[發明專利]一種適用于遙測數字量的幀差分壓縮傳輸方法

在審

• 申請號: 202010728614.7
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN111818086A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 王錦輝;段東建;謝雪明;蘇森;蘇鵬
• 申請（專利權）人: 北京星途探索科技有限公司
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種適用于遙測數字量的幀差分無損壓縮傳輸方法。運載火箭發射任務需要通過遙測數字量發射大量飛行參數到地面供分析，而在箭上傳感器較多的情況下，會占用比較多的遙測信道。能用于遙測數字量的信道有限。遙測數字量通常采用等長數據幀，數字量參數內容屬于漸變數據。該方法將遙測數字量當前發送幀內容與上次發送幀內容按字節進行差分異或處理，處理后會出現大量的冗余。再對處理后的數據進行哈夫曼編碼壓縮，以固定幀頭不定幀長的形式發出。哈夫曼編碼使用地面測試的標準彈道遙測數字量作為樣本。哈夫曼編碼在飛行任務前固化到箭載計算機，用于遙測數字量壓縮。遙測地面設備解析時使用該哈夫曼編碼進行解壓和異或還原遙測數字量。

技術領域

本發明應用于運載火箭遙測數字量傳輸設計領域，尤其是遙測數字量的無損壓縮傳輸方法。

背景技術

隨著商業航天的發展，商業發射任務與日俱增。箭載遙測設備除了保證把發射任務必要的參數發回地面分析外，載荷方也對載荷的分析參數要求亦越來越多。運載火箭發射任務更不同于衛星，運載火箭生命周期比衛星短的多，而遙測數據信道帶寬是有限的，如何在有限時間和有限的的數據帶寬內發送更多的飛行參數到地面分析顯得尤為重要。

箭載計算機的處理速度有限，高效快速的壓縮算法是遙測數據壓縮應用的必要條件。誤碼是遙測數據傳輸中不可回避的問題點，壓縮后的數據如果出現誤碼可能無法完成解壓過程。遙測數據的壓縮重點就在于壓縮速度和壓縮率提高，降低遙測誤碼帶來的解壓縮過程中誤碼擴散。

發明內容

本發明的技術解決問題是：

運載火箭的遙測數字量特點一般以固定幀長；且幀長一般幾百到幾千個字節；幀內容主要為飛行工作參數；數據參數多為緩變數據；數據參數類型多為浮點型；且數據實時產生實時發送。如果采用一般的文件壓縮方式對每幀數據進行實時壓縮傳輸，數據只能壓縮為原來90％左右，壓縮率低。因為數據為二進制數據、每幀數據量小、壓縮后的數據中還須放置壓縮編碼的信息。

本發明的技術解決方案是：

對遙測幀數字量進行差分處理，即將當前幀的原始參數內容與上一幀的原始參數內容按字節進行異或處理，將異或后的數據按照預先制定的哈夫曼編碼進行壓縮，然后將壓縮后的數據作為當前幀發送，具體如下：

第1幀，第1幀的原始數字量將使用等包長的全零字節作為異或對象。異或后第1幀數據內容不會改變，即第1幀以原始數字量的哈夫曼編碼壓縮結果作為發送內容。

第2幀，第2幀的原始數字量內容使用第1幀的原始數字量內容作為異或對象。異或后的內容對比第1幀數據原始數字量，實際是去除了第1幀原始數字量和第2幀原始數字量相同的比特位，相同比特位的內容都變成了Bit0。對于浮點類型數據，緩變數據，這樣的處理結果將會出現大量的Bit0。異或后的內容中也會出現大量為零的字節。再對異或后的內容進行預先制定的哈夫曼樹進行編碼壓縮。將壓縮后的數據作為第2幀的發送內容。

第3幀，第3幀以第2幀的原始數字量內容作為異或對象。后續步驟相同。

。。。

第N幀，第N幀的原始數字量使用第N-1幀的原始數字量作為異或對象。再對異或后的結果進行預先制定的哈夫曼樹進行編碼壓縮。將壓縮后的數據作為第N幀的發送內容。

異或的目的是使內容中出現0x00字節的冗余。哈夫曼編碼的目的是使內容中為0x00的字節，被編碼為1個比特位而減小總的占用字節數。哈夫曼樹可以在火箭地面測試階段生成，使用測試階段的數字量的差分結果作為輸入樣本。生成的哈夫曼樹以二進制方式固化到箭上計算機用于壓縮過程。地面解析使用相同的哈夫曼樹進行解壓縮過程。如圖4表格為某型號火箭的哈夫曼編碼表。原來字節0x00又bit00000000重新編碼為bit1，字節0x01又bit00000001重新編碼為bit00111。圖3為異或處理后的遙測數組量個字節出現的頻率。將頻率高的字節編碼會更少的比特位，減少總的比特位占用。