新一代遥感数据中心建设的关键技术

为满足大型业务发展需要,建设新一代数据中心已成为一种共识。根据国际正常运行时间协会(UI)的划分,数据中心从基础级、冗余部件级发展到可并行维护级和容错级,其可用性和可靠性得到明显提高。针对大容量遥感资料对于数据传输和处理高时效、系统计算负载和存储容量高增长的要求,在研究新一代数据中心(NDC:NewDataCenter)六大关键技术的基础上,重点对自动化动态资源部署、优化资源的利用效率、统一的基础设施管理、完善的资源和数据保护、信息技术架构的可扩展性、节能技术和产品等方面进行了应用与实践,促进了新一代遥感数据中心的成功建设。文章结合新型气象卫星风云三号地面系统的建设实践,阐述了新一代遥感数据处理中心建设中若干关键技术的实现方法。

气象卫星资料处理软件再工程方法与实践

分析了现行气象卫星资料处理软件开发体制和模式的弊端,归纳并总结了卫星气象应用系统软件工程化在整体上的原则性要求,提出了风云二号气象卫星02批资料处理应用软件开发方法,对气象卫星资料应用科学研究人员、软件工程化人员和系统集成人员进行了任务界定,分析和总结了风云二号卫星02批资料处理软件再工程过程中的开发模式、准则和有关要求。最后按再分析、再编码、再测试3个阶段简要介绍了对风云二号卫星02批资料处理软件进行再工程改造的实施情况。

中国新一代极轨气象卫星——风云三号

风云三号(简称FY-3)是中国第2代极地轨道气象卫星系列。它的第1颗星———风云三号A星(FY-3A)于2008年5月27日上午11时02分33秒在山西太原卫星发射中心发射升空。新一代极轨气象卫星主要是实现全球、全天候、三维、定量、多光谱遥感,以满足现代气象业务,特别是数值天气预报业务的发展,同时监测大范围气象及其衍生自然灾害和生态环境变化,为研究全球气候变化规律,进行气候诊断和预测提供地球物理参数,为农、林、交通、海洋、水文等多领域提供服务。FY-3A携带11个对地观测仪器,其观测数据通过星地链路进入地面接收站,并在数据处理和服务中心(国家卫星气象中心大楼内)汇集。在强大的计算机和网络支撑下,利用科学算法对仪器遥感数据进行处理,生成各类产品,提供给用户使用。FY-3A发射后,经过半年的在轨测试和试运行,于2009年初正式投入业务运行,卫星和地面系统状态稳定,工作正常。文中较系统全面地介绍了卫星轨道、数传、仪器、数据接收、处理和产品等,尤其分析了星载仪器的主要技术特征,并给出了部分产品应用实例。

我国新一代极轨气象卫星(风云三号)工程地面应用系统

风云三号气象卫星是实现全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感的我国第二代极轨气象卫星系列,已成为世界气象组织在亚洲的重要业务卫星,为提高我国气象卫星在世界气象组织卫星观测系统中的地位奠定了重要的基础,世界气象组织已将风云三号气象卫星纳入世界气象卫星全球观测业务序列。依靠我国自主力量设计与建设的新一代极轨气象卫星风云三号地面应用系统首次利用海内外接收站网实现了上、下午星全球资料的高时效获取,首次利用国产卫星实现了大气三维探测,实现了臭氧和辐射收支等探测的高精度处理,突破了卫星资料定量反演、数值预报同化应用以及气候应用等核心技术。

静止卫星标称投影解析方法及其在FY2-C中的应用

通过对静止卫星在三轴椭球参数条件下地心坐标的标称投影公式推导过程,建立了经纬度到单位平面位置的可逆映射方程,其正反算公式精度可达10-20;并对大地坐标的经纬度进行了类似的推导,但标识线垂直地表而不过地心的坐标定义导致正算公式中存在角度正切的四次方项,因此反算需要采用数值解法。两组解析表达式为查照表的建立提供了直接的数学依据,相对于迭代数值计算方法而言,解析方法更便于分析投影过程的误差和畸变。围绕FY2-C卫星地面系统工程中查照表的重建,兼顾卫星图像陆地位置与主要大陆轮廓数据的投影吻合,需要对单位平面的投影进行放大和平移,并提供多组可选择的放大因子,使得经纬度到图像点映射与查照表对应值整体误差较小。建议根据实际应用的坐标系统、卫星位置参数、地球参数选择不同的匹配参数。这种方法可以应用于图像点地理位置精度要求很高但计算不是特别频繁的数据处理算法中,如相对定标和定位,但在其他算法中除了精度以外查照表还是有作用的。

新一代气象卫星资料处理系统并行调度算法研究与应用

气象卫星地面系统资料处理中心每天要处理大量数据,对于时效性、可靠性的要求非常高。文中借鉴蚁群并行处理算法的思想,结合资源预留策略、动态优先级增加策略以及服务器虚拟化应用概念,提出了一个基于性能预测、计算连接权重的动态并行调度算法——信息素动态加权法,在一定程度上实现了高可用性集群(HPC)中的动态负载平衡,协助系统迅捷、准确地找出最佳服务器响应处理请求,从而提高高性能大型数据处理中心对大容量实时数据的处理效率。

基于Internet/Intranet的气象卫星资料检索系统

描述一个国家级的气象卫星资料Web检索系统的方案设计和实现。该方案采用Web浏览器/Web服务器/数据库服务器三层体系结构,实现并发布了基于Internet/Intranet的气象卫星资料编目检索业务系统。检索系统建立在HP UX操作系统上,以NetscapeEnterpriseServer为Web服务器,Netscape公司的LiveWire为中间件,Sybase为数据库管理系统。检索系统重点突破了可视化地图框定检索关键技术,实现了快视图浏览、编目检索、各类客户端可控制的图像动画等功能。

静止气象卫星地面应用系统概念设计

静止气象卫星地面应用系统是一个具有高速通信、大规模数据处理、高时效产品服务、海量数据存储功能的大型业务应用系统。该文试通过概念设计的方法,说明在静止气象卫星业务系统注建设过程中如何获得并维持其概念的完整性。

系统工程方法在风云三号极轨气象卫星地面应用系统工程中的应用

简要介绍了基于需求分析的风云三号(FY-3)卫星观测能力设计,并阐述了卫星地面应用系统如何利用系统工程方法进行地面系统顶层设计,统筹FY-3卫星和地面系统工程需求,合理布局地面接收站,科学划分地面系统各功能单元的任务,实现建成后的地面应用系统整体能力最大化。

风云三号卫星有效载荷与地面应用系统概述

风云系列卫星搭载的有效载荷对地球进行了重要的观测。观测数据由相应的地面应用系统处理并分发给用户。介绍了风云三号卫星的有效载荷、地面系统以及未来的发展计划,同时也讨论了风云三号卫星仪器的主要特点与仪器面对主要应用的要求。风云三号卫星搭载有9个新仪器,包括微波温度探测仪(MWTS),微波湿度探测仪(MWHS),大气红外探测仪(IRAS),中分辨率光谱成像仪(MERSI),微波辐射成像仪(MWRI),太阳散射紫外线探测仪(SBUS),臭氧总量探测装置(TOU),太阳辐射监测仪(SIM)和地球辐射测量仪(ERM)。经验证,IRAS、MWTS、MWHS和MWRI等仪器获取的数据质量良好,根据在欧洲中期天气预报中心(ECMWF)所做的评估,这些数据有着很高的可用性。MERSI有20个可见光与红外通道,其中有3个空间分辨率为250m的可见光通道,一个空间分辨率为250m的近红外通道和一个空间分辨率为250m的长波红外通道。空间分辨率为250m的全球数据在天气、灾害和环境监测方面的应用十分广泛。与地面观测相比,来自风云三号卫星的臭氧产品精度更高。这些仪器和大部分产品的校准与验证工作已经完成。

风云二号02批气象卫星数据处理中心软件工程方法

数据处理中心是风云二号02批静止气象卫星地面应用系统的核心业务处理系统之一。该文描述了风云二号02批卫星的业务特征;对科研阶段研制的数据处理中心应用软件在稳定业务运行方面尚有的欠缺做出分析;根据软件工程的再工程理论,提出使用逆向工程方法,进行数据、代码、接口和文档的重构;对数据处理中心的业务流程进行构造,对业务系统进行逻辑层次的结构设计。

气象卫星资料虚拟存储系统设计与实现

利用服务器连接（SAS）技术和存储局域网（SAN）技术构建气象卫星资料存储系统,实现群集环境中计算机系统间的存储资源共享,设计虚拟存储管理软件对不同的物理存储设备进行逻辑管理,可以简化存储设备的使用,可以提高系统运行效率。国家卫星气象中心的气象卫星资料存储系统的运行结果表明:虚拟存储是解决群集环境中不同物理存储设备有效使用的一条切实可行的技术路线。

加解密技术在我国新一代气象卫星数据传输中的应用

我国新一代气象卫星探测资料种类繁多,资料发送方式多种多样,为了保证某种探测资料在特定环境下的授权使用,在数据传输过程中采用了加密和解密技术。在星上,对将要传输的数据通过分配的加密密钥进行加密处理;在地面,只对授权用户分配解密密钥,保证授权用户可以对接收到的数据进行解密处理,把数据恢复为可用状态。本文介绍了应用在新一代气象卫星数据传输过程中的加解密算法,并讲述了应用软件实现地面解密的过程。

新一代极轨气象卫星风云三号A星及在轨试用情况

风云三号是实现全球、全天候、三维、定量和多光谱遥感的中国第二代极轨气象卫星系列,该系列的第一颗星风云三号A星(FY-3A)是一颗试验试用卫星,已于2008年5月27日11时成功发射并转入在轨运行和测试阶段。本文在概述中国气象卫星的基础上,介绍了FY-3A卫星的主要设计指标,同第一代极轨气象卫星相比主要观测能力的改进、FY-3A地面应用系统的设计和实现、FY-3A遥感产品的设计以及遥感产品在在轨测试期间试验试用情况。

软件再工程在FY-2(02)批地面数据处理系统建设中的应用

介绍了FY-2(02)批静止气象卫星应用系统工程建设项目工程化阶段针对DPC子系统建设的总体要求,运用软件再工程方法学原理,通过逆向工程、代码重构、数据重构、文档重构等一系列工程化过程,对FY-2(02)批预研阶段提交的资料和产品处理软件进行了面向产品和面向处理的流程再造,提取了公共服务,简化了处理流程,并形成了详尽的文档。软件再工程后的DPC资料和产品处理系统满足了FY-2(02)批地面应用系统的高可靠性、可维护性和实时性等要求。

气象卫星低分辨率资料传输的数字化

气象卫星低分辨率模拟资料传输WEFAX即将数字化为LRIT ,阐述了LRIT (低分辨率信息传输 )内容。

风云三号气象卫星大数据集产品并行处理模式

针对风云气象卫星地面应用系统中如何缩短大数据集产品的处理时延,提高系统资源利用率的问题,提出了一种基于性能预测的、计算节点作业执行概率的信息素动态加权并行算法(pdw),并构建了新的并行处理模式。该模式一方面能够根据轨道级遥感数据与目标产品之间的空间位置匹配关系进行网格处理粒度的合理划分;另一方面,采用pdw算法综合考虑节点本身的处理能力和实时负载信息进行分粒度作业的资源匹配调度。业务实测结果表明,较传统的处理模式,采用新的处理模式后,具有典型大数据集特征的风云三号(FY-3)中分辨率光谱成像仪(MERSI)250 m分辨率全球植被指数分层数据格式(HDF)产品的处理时效提高了10倍左右,所提并行处理模式可以有效缓解I/O资源占用瓶颈、均衡系统负载,提升大数据集产品的处理效率。

FY-2C星后端应用系统设计与业务运行调度管理

介绍了风云二号(FY-2)C气象卫星地面应用系统中计算机网络及存储系统(CNAS)的总体设计目标、功能与组成,CNAS实时业务软件系统(CROSS)在系统中的调度和管理功能,以及在轨运行情况。从顶层设计的角度分别给出了网络系统、计算机系统和存储系统的总体框架,描述C星数据采集、传输、处理、存档和检索服务实时业务系统的功能与实现方法。分析了系统采用的软件工程化与公共服务、在线与存档文件规范、前置与收工处理、质量控制、设计与实现技术,以及部署方案与技术路线等关键技术及其特点。

基于量子克隆选择的自适应多模式快速运动估计算法

该文提出一种新的基于量子克隆选择的自适应多模式快速运动估计算法。算法利用序列图像的时空预测运动矢量作为序列活动剧烈程度的依据,自适应选择搜索模式。静止块直接中止搜索;平缓运动类型块以(0,0)点为起始点,直接使用CDS搜索模式;剧烈运动类型块使用QCS/CDS联合搜索模式,首先使用量子克隆选择QCS寻找近似最优解,然后以近似最优解为起始点,使用CDS搜索。实验结果证明,算法在能够获得接近全搜索方法所得到的平均峰值信噪比前提下,平均搜索点数大大减少,搜索速度显著加快。