CN113904900A - 一种实时遥测信源分阶相对编码方法 - Google Patents
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Abstract
一种实时遥测信源分阶相对编码方法，属于航天器测试性设计技术领域。本发明包括如下步骤：初始化编码器；获取遥测当前值，使用编码器对该值均匀编码成单个或多个二进制字节；根据遥测当前值所在取值范围进行分阶编码，获得分阶码；下行输出分阶码；将遥测当前值与初始化编码器时设定的子空间预测值相减得到差分值；对差分值进行自适应量化差值相对编码，获得相对码；相对码实时下行。
Description
技术领域
本发明涉及一种实时遥测信源分阶相对编码方法，属于航天器测试性设计技术领域。
背景技术
在航天器测试中，遥测数据是确定航天器状态、实施下一步测试操作最重要的依据。遥测参数的数量、精度和频度是评估遥测数据有效性的关键指标，设计上要求参数更多、精度更高、下行频度更快。
一方面在航天器可用遥测下行带宽确定的情况下，遥测参数总数量与其平均下行精度和频度是互相约束的，数量越多则平均下行精度和频度就越低。
另一方面航天器遥测数据中有30％为电压遥测，取值范围为0-5V、0-12V、0-27、或者0-100V，周期采集并下行，用于表示供电电压、供电电流、开关机状态或者其它状态信息。在传统遥测设计中，每个电压量长度为单子节或者双字节，存在严重的信息冗余。
针对遥测下行带宽资源有限与遥测数据信息冗余的矛盾，本发明提出一种信源压缩编码技术，在不改变航天器遥测数据下行信道带宽的情况下，可以有效降低遥测数据信息冗余，提高遥测设计容量，更好支持测试判读和故障定位，同样也提高在轨健康监测与故障诊断的能力。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种实时遥测信源分阶相对编码方法，可将部分符合要求的实时遥测数据，利用在轨计算机实时压缩到4位并下行，到达扩容下行遥测容量、提高整个航天器测试性指标的目的。该编码方法在遥测下行链路差错率较高的情况下也能保证下行数据的完整性，既适用于帧遥测协议也适用于CCSDS协议。
本发明的技术解决方案是：一种实时遥测信源分阶相对编码方法，包括如下步骤：
初始化编码器；
获取遥测当前值，使用编码器对该值均匀编码成单个或多个二进制字节；
根据遥测当前值所在取值范围进行分阶编码，获得分阶码；
下行输出分阶码；
将遥测当前值与初始化编码器时设定的子空间预测值相减得到差分值；
对差分值进行自适应量化差值相对编码，获得相对码；
相对码实时下行。
进一步地，所述初始化编码器包括取值范围的分阶子空间划分、设定子空间预测值与对应分阶编码表、设定分层值以及相对码表的初始化。
进一步地，取值范围的分阶子空间划分以及设定对应分阶编码表的方法为：将电平取值空间划分为三个，正常状态0值空间、正常状态1值空间和异常空间。
进一步地，设置分层值和最高量阶的方法为：分层值Δ和子空间取值范围绝对值Vmax一致。
进一步地，所述设定子空间预测值的方法为：每个子空间对应一个预测值，每个预测值为该参数实际采样值在该子空间概率最高点的取值，若为故障子空间则取中间值。
进一步地，所述相对码表的初始化的方法为：相对编码量化阶距以2为指数，相应的编码以2为对数；以距离预测值越近量化阶距越小为原则编制；编码为4位，首位表示差分值的符号，后三位为差分后的自适应量化编码。
进一步地，所述分阶码Cpv为条件下行；下行条件为满足以下任一：与上一次取值相比发生改变、下行周期计时到、上一包数据传输有差错和进入测控区。
进一步地，所述对差分值进行自适应量化差值相对编码的方法为：
对于正常状态空间取值，对差分值进行编码得到相对码；
对非正常状态空间的取值进行均匀编码。
进一步地，所述对于正常状态空间取值，对差分值进行编码得到相对码，具体为：将遥测当前值与所属子空间的预测值差分得到的差分值除以分层值，然后将商取整得到距离差Qdv，找到距离最近的量化距离，其对应的差分编码即为要输出的相对编码值。
一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种实时遥测信源分阶相对编码方法的步骤。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明通过对实时遥测值进行自适应量化后得到可以分别遥测下行的分阶码和相对码，使得综合信道占用降低为原来的一半；
(2)本发明通过查表方式替代复杂的编码压缩计算过程，对有限的星载计算机计算资源占用少，适用范围广、使用代价低、费效比高；
(3)本发明通过对地面测试和试验阶段获得的遥测数据进行统计得到编码表中的实际值的先验值，利用在轨遥测数据进行修正后在轨注入，有效提高数据精度。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种实时遥测信源分阶相对编码方法做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括(如图1所示)：
编码由星载计算机实施，根据参数样本值确定其取值范围子空间，每个子空间对应一个分阶编码。每个取值子空间均对应一个预测值，对预测值与样本值的差值自适应量化后进行非线性编码后得到相对编码。对异常取值子空间的样本值进行线性均匀编码。
解码在地面计算机实时，根据接收到的分阶码和相对码进行联合解码。
其中分阶编码取值发生变化就立即下行，若未变化则固定周期计数后下行，这样即使发生相对码丢帧错帧最多只会影响一个周期内的解码结果。相对码为实时下行，解码不依赖与前帧，因此丢帧错帧最多影响一帧数据的解码结果。
在本申请实施例所提供的方案中，如附图1所示，具体编码分为三个阶段7个步骤完成，分别是编码器初始化、分阶编码和相对编码。
1)初始化编码器
包括取值范围的分阶子空间划分、子空间预测值与对应分阶编码表、分层值Δ以及相对码表的初始化。
分阶子空间划分：通常将电平取值空间划分为三个，正常状态0值空间、正常状态1值空间，和异常空间。如表1所示，对于5V电压量，0值空间一般是[0,1.5]，1值空间为[3.5,5.0]，[1.5,3.5]为异常取值空间。
表1 分阶编码表
设置分层值和最高量阶：子空间取值范围绝对值为Vmax，分层值Δ与Vmax一致。如表1所示，子空间取值范围绝对值为Vmax＝1.5，设最高数据精度Pm为0.025，最高量阶为1.5/(2*0.025)＝30，以2取对数有最高量阶为Ldx＝25,有分层值：
设定子空间预测值：每个子空间对应一个预测值，每个预测值为该参数实际采样值在该子空间概率最高点的取值，故障子空间取中间值。
相对编码表的生成：相对编码量化阶距以2为指数，相应的编码以2为对数。以距离预测值越近量化阶距越小为原则编制。编码为4位，首位表示差分值的符号，后三位为差分后的自适应量化编码。表2为以在子空间“0”、关闭状态、取值范围在[0,1.5]的5V开关电压量为例的差分相对编码表。
表2 预测值为0.75、分层值0.234、所在子空间为“0”的差分相对编码表
2)获取遥测当前值，对该值均匀编码成单个或多个2进制字节，如上表的5V电压状态量编码为单子节；
3)分阶编码
如表1所示，根据采样值所在取值范围，其对应子空间的编码即为分阶码Cpv。
4)输出分阶码
分阶编码Cpv为条件下行，差值编码为周期下行。Cpv下行判据为：与上一次取值相比发生改变、下行周期计时到、上一包数据传输有差错和进入测控区，任一条件满足就下行。
5)与子空间预测值差分
实际采样值Vt与子空间预测值Vp相减得到差分值Vdv t。
6)自适应量化差值相对编码
对差分值Vdvt进行自适应量化编码得到Cdvt。以表2为例，将参数采样值与所属子空间的预测值差分得到的Vdvt除以分层值，然后将分层值取整得到Qdv,找到距离最近的量化距离，其对应的差分编码即为要输出的相对编码值。
对非正常状态空间的取值进行均匀编码即可。
7)下行输出相对码。相对码实时下行，每一个采样值对应一个相对码。
本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
初始化编码器；
获取遥测当前值，使用编码器对该值均匀编码成单个或多个二进制字节；
根据遥测当前值所在取值范围进行分阶编码，获得分阶码；
下行输出分阶码；
将遥测当前值与初始化编码器时设定的子空间预测值相减得到差分值；
对差分值进行自适应量化差值相对编码，获得相对码；
相对码实时下行。
2.根据权利要求1所述的一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于：所述初始化编码器包括取值范围的分阶子空间划分、设定子空间预测值与对应分阶编码表、设定分层值以及相对码表的初始化。
3.根据权利要求2所述的一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于，取值范围的分阶子空间划分以及设定对应分阶编码表的方法为：将电平取值空间划分为三个，正常状态0值空间、正常状态1值空间和异常空间。
4.根据权利要求2所述的一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于，设置分层值和最高量阶的方法为：分层值Δ和子空间取值范围绝对值Vmax一致。
5.根据权利要求2所述的一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于，所述设定子空间预测值的方法为：每个子空间对应一个预测值，每个预测值为该参数实际采样值在该子空间概率最高点的取值，若为故障子空间则取中间值。
6.根据权利要求2所述的一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于，所述相对码表的初始化的方法为：相对编码量化阶距以2为指数，相应的编码以2为对数；以距离预测值越近量化阶距越小为原则编制；编码为4位，首位表示差分值的符号，后三位为差分后的自适应量化编码。
7.根据权利要求1所述的一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于：所述分阶码Cpv为条件下行；下行条件为满足以下任一：与上一次取值相比发生改变、下行周期计时到、上一包数据传输有差错和进入测控区。
8.根据权利要求1所述的一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于，所述对差分值进行自适应量化差值相对编码的方法为：
对于正常状态空间取值，对差分值进行编码得到相对码；
对非正常状态空间的取值进行均匀编码。
9.根据权利要求8所述的一种实时遥测信源分阶相对编码方法，其特征在于，所述对于正常状态空间取值，对差分值进行编码得到相对码，具体为：将遥测当前值与所属子空间的预测值差分得到的差分值除以分层值，然后将商取整得到距离差Qdv，找到距离最近的量化距离，其对应的差分编码即为要输出的相对编码值。
10.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～权利要求9任一所述方法的步骤。
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