重要指令遙測信號防誤碼技術

李曉斐　劉俊濤　任　寧（北京宇航系統工程研究所，北京　100076）

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重要指令遙測信號防誤碼技術

李曉斐劉俊濤任寧
（北京宇航系統工程研究所，北京100076）

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

關鍵詞指令遙測，糾錯碼，信道

1　概述

以往遙測系統中大多采集的是模擬信號，一般沒有采用信道編碼技術，信道傳輸中的個別誤碼可以根據信號特性發現并作為野點剔除。隨著遙測技術日益向數字化方向發展，遙測系統需要傳輸大量的數字信號，而不再是連續信號，信道誤碼對判斷目標工作狀態會造成一定影響。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，出現很多誤指令信號，給數據分析和判讀帶來諸多困難，因此，在對目標關鍵數據進行判讀時需要確定遙測數據的準確性。而在民用通信領域，移動通信中的信道干擾和誤碼是比較嚴重的，將移動通信領域使用的信道編碼技術應用到遙測信號傳輸過程中，能夠有效地發現誤碼并進行糾正，從而提高判讀的準確性和有效性[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，編碼方式越復雜，占用資源越多，則糾錯的數據位越多，因此，是否采用糾錯碼和采用多長的碼字是根據信道好壞、信號重要性和信道容量綜合考慮的結果。編譯碼系統框圖如圖1所示。

圖1　編譯碼系統框圖

遙測數據在實驗室測試、工廠測試、飛行器飛行過程中不可避免地會發生誤碼。如果將現行所有信號進行信道編碼，需要對現有設備進行較大改動，同時也會帶來冗余信息占用波道、誤碼擴散等問題，因此，可以根據信號的重要性來綜合選擇。指令信號在數據分析和結果判讀過程中占據著重要的地位，也是管控部門現場指揮決策的重要依據，傳輸錯誤可能會帶來重大影響，進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，可以利用這個現有的信道資源，采用糾錯碼技術，以便及時發現因干擾產生的誤碼并糾正過來。

3　糾錯碼方式

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

RS編碼是目前最有效、應用最廣的糾錯編碼之一，是一類具有很強糾錯能力的多進制BCH編碼。其可以糾正突發錯誤、隨機錯誤，特別適用于糾正指令信號的突發錯誤。RS碼屬于分組碼，其在編碼和譯碼的過程中對數據都是按幀（組）處理的。常規的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等特殊數值，對應的每個符號代表的二進制位（bit）數為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個數據信息符號或km比特數據，能監督n-k=2t個符號或m（n-k）比特數據或者糾正數據傳輸和處理中產生的t個符號錯誤或mt比特數據錯誤，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

本文對關鍵數據選RS（15，8，3.5），編碼器將每接收8bit的串行字符數據信息塊，編碼為15bit的碼字信息。碼字信息由8bit長度的數據塊和7bit長度的編碼校驗信息塊組成，能夠檢測和糾錯3bit長度的連續數據錯誤信息。

一般指令信號有起飛信號、轉電信號等，假設全部指令信號為8bit，經過RS（15，8，3.5）編碼器編為15bit長度RS碼，接收端通過RS譯碼器既可實現譯碼恢復重要指令信號，同時，還可檢測和糾錯3bit長度的連續數據錯誤信息[4]。RS譯碼框圖如圖3所示。

圖3　RS譯碼框圖

4　仿真實驗與結果分析

利用仿真軟件對RS（15，8）碼進行FPGA仿真實驗。將8個十六進制數零作為編碼輸入，然后得到7個校驗位，因此，經過編碼后，8個信息位再加上7個校驗位構成15個比特，從而組成一幀的發送數據。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種情況進行仿真。

4.1誤碼個數小于錯誤容限

設定受到干擾影響時，經過編碼后，原來的15個比特中有2個錯誤比特，仿真結果如圖4所示。

圖4　RS譯碼仿真結果

由圖4可知，經過譯碼后，在錯誤字節的地方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誤碼個數等于錯誤容限

設定受到干擾的影響時，經過編碼后，原來的15個比特中有3個錯誤，仿真結果如圖5所示。

圖5　RS譯碼仿真結果

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

4.3誤碼個數大于錯誤容限

設定受到干擾的影響時，經過編碼后，15個比特中有5個錯誤比特，仿真結果如圖6所示。

圖6　RS譯碼仿真結果

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

5　結束語

本文通過利用RS信道編碼和空閑波道，有效地實現了重要指令遙測信號的防誤碼傳輸。遙測系統采用該方法進行了2次試驗，各記錄有效數據5000余幀并進行了人為干擾，起始幀計數分別為7和13，接收站在數據發送到第7幀和13幀時已經正常捕獲信號。經糾錯編碼技術糾錯后，發現在10000余幀所有數據中，發生誤碼的數據共有15幀，其中通過糾錯恢復數據10幀，有5幀超出糾錯能力，且全部位于記錄數據的尾部。由于在尾段時目標與接收天線仰角已經小于接收閾值，部分數據出現誤碼超過了糾錯碼的糾錯能力。在仰角正常范圍內，所有遙測數據全部正確。因此，試驗結果表明，該方法能夠防止重要遙測數據的誤碼。

參考文獻

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

2張會生, 陳樹新. 現代通信系統原理[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004

3田日才. 擴頻通信[M]. 北京: 清華大學出版社, 2007

4張宗橙. 糾錯編碼原理和應用[M]. 北京: 電子工業出版社, 2003

文章編號：1009-8119（2016）05（1）-0048-02