基于北斗短报文通信的过程数据压缩方法

【摘要】：短报文通信是我国北斗卫星导航系统特有的一个功能,可用于公网通信覆盖盲区的数据传输。然而,由于北斗短报文通信频度和报文长度的限制,大大降低了北斗短报文通信的实用性。为解决此问题,本文提出了一种用于北斗短报文通信数据的压缩方法,通过压缩数据来减少数据量,从而提升通信效率。该压缩方法分两步,第一步为有损压缩,使用了工业数据库压缩技术中常用的旋转门算法(Spinning Door Transformation,SDT)作为有损压缩的基础,同时为了实现有损压缩的精度可调,设计了改进的BP神经网络PID控制器对旋转门算法的参数进行在线调整。第二步为无损压缩,提出了前置特殊字节法,配合差值传递的无损压缩策略。实验表明经过此压缩方法两步压缩后,对原始工业过程数据完成了较高的压缩,同时,数据压缩的精度还可在线准确调整。由此证明,该工业过程数据压缩方法在频度和报文长度受限的北斗短报文通信中具有实用价值。本文研究工作内容如下:首先,研究了常用的数据压缩算法及其基本概念。压缩技术一般可分为了有损压缩和无损压缩。考虑到本课题的主要目标是对工业过程数据的压缩,因此重点研究了工业数据压缩领域的专用有损压缩技术和一些通用的无损压缩技术。然后,针对本文的实际问题,提出了基于北斗通信的工业用过程数据有损压缩算法。在提出此算法前,分别研究了PID算法和神经网络算法,并完成了被控对象模型的设计,最后完成了BP神经网络PID控制器的设计及其改进工作。之后,提出了针对工业过程数据的一种无损压缩算法。为了更好的根据待压缩数据特点设计相应的压缩算法,先对工业过程数据进行了分类,后又分别设计了针对状态量和质量码的无损压缩算法。工业过程数据中应用最广泛的一类数据是浮点型数据,因此重点设计了针对浮点型数据,利用北斗短报文通信时的无损压缩算法。最后,对上文所设计的算法进行了仿真实验。根据实验结果确定了最佳的自控精度有损压缩算法控制器及其对应算法,确定了针对质量码的最佳压缩算法,而且对于浮点型过程数据,通过无损和有损两个阶段的压缩实验,对算法整体性能做出评价。

【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN967.1