将火星之旅“天问”的 “答案”打包带回 西电团队参与我国首次火星探测任务
7月23日，我国首次火星探测任务“天问一号”探测器成功发射。记者获悉，西安电子科技大学通信工程学院李云松教授所负责的图像传输与处理团队，参与了本次火星探测中多个科学载荷的图像和数据压缩任务。
搭建链路传递“天问”数据
“地球与火星距离最远4亿公里，最近时也有近6000万公里。能量的损耗是与传输距离的平方成反比的，这样就意味着信号衰减很厉害，信噪比就很低了，有效传输速率很低。”李云松介绍说。
此次发射的火星探测器共搭载了13台科学载荷即探测仪器，涉及空间环境探测、火星表面探测、火星表层结构探测等领域。其中，火星环绕器携带7台，火星车携带6台，它们的科学目标是实现对火星的表面形貌、土壤特性、物质成分、水冰、大气、电离层、磁场等进行科学探测，进而有利于建立起对火星全面而基础的认识。
“探测器与地面的信号传输方式是无线数传。火星车、环绕器上的天线发射信号，地面天线接收器接收信号，形成了信息传输的物理链路。”李云松介绍说。
“这条物理链路就相当于我们修了一条路，数据就是在这条路上要运输的货物。问题在于，想运送的东西很多，道路却很窄。这么一来，要么是修宽路，要么是把货物进行处理。我们做的工作就是把货物压得紧一点。这样就能在有限的带宽下，传输更多东西。”对团队承担的工作，李云松打了一个形象的比喻。
自主研发实现多项性能提升
“这次是我们处理数据类型最多的一次，有可见光的、高光谱的，还有雷达的，每种类型对压缩的要求都不一样。火星探测一共是13个科学载荷，其中有5个载荷是需要进行数据压缩的，我们参与了全部压缩任务。”李云松表示。
这些探测设备，就是在深空中人类感知的极大延伸，充当人类在火星上的“眼耳鼻舌”，帮助我们更好更精准地认识火星。如何确保图像和数据压缩质量？针对不同数据类型和压缩要求，李云松团队提出了不同的解决模块。
团队研发了中分辨率相机和高分辨率相机压缩模块，首次在我国航天器上使用300万门FPGA实现了基于JPEG2000算法的图像压缩和处理功能，支持有损压缩和无损压缩，支持多种图像模式和多个压缩比进行压缩。
团队还研发了矿物光谱分析仪图像压缩模块，环绕器次表层探测雷达原始数据压缩模块，解决了不同维度光谱像素级有损无损混合压缩问题。
此外，还承担了国家科技创新2030“新一代人工智能”重大项目“地外探测无人系统自主智能精准感知与操控”中的图像分割、检测、定位、跟踪和识别子课题。预计到2022年加载到火星车上，将显著提升中国火星车的自主能力。
“此次我们面临的主要挑战还是资源受限下进一步提高压缩效率的问题。我们做的，就是在处理资源非常少的情况下，针对不同数据特性和质量要求设计高性能压缩，不断优化算法，开发性能又好、复杂度又低、安全性和可靠性又高的算法。”李云松说。
聚焦国家需求传承探月精神
此次承担探火工程科研任务，离不开李云松团队多年来在深空探测领域的持续耕耘。团队始终围绕国家航天领域重大需求，深入研究可见光全色图像、多光谱图像、立体图像、红外图像和视频图像等各类卫星遥感图像的成像特性分析、高效压缩编码方法以及高速星载硬件系统实现方法，解决了我国现阶段卫星图像数据传输和存储的瓶颈问题，在满足图像质量要求的前提下，提高了压缩比和图像压缩解压缩实时处理能力。团队成功完成探月工程的各项任务，相关成果获得2012年国家科技进步二等奖。
在探月过程中的技术积累和实战经验，是李云松团队完成中国火星任务和接下来深空任务的宝贵财富。“希望在后续通过智能化处理技术，让我们的火星车能够行走地更快更稳。”李云松向“天问一号”送出美好祝愿。
记者任娜
新闻推荐
西安翻译学院由当代杰出教育家、民办教育事业拓荒者丁祖诒先生于1987年创建，是经国家教育部批准的以文、商科为主，以外...
西安新闻，讲述家乡的故事。有观点、有态度，接地气的实时新闻，传播西安正能量。看家乡事，品故乡情。家的声音，天涯咫尺。