[发明专利]一种卫星分包遥测数据无损压缩方法

说明书

技术领域

本发明提出一种卫星分包遥测数据无损压缩方法，可作为航天器分包遥测数据压缩的一种方法，可广泛应用于深空探测器、科学试验卫星等多种需要进行遥测数据压缩的航天器。

背景技术

卫星在轨飞行后，遥测信道与数传信道是卫星数据下传的窗口，一般数传信道传输的数据是经过压缩的载荷数据，而遥测信道则用于传输不压缩的遥测数据。由于卫星的工作模式越来越复杂，需要的卫星遥测也越来越多，目前已经有卫星型号提出了更高遥测码速率的要求。遥测码速率的提高带来的是发射功率的提高，从而需要消耗更多的能源，射频功率部件也需要进一步的升级，成本的提高是必然的。如何能够在扩容遥测信道的同时而不增加卫星的消耗与成本，成为遥测数据压缩需要解决的问题。

深空探测任务带来的往往是远程通信的难题，需要卫星大幅度地提高发射功率，因此如果能够对遥测数据进行压缩，将使得卫星任务能够更高质量地完成。

另外，有些科学技术试验小卫星(如美国ST-5等)将遥测信道和数传信道合一，利用统一的射频通道下传数据，因此遥测数据的压缩将会给科学技术试验带来更多的有效数据，更好地配合科学任务的完成。

遥测数据压缩面临的最大难题是信道误码带来的误码扩散问题，传统压缩算法将多字节数据打包处理，一比特的错误将带来一包数据的错误，极大地影响了遥测数据的可信度，也使得遥测压缩算法迟迟得不到飞行验证的机会。

从调研来看，国内外对遥测数据的压缩均采取保守的态度，认为遥测数据压缩将有可能导致任务风险，因此在轨卫星很少采用对遥测数据的压缩。小卫星仅针对实时遥测数据进行了抽样提取形成延时遥测。

火箭遥测数据压缩与卫星相似，均面临防误码扩散的问题，国内学者早在2001年即在期刊上发表了运载火箭遥测数据压缩算法的文章，提出了分块编码、固定码长输出的压缩方案。该方案采用固定码长输出，具有较强的抗误码扩散能力，能够在不影响遥测基本数据测量可靠性的前提下提高火箭遥测系统的有效性。原文见“谌德荣，李京红，周国勇.运载火箭遥测数据压缩算法设计.宇航学报，2001.3，22(5)，12-17”。

CCSDS推荐使用基于熵编码的无损压缩算法进行图像数据和非图像数据的压缩，该算法首先将数据进行分组预处理，然后进行熵编码，剔除数据的冗余性，并根据数据特性调整压缩编码码组，达到最常用的码字以最少的比特传送的目的，以最大可能地压缩数据。原文见“CCSDS Secretariat.LOSSLESS DATA COMPRESSION.CCSDS GREEN BOOK，CCSDS120.0-G-2，December2006”。

Jose-Antonio等人对欧空局发射的Rosetta彗星探测卫星的在轨遥测数据进行了研究，发现其中有大量的冗余信息，利用计算机领域常用的7zip、WinZip等软件即可对该遥测数据进行大尺度的无损压缩。原文见“[3]José-Antonio，Martinez-Heras，David Evans，etc.Housekeeping Telemetry Compression：When，how and why bother.2009 First International Conference on Advances in Satellite and Space Communications，2009，IEEE DOI 10.1109/SPACOMM”。

中国空间技术研究院载人总体部冻伟东高工总结了各类遥测数据的特点，并结合各自的特点提出了信源组帧、分类压缩的建议，为遥测数据压缩提供了新思路。原文见“[4]冻伟东，鲜峰，吕晔.实时遥测数据信源压缩技术.计算机测量与控制，2011.19(5)，1120-1123”。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种小卫星分包遥测数据无损压缩方法，该方法采用以遥测数据包为单位的压缩方法，只对遥测数据包的数据域进行改造，压缩后的数据在遇到信道误码时，可以将误码扩散限制在两个字节以内，有效抑制了传输误码扩散。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种卫星分包遥测数据无损压缩方法，包括如下步骤：