星载图像处理机全链路仿真验证系统

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遥感图像具有幅面广、下传速率快等特点。为了减轻带宽压力,需要在卫星上进行实时数据压缩后下传到地面,通过地面解码设备对压缩码流进行解压缩,还原图像数据。传统的图像压缩算法压缩效率低,无法满足数传带宽最低下传压缩比要求,可能导致图像帧丢失。因此采用高效、快速的图像压缩具有非常重要的现实意义。目前国内传统的卫星遥感图像压缩仿真系统通常有以下三种主要实现方式:软件集成实现,硬件集成实现以及软硬件结合实现。软件集成实现的图像压缩仿真系统一般是在Linux平台或者Windows平台环境下进行系统开发,硬件集成实现的图像压缩仿真系统一般是采用可编程门阵列(FPGA)或者专业的图像处理ASIC芯片进行系统开发,另外还有一种方法是采用FPFA+DSP软硬件结合的实现方式进行系统开发。考虑到星载设备体积、功耗的限制以及工作环境恶劣等因素影响,星载设备对遥感图像进行图像压缩一般采用航天级FPGA硬件平台,但是直接对FPGA硬件平台进行系统开发,存在开发周期长、难度大、移植性差等缺点,不利于系统前期设计实现和后期维护升级。为了解决这一矛盾,本文通过结合JPEG_LS压缩算法和MPCM红外小目标检测算法设计了一种保目标的图像压缩方法。并在PC端Windows平台下行设计一款全链路仿真验证系统,系统包括图像压缩、数据传输和图像解压缩等功能,模拟星载压缩单元到地面解压缩设备的运行过程,用于支持前期星载压缩单元的算法研制工作。本文在原有MPCM检测算法的基础上使用的快速积分图均值滤波和自适应阈值策略提高了目标检测效率,以及在采用Open Mp并行处理技术和TCP/IP网络分发技术提高系统解压缩的实时性,用于星载压缩单元输出码流实时解压缩。在系统性稳定性方面,本文通过采用EDC+RS检纠错算法提高系统的抗误码性能,有效的防止了传输过程中的误码扩散现象,保证星载压缩单元能在复杂的太空环境下长时间稳定运行。通过性能测试实验结果表明,该系统具有高检测率,高压缩比的特点,能保证在图像关键目标信息不丢失的情况下,提高压缩比。同时本系统具有较高的实时性,能在星载压缩单元下传周期内实时解压缩下传码流,可用于长时间、大规模实验测试。
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