 복조 및 디코딩, 프로토콜 구문 분석, 압축 해제 및 빠른 미리 보기, 데이터 배포가 독립적인 작업 단위로 분할되고 CPU 코어 및 FPGA 채널 전체에 걸쳐 병렬로 예약됩니다.
시스템은 소프트웨어 정의{0}}작업 토폴로지 재구성을 지원합니다. 매개변수가 다른 위성 간에 전환할 때 운영 및 유지 관리 담당자는 백엔드 소프트웨어를 사용하여 모듈 데이터 스트림, 코드 속도, 변조 및 코딩 매개변수, 프레임 동기화 단어를 재구성할 수 있습니다. 대부분의 시나리오에서는 하드웨어 수정이 필요하지 않습니다. RF 대역폭 또는 특정 주파수 대역 요구 사항과 관련된 시나리오에서만 프런트엔드 RF 필터 모듈을 교체해야 합니다.-
6. 고속-데이터 교환 및 확장 가능한 저장소 솔루션
이 기기에는 프런트엔드와 백엔드 간의 엔드{1}}데이터 교환을 지원하는 다양한 유형의 고속-서비스 인터페이스가 장착되어 있습니다.
프런트엔드-입력: 프런트엔드에서 RF 디지털화된 데이터 스트림을 수신하는 10-기가비트 광 포트 및 고속-LVDS 차동 인터페이스
백엔드 출력: 기가비트 이더넷, 10기가비트 이더넷, 압축 해제된 비디오 및 QuickView 데이터를 배포하는 데 사용됩니다.
클러스터 상호 연결: IB 고속-버스로 다중-기기 클러스터와 고용량 백엔드 스토리지 풀을 상호 연결하는 데 주로 사용됩니다.- 프런트엔드-RF 신호 액세스에는 사용되지 않습니다.
단일 채널의 표준 처리 속도 범위는 10Mbps에서 800Mbps입니다. 이중-채널 병렬 모드에서 작동하면 처리량이 두 배로 늘어납니다. 스토리지는 외부 디스크 어레이를 통해 확장되며 스토리지 용량은 어레이의 하드 드라이브 수와 백플레인 대역폭에 따라 선형적으로 확장됩니다. 그러나 하드웨어 슬롯과 I/O 대역폭의 제약으로 인해 용량을 무한정 확장할 수는 없습니다. 매일 대량의 원격 감지 데이터를 저장해야 하는 요구 사항을 충족하는 것만으로도 충분합니다.
7. 완전한-연계 실시간-시간 품질 모니터링 및 높은-신뢰성 운영 지원
시스템은 전체 신호 처리 체인에 걸쳐 계층적 상태 모니터링 노드를 배포하여 운영 지표를 지속적으로 기록합니다.
1) 물리 계층: 복조 Eb/N0, 실시간-비트 오류율, 반송파/비트 동기화 상태, 도플러 편이;
2) 데이터 링크 계층: 프레임 동기화 잠금-횟수, 패킷 체크섬 결과 및 APID 패킷 무결성 통계
3) 비즈니스 계층: 압축 해제 프레임 속도, QuickView 출력 대기 시간 및 인터페이스 처리량 부하.
모든 경보 로그 및 운영 지표는 실시간으로 로컬에 표시되며 자동으로 보관 및 저장됩니다. 시스템은 운영 및 유지 관리를 위해 로컬 콘솔과 원격 웹{1}} 기반 액세스를 모두 지원합니다. 이 기기는 군용 -강화 보드와 넓은-온도의 전원 공급 장치를 활용하며 평균 고장 간격(MTBF)이 25,000시간 이상이고 지상국에서 장기간 연속 24시간 작동을 위한 요구 사항을 충족합니다.-
8. 프로젝트 구현 및 산업 응용
이 일련의 원격 탐사 데이터 처리 장비는 현재 궤도에 있는 여러 국내 민간 원격 탐사 위성에 대량으로 배포되어 가시광선, 다중 스펙트럼, 초분광 및 적외선을 포함한 모든 유형의 페이로드-를 포괄하고{1}} 서브-미터 고해상도-해상도 표준 이미지 제품을 지속적으로 생산합니다. 이는 농업 및 임업 자원 조사, 수자원 보존 및 홍수 제어 모니터링, 천연 자원 매핑, 스마트 도시 계획과 같은 민간 분야에 널리 적용되었습니다. 동시에 여러 차례의 국제 협력 위성-대-지상 링크 테스트를 성공적으로 완료했으며 여러 국가의 CCSDS-표준 원격 감지 임무와 호환되어 복잡한 도플러 및 낮은 신호-대-잡음비 조건에서도 안정적이고 신뢰할 수 있는 처리 성능을 입증했습니다.
9. 맞춤형 솔루션 설명
지상국이 새로운-위성 수신 시스템을 설정해야 하는 경우원격탐사 데이터 처리 장비포괄적이고 심층적인 맞춤설정을 제공합니다.{0}}중간 주파수(IF) 중심 주파수, 변조/코딩 체계, CCSDS 프레임 매개변수, 고속 인터페이스 유형, 채널 수, 저장 용량 등을 모두 필요에 따라 구성할 수 있습니다. RF 수신, 실시간-기저대역 처리, 라이브 디스플레이부터 백엔드 저장 및 배포에 이르기까지 전체-체인 솔루션을 제공합니다.
프로젝트에 대한 맞춤형 구성 계획이나 기술 사양을 자세히 설명하는 백서를 얻으려면 당사 기술팀에 문의하세요.info@satgroundapplication.com
