FPGA与DSP实现的ARC无损压缩在航天遥测中的应用

"本文探讨了基于ARC算法的数据压缩技术在航天遥测系统中的应用，提出了一种结合FPGA和DSP硬件结构的实时无损压缩方案。文章深入研究了数据压缩的基本原理，利用Shannon信息熵理论作为评估标准，并通过PC仿真比较了多种压缩算法，最终选择了算术编码(ARC)。该系统设计中，FPGA作为控制单元，DSP负责数据压缩，能够处理多路模拟信号的采集和压缩，提升了遥测系统的效率和实时性。" 在航天遥测领域，数据压缩技术是解决传输和存储问题的关键。随着航天技术的进步，遥测系统需要处理的数据量大幅增加，传统的传输方式难以满足需求。因此，采用数据压缩技术可以有效减少数据传输的时间和占用的存储空间，确保遥测数据的实时性和传输效率。 本文提出的压缩系统基于FPGA（现场可编程门阵列）和DSP（数字信号处理器）的硬件架构，FPGA作为核心控制器，用于管理和协调数据流程，而DSP则承担实际的压缩运算任务。FPGA的优势在于其并行处理能力和灵活的可配置性，可以快速响应和处理大量数据；而DSP则以其强大的信号处理能力，能够高效执行算术编码等复杂的压缩算法。 算术编码（ARC）是一种高效的无损数据压缩方法，它通过对数据的概率分布进行精确建模，将连续的概率区间映射到更短的二进制码字，从而实现数据的压缩。在文中，通过PC仿真实验比较了多种压缩算法，发现ARC在保持数据完整性的同时，具有较好的压缩性能，因此被选为无损压缩的首选算法。 系统设计中，6路模拟信号首先经过调理电路，然后由A/D转换器转化为数字信号，这些数字信号被FPGA写入内部的FIFO缓存。DSP监控FIFO状态，当数据达到一定阈值时，进行压缩操作，并将压缩后的数据存储在缓冲器中。一旦缓冲器达到半满状态，DSP会将压缩数据通过FPGA发送至数据接收器，确保数据传输的实时性。 硬件选型方面，采用了XILINX公司的XC3S200AN FPGA，它拥有足够的BlockRAM资源和内置Flash，便于数据缓存和程序存储。而DSP选择了TI公司的TMS320C6416，其高速处理能力和大容量内存能满足高负荷的压缩运算需求。 该设计结合了FPGA的并行处理能力和DSP的高速计算性能，实现了高效的无损数据压缩，对于提升航天遥测系统的整体性能具有重要意义。同时，模块化和软件化的实现方式也使得系统具备更好的可扩展性和可重构性，降低了开发成本。