李曉斐　劉俊濤　任　寧（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京　100076）

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重要指令遙測信號防誤碼技術(shù)

李曉斐劉俊濤任寧
（北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京100076）

摘要指令遙測信號錯誤可能引起嚴(yán)重的后果，提出了一種在指令遙測信號傳輸過程中的防誤碼技術(shù)，在不改動原有遙測信號傳輸方式的基礎(chǔ)上，采用移動通信領(lǐng)域常用的信道編碼技術(shù)，利用現(xiàn)有空余信道資源，單獨對指令遙測信號通過信道編碼進(jìn)行糾錯，避免了數(shù)據(jù)質(zhì)量下降和數(shù)據(jù)丟失等問題的出現(xiàn)。

關(guān)鍵詞指令遙測，糾錯碼，信道

1　概述

以往遙測系統(tǒng)中大多采集的是模擬信號，一般沒有采用信道編碼技術(shù)，信道傳輸中的個別誤碼可以根據(jù)信號特性發(fā)現(xiàn)并作為野點剔除。隨著遙測技術(shù)日益向數(shù)字化方向發(fā)展，遙測系統(tǒng)需要傳輸大量的數(shù)字信號，而不再是連續(xù)信號，信道誤碼對判斷目標(biāo)工作狀態(tài)會造成一定影響。特別是在遙測信號被干擾時，一些錯誤的指令信號會被提取出來，出現(xiàn)很多誤指令信號，給數(shù)據(jù)分析和判讀帶來諸多困難，因此，在對目標(biāo)關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀時需要確定遙測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。而在民用通信領(lǐng)域，移動通信中的信道干擾和誤碼是比較嚴(yán)重的，將移動通信領(lǐng)域使用的信道編碼技術(shù)應(yīng)用到遙測信號傳輸過程中，能夠有效地發(fā)現(xiàn)誤碼并進(jìn)行糾正，從而提高判讀的準(zhǔn)確性和有效性[1]。

2　指令信號單獨防誤碼

信道的編碼方式需要占用額外的信道資源，編碼方式越復(fù)雜，占用資源越多，則糾錯的數(shù)據(jù)位越多，因此，是否采用糾錯碼和采用多長的碼字是根據(jù)信道好壞、信號重要性和信道容量綜合考慮的結(jié)果。編譯碼系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1　編譯碼系統(tǒng)框圖

遙測數(shù)據(jù)在實驗室測試、工廠測試、飛行器飛行過程中不可避免地會發(fā)生誤碼。如果將現(xiàn)行所有信號進(jìn)行信道編碼，需要對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行較大改動，同時也會帶來冗余信息占用波道、誤碼擴散等問題，因此，可以根據(jù)信號的重要性來綜合選擇。指令信號在數(shù)據(jù)分析和結(jié)果判讀過程中占據(jù)著重要的地位，也是管控部門現(xiàn)場指揮決策的重要依據(jù)，傳輸錯誤可能會帶來重大影響，進(jìn)行糾錯編碼十分必要[2]。同時，指令信號在遙測幀中占用一個固定的位置，除信號作用時刻外，其它時間這個信道均為閑置。因此，可以利用這個現(xiàn)有的信道資源，采用糾錯碼技術(shù)，以便及時發(fā)現(xiàn)因干擾產(chǎn)生的誤碼并糾正過來。

3　糾錯碼方式

本文在遙測系統(tǒng)中采用里德 索羅蒙[3]（Reed Solomon，RS）碼編碼技術(shù)，通過對接收遙測數(shù)據(jù)的解碼運算，可以發(fā)現(xiàn)信道傳輸造成的錯誤并對其中的部分錯誤進(jìn)行糾正，對超出糾錯能力的誤碼生成報告，從而保證遙測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為判斷設(shè)備真正狀態(tài)提供依據(jù)。

RS編碼是目前最有效、應(yīng)用最廣的糾錯編碼之一，是一類具有很強糾錯能力的多進(jìn)制BCH編碼。其可以糾正突發(fā)錯誤、隨機錯誤，特別適用于糾正指令信號的突發(fā)錯誤。RS碼屬于分組碼，其在編碼和譯碼的過程中對數(shù)據(jù)都是按幀（組）處理的。常規(guī)的RS碼型的幀長N=2m-1，所能選用的幀長為N=3、7、15、31、63、127、255等特殊數(shù)值，對應(yīng)的每個符號代表的二進(jìn)制位（bit）數(shù)為m=2、3、4、5、6、7、8。RS編碼框圖如圖2所示。

對于一個（n，k，t）RS碼，表示此生成碼長n=2m-1個符號或m（2m-1）比特，且RS編碼碼字中有k個數(shù)據(jù)信息符號或km比特數(shù)據(jù)，能監(jiān)督n-k=2t個符號或m（n-k）比特數(shù)據(jù)或者糾正數(shù)據(jù)傳輸和處理中產(chǎn)生的t個符號錯誤或mt比特數(shù)據(jù)錯誤，最小碼距d=2t+1個符號或m（2t+1）比特，每個符號是m比特。

圖2　RS編碼框圖

本文對關(guān)鍵數(shù)據(jù)選RS（15，8，3.5），編碼器將每接收8bit的串行字符數(shù)據(jù)信息塊，編碼為15bit的碼字信息。碼字信息由8bit長度的數(shù)據(jù)塊和7bit長度的編碼校驗信息塊組成，能夠檢測和糾錯3bit長度的連續(xù)數(shù)據(jù)錯誤信息。

一般指令信號有起飛信號、轉(zhuǎn)電信號等，假設(shè)全部指令信號為8bit，經(jīng)過RS（15，8，3.5）編碼器編為15bit長度RS碼，接收端通過RS譯碼器既可實現(xiàn)譯碼恢復(fù)重要指令信號，同時，還可檢測和糾錯3bit長度的連續(xù)數(shù)據(jù)錯誤信息[4]。RS譯碼框圖如圖3所示。

圖3　RS譯碼框圖

4　仿真實驗與結(jié)果分析

利用仿真軟件對RS（15，8）碼進(jìn)行FPGA仿真實驗。將8個十六進(jìn)制數(shù)零作為編碼輸入，然后得到7個校驗位，因此，經(jīng)過編碼后，8個信息位再加上7個校驗位構(gòu)成15個比特，從而組成一幀的發(fā)送數(shù)據(jù)。RS（15，8）碼最多能糾正3B的錯誤，即錯誤容限為3，所以，下面分3種情況進(jìn)行仿真。

4.1誤碼個數(shù)小于錯誤容限

設(shè)定受到干擾影響時，經(jīng)過編碼后，原來的15個比特中有2個錯誤比特，仿真結(jié)果如圖4所示。

圖4　RS譯碼仿真結(jié)果

由圖4可知，經(jīng)過譯碼后，在錯誤字節(jié)的地方correct_fail為低電平（correct_fail為糾錯指示，糾錯成功為低電平，糾錯失敗為高電平），譯碼輸出都為低電平，這說明：小于錯誤容限的誤碼是可以糾正的，誤碼得到了全部糾正。

4.2誤碼個數(shù)等于錯誤容限

設(shè)定受到干擾的影響時，經(jīng)過編碼后，原來的15個比特中有3個錯誤，仿真結(jié)果如圖5所示。

圖5　RS譯碼仿真結(jié)果

由圖5可知，經(jīng)過譯碼后，輸出都為零，在錯誤字節(jié)的位置correct_fail為低電平，這說明：錯誤容限是能夠達(dá)到的，誤碼得到了全部糾正。

4.3誤碼個數(shù)大于錯誤容限

設(shè)定受到干擾的影響時，經(jīng)過編碼后，15個比特中有5個錯誤比特，仿真結(jié)果如圖6所示。

圖6　RS譯碼仿真結(jié)果

由圖6可以看出，經(jīng)過譯碼后，譯碼輸出不為零，在錯誤字節(jié)的位置correct_fail為高電平，由于誤碼個數(shù)大于錯誤容限，誤碼沒有得到糾正。

5　結(jié)束語

本文通過利用RS信道編碼和空閑波道，有效地實現(xiàn)了重要指令遙測信號的防誤碼傳輸。遙測系統(tǒng)采用該方法進(jìn)行了2次試驗，各記錄有效數(shù)據(jù)5000余幀并進(jìn)行了人為干擾，起始幀計數(shù)分別為7和13，接收站在數(shù)據(jù)發(fā)送到第7幀和13幀時已經(jīng)正常捕獲信號。經(jīng)糾錯編碼技術(shù)糾錯后，發(fā)現(xiàn)在10000余幀所有數(shù)據(jù)中，發(fā)生誤碼的數(shù)據(jù)共有15幀，其中通過糾錯恢復(fù)數(shù)據(jù)10幀，有5幀超出糾錯能力，且全部位于記錄數(shù)據(jù)的尾部。由于在尾段時目標(biāo)與接收天線仰角已經(jīng)小于接收閾值，部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)誤碼超過了糾錯碼的糾錯能力。在仰角正常范圍內(nèi)，所有遙測數(shù)據(jù)全部正確。因此，試驗結(jié)果表明，該方法能夠防止重要遙測數(shù)據(jù)的誤碼。

參考文獻(xiàn)

1張楷生, 劉勇, 張定云. 一種抗多徑遙測系統(tǒng)[J]. 測控技術(shù), 2010, 29(9): 20～23

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3田日才. 擴頻通信[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2007

4張宗橙. 糾錯編碼原理和應(yīng)用[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2003

文章編號：1009-8119（2016）05（1）-0048-02