基于DSP的遥测数据压缩装置的设计

摘要：随着科技发展对数据的要求越来越严格，本文特别针对遥测数据中的噪声参数进行研究，在深入了解信号特征的基础上，结合当今数据压缩发展的前沿技术，设计、改进得到一种可应用于实际情况、能够满足实际需求的噪声数据压缩算法，对该算法进行各类条件下的仿真，并研制采用该算法的满足高效、实时要求的原理样机。

关键词：DSP 遥测数据 固件

1 概述

通常情况下，大量的噪声参数占据了系统相当的容量，遥测数据中1路噪声参数的容量一般会达到160Kbps，而遥测信道的带宽是有限的，需要研究设计一种有效的动态、实时压缩算法，需要充分研究单路噪声数据的特点，以完成更多的噪声参数的测量。这样，可以满足总体测量需求，更好、更多地完成测量项目，将系统容量的压力大大减小[1][2]。

本文就是特别针对遥测数据中的噪声参数进行研究，在深入了解信号特征的基础上，结合当今数据压缩发展的前沿技术，设计、改进得到一种可应用于实际情况、能够满足实际需求的噪声数据压缩算法，对该算法进行各类条件下的仿真，并研制了采用该算法的满足高效、实时要求的原理样机。

2 遥测噪声数据特性分析

通常情况下，声音是指人耳能听到的外部空气振动。能够代替人耳接收到这些振动信号的传感器所复现的信息也可称为声音信息。

声音的产生总是始于某种能量的激励，导致某些机械质点产生周期振动，形成声源，振动通过一定的介质（空气、水、岩石）传播，然后到达接收点，被人耳接收转换为生物电能，以信息形式与人的大脑发生作用。

噪声数据的获取

遥测噪声属于机械噪声，本文主要研究此类噪声的量化与压缩。

白噪声指在宽频带内幅度(强度)均为随机的一类特殊噪声，通常是用于研究、测试的一种人造噪声。

本文研究的噪声均为噪声传感器接收到的模拟电压量经A/D量化以后的数字数据。所谓压缩就是指如何降低这类数据的存储空间。

3 硬件设计

整个系统由地面计算机（即主机）作为控制单元，通过USB口发送打开设备命令，然后由各级数据处理系统执行相应的操作。外接电源为+5V直流电输入，硬件连接示意图如图1所示。

遥测数据无损压缩器主要由三个部分构成[3]：模/数转换模块、数据处理模块以及数据接口模块。前端由噪声传感器输入的单路噪声信号经过信号调理模块的整形放大以后，输入到模/数转换模块中，模拟量转变为数字量，A/D转换器受可编程逻辑控制，不停地按照设定的采样率进行数据采集，把得到的数据通过总线写入到输入双口RAM，该双口RAM被分割为两个大的数据缓冲，双缓冲轮换工作。某个缓冲被写满，就会出发一次中断，通知可编程逻辑和DSP内核，DSP随后把该缓冲读入到内存中，进行高速压缩以后，写出到输出双口RAM。当中央数据处理模块的输出双口RAM中被写入一定数据后提交，直接会给接口模块的FPGA发送一个状态，FPGA读取数据，通过USB控制器回送给上位PC机，做进一步分析。三个主要模块的原理框图分别如图2、图3和图4所示。

4 工作状态、性能参数测试

主要测试内容有：

①样机系统是否可以正常工作，实现声音信号的量化采集、实时压缩、数据接收和分析等工作。

②逐项测试压缩器的相关参数。

通上电，进入工作状态，通过对电路各环节数据流的测试分析，可得到系统的相关参数。任务要求的主要参数与实际达到的参数对比如下：

从测试结果看出，设计样机的性能完全满足提出的期望。

5 结论

针对某些单一的指标而言，并不能区分孰优孰劣。不同的算法处理对不同的数据而言效率各不相同。LZ+ARC的算法的稳定性和广适性是非常好的，对于遥测噪声这样的未知数据的实时处理是相当重要的。虽然它在每项比较中都不是最优的，鉴于以上结论，本压缩器可以圆满完成任务。[4]

参考文献：

[1]吴净文.遥测速变振动参数数据压缩的研究，航天科工集团第二研究院硕士学位论文，2003.

[2][美]David Salomon，吴乐南等译.数据压缩原理与应用，电子工业出版社，2003.

[3]吴乐南编著.数据压缩，电子工业出版社，2000.

[4]王平.LZW无损压缩算法的实现与研究[J].计算机工程，2002，28(7):98-99.