LDPC编码在航空遥测中的应用
摘要：采用高动态LDPC码速率的飞行试验遥测数据无线传输技术是飞行试验遥测数据的无线传输技术。该方法主要是克服目前无线介质中传输线路质量动态变化，无法提高远程监测数据传输块质量的准确性的技术难点。根据映射关系，可以得到相应LDPC码的码率差，遥测信息序列经LDPC码调制后，通过无线网络或射频通信线路发送给收发信机，收发信机对接收到的信息进行解调，得到遥测信息的标准差。
关键词：动态LDPC码率；航空遥测；LDPC编码
由于飞机试验的自然条件和特殊性，需要飞机在各种可能的试飞环境下的性能参数，评估飞机的飞行特性。因此，在飞机飞行试验过程中，高飞行速度和不断变化的无线通信时间导致机载收发信机与地面站收发信机之间的无线通信链路质量发生变化，这对通过无线介质远程传输试验数据的安全性和效率提出了极大的挑战。为此，提出一种基于高动态码率低密度奇偶校验码(LDPC)的飞行试验数据无线动态传输模式，以克服无线通信链路质量动态变化对试验数据效率和安全性的影响。
一、无线局域网的单向传输发送的实现
目前飞机实验的遥控设备都是单向传输，不支持数据的双面传输，所以实际飞机实验中遥测数据的传输方式也是从机载到地面的单向传输。但是无线网络是双x向的，所以即使在UDP模式下，至少如果接收方要向发送方请求发送数据和接收数据信息，其实也是双向的。在物理链路不支持双向传输的情况下，为了实现真正的单向传输，需要对原有的UDP协议进行适当的调整或者建立新的协议，以达到预期的长距离单向传输目标。要成为单工系统的传输模式，就要去掉原来操作系统的所有接收功能，目前可以采用的方法主要有：
(1)在硬件层丢弃接收到的数据包；
(2)修改Wlan驱动层并移除分组瓦片；
③在网络层丢弃数据包；
④在应用层丢弃数据包。
根据对OSI网络模式的描述，在互联网层或用户层都不可能丢弃收到的数据包，因此，我们可以选择在Wlan控制层丢弃数据包。在接收端，发送部分应该被屏蔽，但是，当接收到消息时，硬件层会自动生成一个ACK，并将接收到的消息通知收发终端，但这偏离了单向
传输，变成了双向的，所以需要对硬件层屏蔽收发ACK的各种功能。由于缺少通过ACK自动返回的转发端口，如果此时不能进行相应的处理，转发skipper就会不断的重传数据包，导致整个操作系统无法运行，因此需要相应的调整转发端口。通过测试后，屏蔽发射端ACK超时重传的功能，使整个单向天线网络系统能够正常工作。
理论上与事实证明，单向的无线网络技术有着以下特征：
①因为单向驾驶台的接收端并不发送数据，也不能够产生功率对信道进行影响，所以单向驾驶台比双向桥接器产生的信道效率高；
②由于单向网桥并不要求在驾驶台内部事先设置物理关联，所以在数据传输中断、恢复时具有很大的效率，也有利于广播式的数据传输；
③由于在驾驶台接收端不需要传递数据，这样能够减少发射终端系统的耗电量，适合电池供电，需要考虑更多的隐秘性。
二、无线传输环境下的编码技术
hobbyist无线信道不同于有线信道，在无线条件下，信道的多径干扰被衰减，宽度限制容易导致信息错误和丢失。但是，由于H.264压缩编码方式不仅在距离上有压缩性，而且在长度上也有相关性，所以如果压缩后的信号在发送前没有正确解码，很容易产生误码扩散。因此，视频传输技术非常重要，如果输入码流本身具有相当的应对带宽波动的能力，并且具有相当的防错功能，那么这种技术的实现就会相对简单。
因此，视频编码方法在追求高压缩率的同时，还必须兼顾编码流的高可扩展性，使编码后的视频流在带宽有限、信道不安全的前提下，仍然能够安全高效地传播。误码问题主要通过应用层和网络层来处理。在网络层面，往往无法满足飞行试验中音频传输的实时性需求，而且由于飞机试验中使用的都是单向无线网络，采用转发的方式并不实用。目前，在许多基于MPEC-4标准的实时视频传输技术中，通常采用自适应帧刷新技术来避免误码扩散。允许产生误码的比特流具有自愈功能，但自适应帧刷新还必须得到反馈通道的支持，所以不能使用这种方法。可分级编码被认为是在高度异构的网络环境(如无线网络和互联网)中传输视频的首选方法。
可扩编码也叫做分层编码，它是把图像数据编成几个不同性质的编码流，其中包含了一个
基本层次和几个扩展层次。基础层供给的是图像数据的基础位置数据，但能够独立编码，还原出一般品质的图像数据；而加强层供给的则是图像数据细部数据，但不能够独立编码，与基础层组合起来能够提高图像的重建效果，如空间清晰度、品质、帧数等。
可扩展解码与传统编码最大的不同之处是：在传统的音频解码中，解码器只能提供最简单的可压缩视频流当编码端对该视频流进行了完全编码后，才能得到原始视频流并加以播放；在可扩分层传输中，编码系统产生了多层次码流，在各个层次上有差异的时域分辨率，空间分辨率和质量分辨率，这些各个层次的码流可以在各个逻辑通道上传送，而收发终端可以根据具体的信道带宽系统的水平，来接受不同层次的、各个层次的描述符的分层码流，从而获取各个层次的重构信号。
三、飞行试验
住宅小区结合某型机试飞工作经验，对单向无线网路传输方法所做的试飞实验验证。将原地面实验装置改装在某运输机上，并使用机上已改装在机前下腹的S波段视频及图像遥控发射天线，收发无线网数据信息。地面发射端装置，与原地面实验时所用的试验设备大致相同。视讯传输程式将被测飞行器上的图像和音频信息进行采集编码后，经由无线网桥传输端产
卖人情十年寒窗的意思生，再经由功率放大器扩增后经由机载天线发送。而视讯接收程序在接收到数据包后将视讯图像和音频解码信息恢复，并进行显示，同时，把所有接收到的数据存盘。
在第一次航空测试中，发现航班飞行8km后，信息仍然断断续续，接收到碎片信息时，无法通过解码恢复。后来经过分析研究，认为这是因为地面定向天线上使用的测量线都是人工跟踪的。在航班飞得很远后，不可靠平滑地跟踪航班进入地面接收天线的波束，导致信息损失很大。当信号变化太大时，它不能可靠地获得完整的信息。地面网络通信数据包大小由4kB改为0.5kB后来在第二次测试中，有效跟踪飞机起飞到30 km后，采集到的完整信息音质明显提高，可以解码还原提供连续的图像信息。同时，在202km范围内，获得了连续稳定的图像信息，音质良好，同时接收到语音和图像信息，取得了优异的航测效果。
飞机的测试结果与一般地面测试过程一致,只有接收天线能跟踪飞机，中间被遮挡，通信线路良好，才能保证图像画面不丢帧，画面清晰。传输距离可高达200 km以上，可以满足一般地面飞机测试的距离要求。
四、结语
本文详细地讲述了高动态LDPC码速率的飞行试验遥测数据无线传输技术，从无线局域网的单向传输、无线传输环境下的编码技术两方面进行介绍，并展开了后续飞行实验，结果发现，传输距离在 200km以上能够满足一般地面飞机测试的距离要求。本文以期能够有助于飞行器测试中遥测信息的无线传输相关研究。
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