深空通信文件傳輸?shù)臄?shù)字噴泉技術(shù)研究.pdf

1、深空探測作為空間科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要組成部分,具有十分顯要的科學(xué)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義,而深空通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行是深空探測任務(wù)成功的重要保證之一。深空探測范圍增大、通信傳輸距離趨近極限,最直接的影響是能量損耗以及傳播時(shí)延的增加。近年來,隨著深空探測的目標(biāo)從月球轉(zhuǎn)向火星以及太陽系其他行星,通信距離導(dǎo)致路徑損耗進(jìn)一步增大,傳輸信道誤碼率超出了傳統(tǒng)信道編碼的糾錯(cuò)能力,使得逼近香農(nóng)極限的信道編碼無法保證信息的可靠傳輸;同時(shí),巨大的通信傳播時(shí)延和鏈路易中斷

2、的特點(diǎn)使得反饋重傳方式的效率很低,嚴(yán)重影響了通信質(zhì)量。
　　面對(duì)深空通信中保證信息傳輸可靠性的難題,學(xué)術(shù)界提出采用數(shù)字噴泉碼作為一種前向糾刪編碼技術(shù),對(duì)原始信息進(jìn)行打包處理,再進(jìn)行編碼交織操作,利用其無碼率且只要接收到的編碼數(shù)據(jù)包稍微多于原始數(shù)據(jù)包就能恢復(fù)全部原始信息的特點(diǎn),進(jìn)行超遠(yuǎn)距離通信的無反饋傳輸。本文在此基礎(chǔ)上，對(duì)于噴泉碼在深空通信中的應(yīng)用進(jìn)行了以下兩方面的具體研究:
　　第一,噴泉碼是根據(jù)地面無線網(wǎng)的廣播和組播協(xié)議

3、設(shè)計(jì)的,其原有的編譯碼算法使得接收端需要較大的碼長或者增加編碼冗余以保證較穩(wěn)定的譯碼恢復(fù)概率,不適合深空探測器硬件設(shè)備以及發(fā)射功率嚴(yán)格受限的約束。本文通過對(duì)噴泉碼隨機(jī)編碼矩陣的分析,提出一種在編碼過程中限制部分隨機(jī)性的編碼算法——相關(guān)列補(bǔ)償編碼算法,提高了二部圖編碼過程中編碼矩陣的滿秩概率。同時(shí),通過對(duì)傳統(tǒng) LT碼的置信傳播算法和高斯消去算法進(jìn)行了深入分析,決定采用漸增高斯消去譯碼算法對(duì)相關(guān)列補(bǔ)償后的編碼分組進(jìn)行譯碼,達(dá)到譯碼復(fù)雜度和譯

4、碼性能的折中優(yōu)化,較好地解決了傳統(tǒng)噴泉碼在深空通信中的適用問題。
　　第二,在深空通信中,受到軌道周期變化的影響,深空探測航天器與地面站之間不能長期保持直接通信,造成通信鏈路中斷;同時(shí),隨著通信距離得不斷加大,大衰減和大路徑損耗對(duì)信號(hào)能量的影響愈發(fā)嚴(yán)重,地面站的弱信號(hào)檢測系統(tǒng)能力十分有限,文件丟失概率極高。本文考慮到未來面向深空探測的星際互聯(lián)網(wǎng)(IPN, InterPlaNetary Internet)的發(fā)展,將中繼協(xié)作技術(shù)與數(shù)字