GMS氣象衛(wèi)星云圖實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)錄取和圖像處理

2 云圖數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)錄取

當(dāng)衛(wèi)星接收機(jī)收到衛(wèi)星發(fā)來(lái)的高頻信號(hào)后，首先對(duì)它進(jìn)行高頻、中頻放大及調(diào)解、解碼處理，撮出云圖圖像數(shù)據(jù)及幀同步脈沖、字同步脈沖、位同步脈沖等信號(hào)。由于GMS-3云圖信息是一個(gè)660Kbit 的數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)量高達(dá)95MB，所以應(yīng)當(dāng)對(duì)云圖接收機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行前置預(yù)處理。預(yù)處理的主要作用是對(duì)接收機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、緩沖，去掉一些無(wú)用的重復(fù)數(shù)據(jù)。本文介紹的云圖處理系統(tǒng)，以一片Intel 8086 CPU為核心組成一個(gè)16位專(zhuān)用單板機(jī)，其框圖如圖2所示。

接口及同步電路主要用于對(duì)接收機(jī)送出的信號(hào)進(jìn)行幀同步和串并轉(zhuǎn)換，然后以16位DMA的方式將數(shù)據(jù)存入緩沖存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器分兩個(gè)部分，RAM1和RAM2。接收數(shù)據(jù)時(shí)，將一幀數(shù)據(jù)首先放入 RAM1或RAM2中的一個(gè)中，例如RAM1中，當(dāng)一幀數(shù)據(jù)接收并處理完后，Intel 8086 CPU控制總線接口電路向主機(jī)發(fā)出取數(shù)據(jù)請(qǐng)求，并將保存最近一幀數(shù)據(jù)的RAM1存儲(chǔ)器的控制權(quán)交給主機(jī)，同時(shí)做好下一幀數(shù)據(jù)存入另一存儲(chǔ)器RAM2中的準(zhǔn)備。用這種雙緩沖存儲(chǔ)器方式，可以使數(shù)據(jù)預(yù)處理與主機(jī)對(duì)云圖的處理并行進(jìn)行，大大節(jié)省了主機(jī)的資源開(kāi)銷(xiāo)，可實(shí)現(xiàn)云圖的實(shí)時(shí)顯示。

3 云圖數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)

由于GMS-3衛(wèi)星云圖數(shù)據(jù)量大、傳輸速度高，采用一般的文件讀寫(xiě)方式不能完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存盤(pán)要求，必須繞過(guò)操作系統(tǒng)的文件組織結(jié)構(gòu)，直接對(duì)磁盤(pán)上的磁道進(jìn)行尋址和讀寫(xiě)操作。圖3所示為磁盤(pán)上的磁道、扇區(qū)組織形式。操作系統(tǒng)通常以扇區(qū)為單位進(jìn)行讀/寫(xiě)訪問(wèn)，即一次讀/寫(xiě)一個(gè)扇區(qū)。一扇我通常為512字節(jié)，0.5KB，讀寫(xiě)一個(gè)扇區(qū)一般要 1.5ms，磁頭在磁道間移動(dòng)的定位時(shí)間，即平均尋道時(shí)間為10ms。假設(shè)操作系統(tǒng)每讀/寫(xiě)一個(gè)扇區(qū)后均需重新定位磁道，則存儲(chǔ)一幀42KB數(shù)據(jù)所花的時(shí)間為（42/0.5）×（10+1.5）=966ms，超過(guò)了衛(wèi)星發(fā)一幀數(shù)據(jù)的時(shí)間600ms。若在程序中直接控制磁頭定位到某一磁道，然后連續(xù)寫(xiě)完該磁道上的所有扇區(qū)，再去尋找下一空磁道，則假設(shè)每一磁道有17個(gè)扇區(qū)，那么一個(gè)磁道上就保存17/2=8.5KB數(shù)據(jù)，花費(fèi)時(shí)間（17×1.5）+10= 35.5ms。保存一幀數(shù)據(jù)約需訪問(wèn)（42/18.5）約為5個(gè)磁道，所需時(shí)間為35.5×=177.5ms，大大小于600ms，完全滿足了實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的要求。

4 主要圖像處理功能

GMS-3衛(wèi)星云圖含有豐富的信息，對(duì)它的圖像進(jìn)行各種處理，可以獲取許多有用的資料。下面簡(jiǎn)述幾項(xiàng)常用的主要功能。