GMS气象卫星云图实时数据录取和图像处理

2 云图数据的实时录取

当卫星接收机收到卫星发来的高频信号后，首先对它进行高频、中频放大及调解、解码处理，撮出云图图像数据及帧同步脉冲、字同步脉冲、位同步脉冲等信号。由于GMS-3云图信息是一个660Kbit 的数据流，数据量高达95MB，所以应当对云图接收机发来的数据进行前置预处理。预处理的主要作用是对接收机发来的数据进行提取、缓冲，去掉一些无用的重复数据。本文介绍的云图处理系统，以一片Intel 8086 CPU为核心组成一个16位专用单板机，其框图如图2所示。

接口及同步电路主要用于对接收机送出的信号进行帧同步和串并转换，然后以16位DMA的方式将数据存入缓冲存储器中。存储器分两个部分，RAM1和RAM2。接收数据时，将一帧数据首先放入 RAM1或RAM2中的一个中，例如RAM1中，当一帧数据接收并处理完后，Intel 8086 CPU控制总线接口电路向主机发出取数据请求，并将保存最近一帧数据的RAM1存储器的控制权交给主机，同时做好下一帧数据存入另一存储器RAM2中的准备。用这种双缓冲存储器方式，可以使数据预处理与主机对云图的处理并行进行，大大节省了主机的资源开销，可实现云图的实时显示。

3 云图数据的实时存储

由于GMS-3卫星云图数据量大、传输速度高，采用一般的文件读写方式不能完成数据的实时存盘要求，必须绕过操作系统的文件组织结构，直接对磁盘上的磁道进行寻址和读写操作。图3所示为磁盘上的磁道、扇区组织形式。操作系统通常以扇区为单位进行读/写访问，即一次读/写一个扇区。一扇我通常为512字节，0.5KB，读写一个扇区一般要 1.5ms，磁头在磁道间移动的定位时间，即平均寻道时间为10ms。假设操作系统每读/写一个扇区后均需重新定位磁道，则存储一帧42KB数据所花的时间为（42/0.5）×（10+1.5）=966ms，超过了卫星发一帧数据的时间600ms。若在程序中直接控制磁头定位到某一磁道，然后连续写完该磁道上的所有扇区，再去寻找下一空磁道，则假设每一磁道有17个扇区，那么一个磁道上就保存17/2=8.5KB数据，花费时间（17×1.5）+10= 35.5ms。保存一帧数据约需访问（42/18.5）约为5个磁道，所需时间为35.5×=177.5ms，大大小于600ms，完全满足了实时存储的要求。

4 主要图像处理功能

GMS-3卫星云图含有丰富的信息，对它的图像进行各种处理，可以获取许多有用的资料。下面简述几项常用的主要功能。