各界新聞網(wǎng)訊(來昌榮 雷文姣 付一楓)2020年7月23日12時41分，中國首次火星探測任務“天問一號”探測器，在海南島東北海岸中國文昌航天發(fā)射場，由長征五號遙四運載火箭發(fā)射升空。此次發(fā)射掀開中國自主開展行星探測新篇章，成為我國深空探索全新的里程碑。西安電子科技大學通信工程學院李云松教授所負責的圖像傳輸與處理團隊參與了本次火星探測中多個科學載荷的圖像和數(shù)據(jù)壓縮任務。

　　將“天問”的答案打包“回傳”

　　相對于地球的近鄰“月球”，火星的距離實屬遙遠。想要讓火星探測到的各類圖像和數(shù)據(jù)“看得清”“收得回”，數(shù)據(jù)壓縮必不可少。

　　“地球與火星距離最遠4億公里，最近時也有近6000萬公里。因為能量的損耗是與傳輸距離的平方成反比的，這樣就意味著信號衰減很厲害，信噪比就很低了，有效傳輸速率很低。”李云松介紹說。此次發(fā)射的火星探測器共搭載了13臺科學載荷即探測儀器，涉及空間環(huán)境探測、火星表面探測、火星表層結構探測等領域。探測器與地面的信號傳輸方式是無線數(shù)傳。火星車、環(huán)繞器上的天線發(fā)射信號，地面天線接收器接收信號，形成了信息傳輸?shù)奈锢礞溌贰?/p>

　　“這條物理鏈路就相當于我們修了一條路，數(shù)據(jù)就是在這條路上要運輸?shù)呢浳铩栴}在于，想運送的東西很多，道路卻很窄。這么一來，要么是修寬路，要么是把貨物進行處理。我們做的工作就是把貨物壓得緊一點。這樣就能在有限的帶寬下，傳輸更多東西。”對團隊承擔的工作，李云松打了一個形象的比喻。

　　參與全部5項壓縮任務

　　李云松表示，這次是其團隊處理數(shù)據(jù)類型最多的一次，有可見光的、高光譜、雷達，每種類型對壓縮的要求都不一樣?；鹦翘綔y一共是13個科學載荷，其中有5個載荷是需要進行數(shù)據(jù)壓縮的，該團隊參與了全部壓縮任務。

　　如何確保圖像和數(shù)據(jù)壓縮質量?針對不同數(shù)據(jù)類型和壓縮要求，李云松團隊提出了不同的解決模塊：團隊研發(fā)了中分辨率相機和高分辨率相機壓縮模塊，首次在我國航天器上使用300萬門FPGA實現(xiàn)了基于JPEG2000算法的圖像壓縮和處理功能，支持有損壓縮和無損壓縮，支持多種圖像模式和多個壓縮比進行壓縮;研發(fā)了礦物光譜分析儀圖像壓縮模塊，提出了一種混合頻段分析的光譜圖像壓縮方法，解決了不同維度光譜像素級有損無損混合壓縮問題，在整體帶寬受限情況，確保了重點光譜數(shù)據(jù)無失真編碼;研發(fā)了環(huán)繞器次表層探測雷達原始數(shù)據(jù)壓縮模塊，提出了在受限資源情況下可靠壓縮軟硬件方案，可對數(shù)據(jù)進行無損壓縮、1.5倍-2.5倍有損壓縮。

　　在數(shù)據(jù)傳輸帶寬和硬件資源受限的極端情況下，圖像壓縮的效率影響我們獲取圖像的質量和速度。“我們做的，就是在處理資源非常少的情況下，針對不同數(shù)據(jù)特性和質量要求設計高性能壓縮，不斷優(yōu)化算法，開發(fā)性能又好、復雜度又低、安全性和可靠性又高的算法。”李云松解釋說。

　　傳承探月精神擁抱星辰大海

　　與國家需求和實際應用緊密結合，正是李云松及其團隊開展科學研究的重要前提和最終目標。此次承擔探火工程科研任務，離不開李云松團隊多年來在深空探測領域的持續(xù)耕耘。

　　自從事星載圖像、視頻壓縮編碼的研究以來，李云松團隊始終圍繞國家航天領域重大需求，深入研究可見光全色圖像、多光譜圖像、立體圖像、紅外圖像和視頻圖像等各類衛(wèi)星遙感圖像的成像特性分析、高效壓縮編碼方法以及高速星載硬件系統(tǒng)實現(xiàn)方法，解決了我國現(xiàn)階段衛(wèi)星圖像數(shù)據(jù)傳輸和存儲的瓶頸問題，在滿足圖像質量要求的前提下提高了壓縮比和圖像壓縮解壓縮實時處理能力。

　　從2007年到2018年，嫦娥一號到四號通過四次任務逐步實現(xiàn)了月球的環(huán)繞、著陸和巡視。后期計劃發(fā)射的嫦娥五號還計劃實現(xiàn)從月球返回的目標。在探月工程“繞落回”三大步中，每一步都凝聚著李云松團隊的智慧。在探月過程中的技術積累和實戰(zhàn)經(jīng)驗，是李云松團隊完成中國火星任務和接下來深空任務的最寶貴財富。“航天標準要求很高，責任也很重大。風險高、周期長、難度大，研發(fā)、生產、測試、維護，都要一步一個腳印，確保百分百成功。”

　　“希望能順利到達。希望在后續(xù)通過智能化處理技術，讓我們的火星車能夠行走的更快更穩(wěn)。”李云松向“天問一號”送出美好祝愿。