重要指令遥测信号防误码技术

李晓斐　刘俊涛　任　宁（北京宇航系统工程研究所，北京　100076）



重要指令遥测信号防误码技术

李晓斐刘俊涛任宁
（北京宇航系统工程研究所，北京100076）

摘要指令遥测信号错误可能引起严重的后果，提出了一种在指令遥测信号传输过程中的防误码技术，在不改动原有遥测信号传输方式的基础上，采用移动通信领域常用的信道编码技术，利用现有空余信道资源，单独对指令遥测信号通过信道编码进行纠错，避免了数据质量下降和数据丢失等问题的出现。

关键词指令遥测，纠错码，信道

1　概述

以往遥测系统中大多采集的是模拟信号，一般没有采用信道编码技术，信道传输中的个别误码可以根据信号特性发现并作为野点剔除。随着遥测技术日益向数字化方向发展，遥测系统需要传输大量的数字信号，而不再是连续信号，信道误码对判断目标工作状态会造成一定影响。特别是在遥测信号被干扰时，一些错误的指令信号会被提取出来，出现很多误指令信号，给数据分析和判读带来诸多困难，因此，在对目标关键数据进行判读时需要确定遥测数据的准确性。而在民用通信领域，移动通信中的信道干扰和误码是比较严重的，将移动通信领域使用的信道编码技术应用到遥测信号传输过程中，能够有效地发现误码并进行纠正，从而提高判读的准确性和有效性[1]。

2　指令信号单独防误码

信道的编码方式需要占用额外的信道资源，编码方式越复杂，占用资源越多，则纠错的数据位越多，因此，是否采用纠错码和采用多长的码字是根据信道好坏、信号重要性和信道容量综合考虑的结果。编译码系统框图如图1所示。

图1　编译码系统框图

遥测数据在实验室测试、工厂测试、飞行器飞行过程中不可避免地会发生误码。如果将现行所有信号进行信道编码，需要对现有设备进行较大改动，同时也会带来冗余信息占用波道、误码扩散等问题，因此，可以根据信号的重要性来综合选择。指令信号在数据分析和结果判读过程中占据着重要的地位，也是管控部门现场指挥决策的重要依据，传输错误可能会带来重大影响，进行纠错编码十分必要[2]。同时，指令信号在遥测帧中占用一个固定的位置，除信号作用时刻外，其它时间这个信道均为闲置。因此，可以利用这个现有的信道资源，采用纠错码技术，以便及时发现因干扰产生的误码并纠正过来。

3　纠错码方式

本文在遥测系统中采用里德 索罗蒙[3]（Reed Solomon，RS）码编码技术，通过对接收遥测数据的解码运算，可以发现信道传输造成的错误并对其中的部分错误进行纠正，对超出纠错能力的误码生成报告，从而保证遥测数据的准确性，为判断设备真正状态提供依据。

RS编码是目前最有效、应用最广的纠错编码之一，是一类具有很强纠错能力的多进制BCH编码。其可以纠正突发错误、随机错误，特别适用于纠正指令信号的突发错误。RS码属于分组码，其在编码和译码的过程中对数据都是按帧（组）处理的。常规的RS码型的帧长N=2m-1，所能选用的帧长为N=3、7、15、31、63、127、255等特殊数值，对应的每个符号代表的二进制位（bit）数为m=2、3、4、5、6、7、8。RS编码框图如图2所示。

对于一个（n，k，t）RS码，表示此生成码长n=2m-1个符号或m（2m-1）比特，且RS编码码字中有k个数据信息符号或km比特数据，能监督n-k=2t个符号或m（n-k）比特数据或者纠正数据传输和处理中产生的t个符号错误或mt比特数据错误，最小码距d=2t+1个符号或m（2t+1）比特，每个符号是m比特。

图2　RS编码框图

本文对关键数据选RS（15，8，3.5），编码器将每接收8bit的串行字符数据信息块，编码为15bit的码字信息。码字信息由8bit长度的数据块和7bit长度的编码校验信息块组成，能够检测和纠错3bit长度的连续数据错误信息。

一般指令信号有起飞信号、转电信号等，假设全部指令信号为8bit，经过RS（15，8，3.5）编码器编为15bit长度RS码，接收端通过RS译码器既可实现译码恢复重要指令信号，同时，还可检测和纠错3bit长度的连续数据错误信息[4]。RS译码框图如图3所示。

图3　RS译码框图

4　仿真实验与结果分析

利用仿真软件对RS（15，8）码进行FPGA仿真实验。将8个十六进制数零作为编码输入，然后得到7个校验位，因此，经过编码后，8个信息位再加上7个校验位构成15个比特，从而组成一帧的发送数据。RS（15，8）码最多能纠正3B的错误，即错误容限为3，所以，下面分3种情况进行仿真。

4.1误码个数小于错误容限

设定受到干扰影响时，经过编码后，原来的15个比特中有2个错误比特，仿真结果如图4所示。

图4　RS译码仿真结果

由图4可知，经过译码后，在错误字节的地方correct_fail为低电平（correct_fail为纠错指示，纠错成功为低电平，纠错失败为高电平），译码输出都为低电平，这说明：小于错误容限的误码是可以纠正的，误码得到了全部纠正。

4.2误码个数等于错误容限

设定受到干扰的影响时，经过编码后，原来的15个比特中有3个错误，仿真结果如图5所示。

图5　RS译码仿真结果

由图5可知，经过译码后，输出都为零，在错误字节的位置correct_fail为低电平，这说明：错误容限是能够达到的，误码得到了全部纠正。

4.3误码个数大于错误容限

设定受到干扰的影响时，经过编码后，15个比特中有5个错误比特，仿真结果如图6所示。

图6　RS译码仿真结果

由图6可以看出，经过译码后，译码输出不为零，在错误字节的位置correct_fail为高电平，由于误码个数大于错误容限，误码没有得到纠正。

5　结束语

本文通过利用RS信道编码和空闲波道，有效地实现了重要指令遥测信号的防误码传输。遥测系统采用该方法进行了2次试验，各记录有效数据5000余帧并进行了人为干扰，起始帧计数分别为7和13，接收站在数据发送到第7帧和13帧时已经正常捕获信号。经纠错编码技术纠错后，发现在10000余帧所有数据中，发生误码的数据共有15帧，其中通过纠错恢复数据10帧，有5帧超出纠错能力，且全部位于记录数据的尾部。由于在尾段时目标与接收天线仰角已经小于接收阈值，部分数据出现误码超过了纠错码的纠错能力。在仰角正常范围内，所有遥测数据全部正确。因此，试验结果表明，该方法能够防止重要遥测数据的误码。

参考文献

1张楷生, 刘勇, 张定云. 一种抗多径遥测系统[J]. 测控技术, 2010, 29(9): 20～23

2张会生, 陈树新. 现代通信系统原理[M]. 北京: 高等教育出版社, 2004

3田日才. 扩频通信[M]. 北京: 清华大学出版社, 2007

4张宗橙. 纠错编码原理和应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2003

文章编号：1009-8119（2016）05（1）-0048-02