卫星基带图像数据模拟源的设计与实现

作     者：梁肖 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王海

授予年度：2014年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：卫星模拟源 CCSDS-AOS标准 JPEG2000压缩编码 基带同步与信道编码 

摘      要：卫星数据传输系统主要由星上发送系统和地面接收系统组成,由于星上发送系统的星上处理器设备容易受损且价格昂贵,为避免在卫星数传系统测试时对星上处理器进行频繁操作而造成损坏,需要设计一种星上有效载荷数据模拟源来替代星上有效载荷。随着遥感卫星的快速发展,遥感器数目和种类的增多,空间分辨率和时间分辨率的提高,所获得原始影像数据量越来越大,卫星图像进行高质量可控比的图像压缩以满足信道传输的容量,从而加大了地面接收系统的基带处理设备的研制工作。为了对地面基带处理设备进行系统验证和闭环测试,并且适应复杂多变的测试过程中对多种格式数据源的需求,设计和实现灵活产生所需格式的卫星基带数据模拟源对于地面接收系统的测试有着重要的意义。在对国内外卫星模拟源及数据传输技术发展现状分析的基础上,本文设计了一种新型的CCSDS-AOS标准的卫星基带图像数据模拟源,在Visual Studio 2010平台上采用纯软件方式进行实现,相比硬件方式实现,其人机交互界面参数配置灵活,系统运行稳定且实现成本低。该模拟源的图像压缩编码和基带同步与信道编码方式可选,其中图像压缩编码可实现压缩率可设的JPEG2000标准的图像压缩,基带同步与信道编码中的RS编码支持多种编码类型,加扰的初相和生成多项式可设,能够灵活地模拟产生地面基带数据处理设备所需格式的基带图像数据。本文首先对卫星基带传输时采用的AOS帧格式进行了分析,研究了JPEG2000图像压缩标准和卫星基带同步与信道编码中的CRC校验、RS编码、交织和加扰四种纠错编码。然后给出了卫星图像数据模拟源的系统设计与软件设计流程,在分析Kakadu编解码库的基础上实现了压缩率可控的JPEG2000图像压缩编码,并实现了功能适应性软件级优化;对基带同步与信道编码进行了详细的设计与实现,并给出了基带同步与信道编码中CRC校验、RS编码、交织和加扰的C++实现算法。最后对实现的卫星图像模拟源系统软件进行测试验证,主要对关键模块的功能分别进行了测试验证,并对系统总体功能和性能进行了测试。测试结果表明该模拟源可灵活地模拟产生多种特定帧格式的基带图像数据,为多功能卫星模拟源的设计与实现提供了基础的应用研究价值。