北斗短報(bào)文通信在工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是我國自主建設(shè)、獨(dú)立運(yùn)行、集導(dǎo)航定位、授時(shí)、用戶監(jiān)測、短報(bào)文通信于一體的導(dǎo)航系統(tǒng)［1］。短報(bào)文通信是北斗系統(tǒng)特有的一個(gè)功能，其不受地形條件和環(huán)境氣候等影響，可用于解決偏遠(yuǎn)地區(qū)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)通信問題，特別適用于常規(guī)通信手段存在盲區(qū)多、基建投入大的場合使用，例如野外的石油、天然氣的閥站和門站，以及遠(yuǎn)離移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋地區(qū)或者通信不穩(wěn)定地區(qū)工廠的數(shù)據(jù)傳輸。

北斗衛(wèi)星的主要任務(wù)是定位導(dǎo)航，通信的信道資源少，民用北斗短報(bào)文通信存在單次報(bào)文長度和通信頻度受限的問題。對(duì)于工業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)測控制和數(shù)據(jù)采集（Supervisory Control and Data Acquisition，SCADA）項(xiàng)目中的數(shù)據(jù)而言，數(shù)據(jù)采集頻率高，數(shù)據(jù)量大。若對(duì)數(shù)據(jù)作分包處理，可實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)傳輸。但谷軍霞［2］等在2015年進(jìn)行的北斗短報(bào)文丟包測試中表明，隨著報(bào)文分包數(shù)的增加，報(bào)文的傳輸成功率逐步降低。若減少對(duì)原始工業(yè)數(shù)據(jù)的采樣頻率，則可降低數(shù)據(jù)量。但對(duì)于企業(yè)來說，歷史數(shù)據(jù)是工業(yè)現(xiàn)場寶貴的財(cái)富，是為后續(xù)工程技術(shù)人員提供分析和故障處理的基礎(chǔ)資料，是不能因?yàn)閭鬏數(shù)南拗凭碗S意減少和丟棄的。因此就需要有一種方法，既可完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸，又不會(huì)產(chǎn)生太大的數(shù)據(jù)量。

短報(bào)文通信是我國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)特有的一個(gè)功能，可用于公網(wǎng)通信覆蓋盲區(qū)位置的數(shù)據(jù)傳輸。而通信頻度和報(bào)文長度的限制，降低了北斗短報(bào)文通信的效率，為此，提出了一種用于北斗通信數(shù)據(jù)的壓縮方法。該壓縮方法分兩步，第一步為有損壓縮，以工業(yè)數(shù)據(jù)庫壓縮技術(shù)中的旋轉(zhuǎn)門算法為基礎(chǔ)，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)有損壓縮的精度可調(diào)，用改進(jìn)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器對(duì)旋轉(zhuǎn)門算法的參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整；第二步為無損壓縮，提出了前置特殊字節(jié)配合差值傳遞的無損壓縮策略。實(shí)驗(yàn)表明經(jīng)過此方法兩步壓縮后，對(duì)工業(yè)過程數(shù)據(jù)完成了較高的壓縮，同時(shí)，壓縮精度也可在壓縮過程中準(zhǔn)確調(diào)整。

目前已發(fā)表的關(guān)于北斗短報(bào)文通信的論文中，于龍海提出先建立運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，通過參數(shù)簡化和差分編碼實(shí)現(xiàn)北斗定位數(shù)據(jù)的壓縮［3］。陳海生提出的固定長度的索引碼表用于漁獲數(shù)據(jù)的傳輸，可以解決數(shù)據(jù)無損壓縮傳輸，但是不具有通用性［4］。彭浩提出了中文智能分詞和無損壓縮編碼的聯(lián)合壓縮算法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)擴(kuò)容［5］，但是工業(yè)過程數(shù)據(jù)中，主要傳輸?shù)氖菍?shí)數(shù)信息。目前，對(duì)于北斗短報(bào)文通信的工業(yè)過程數(shù)據(jù)的傳輸，還沒有較實(shí)用的數(shù)據(jù)壓縮和傳輸?shù)慕鉀Q辦法。因此本文提出了一種分別從有損和無損壓縮兩個(gè)方面，對(duì)數(shù)據(jù)分步進(jìn)行壓縮處理的解決方案。實(shí)驗(yàn)證明，該方法可有效對(duì)短報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮處理，從而提高工業(yè)過程數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎涂煽啃浴?/p>

1 北斗通信壓縮第一步：有損壓縮

有損壓縮是在壓縮工程中損失一定的信息以獲得較高的壓縮比［6］。為后文評(píng)價(jià)有損壓縮過程，本文采用曲奕霖［7］在其論文中提出的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如下：

CR用于衡量算法對(duì)一組數(shù)據(jù)的壓縮能力，而δ用于衡量一組數(shù)據(jù)的平均失真度。

旋轉(zhuǎn)門算法是一種常見的過程數(shù)據(jù)壓縮算法。本文提出的北斗通信壓縮算法中的有損壓縮階段就基于旋轉(zhuǎn)門算法。下面先介紹旋轉(zhuǎn)門算法，再介紹本文提出的基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID的自控精度SDT有損壓縮算法（后文簡稱為自控精度有損壓縮算法）。

1.1 標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)門算法（SDT）分析

旋轉(zhuǎn)門壓縮算法由美國OSI軟件公司研發(fā)，此算法主要針對(duì)的是浮點(diǎn)型的數(shù)據(jù)。SDT作為線性擬合的一種簡便算法，具有效率高、壓縮比高、實(shí)現(xiàn)簡單、誤差可控制的優(yōu)點(diǎn)?；舅惴ㄔ砣鐖D1所示。

設(shè)ΔE為SDT算法的壓縮精度參數(shù)，圖1中A點(diǎn)為起始點(diǎn)，以距離A點(diǎn)為ΔE的上下兩點(diǎn)為支點(diǎn)（類似兩扇門的門軸，故得名旋轉(zhuǎn)門）。壓縮開始時(shí)，兩扇門是關(guān)閉的，且在算法執(zhí)行過程中，門只能往外開啟，不能往內(nèi)關(guān)閉。隨著數(shù)據(jù)點(diǎn)的增加，門就會(huì)旋轉(zhuǎn)打開，兩扇門的內(nèi)角和等于180°，就停止操作，存儲(chǔ)前一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，并由該點(diǎn)開始新一段壓縮。經(jīng)過旋轉(zhuǎn)門壓縮后，由A到B點(diǎn)的直線代替A到B的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

解壓過程：根據(jù)每段直線保存的起始點(diǎn)和終止點(diǎn)可以求出線段的公式，然后根據(jù)某點(diǎn)橫軸坐標(biāo)求出其對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)值。

1.2 自控精度有損壓縮算法算法設(shè)計(jì)

對(duì)于SDT算法有兩方面需要注意：（1）ΔE是決定SDT算法解壓平均誤差δ的關(guān)鍵。如果ΔE選擇較小，δ也小，壓縮比CR低；反之ΔE選擇較大，CR高，δ卻也變大。即使是有經(jīng)驗(yàn)的工程師，也需要長時(shí)間調(diào)整ΔE才能找到合適的值，且當(dāng)數(shù)據(jù)范圍和特征改變時(shí)，為滿足壓縮比和精度的要求，還需重新設(shè)置。（2）δ通常是作為評(píng)價(jià)壓縮過程好壞的標(biāo)準(zhǔn)，如果δ不符合要求，較高的CR沒有任何意義。

基于以上兩點(diǎn)，將關(guān)注集中在δ的控制上。通過給定理想的δ，用算法自適應(yīng)調(diào)整ΔE。本文將工程中的反饋控制思想引入，用PID算法對(duì)ΔE在線調(diào)整，同時(shí)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法動(dòng)態(tài)調(diào)整PID參數(shù)，并通過其強(qiáng)大的學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)記憶功能，實(shí)現(xiàn)相似數(shù)據(jù)快速壓縮。

該算法包括兩方面內(nèi)容：改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器（后文簡稱為：NBP-PID）和標(biāo)準(zhǔn)SDT壓縮及解壓算法。數(shù)據(jù)通過SDT壓縮及解壓過程視為被控對(duì)象，期望的解壓平均誤差δs作為給定輸入，實(shí)際解壓平均誤差δ作為系統(tǒng)的輸出。NBP-PID控制器不斷調(diào)整ΔE的輸出，進(jìn)而控制δ輸出，直到偏差值小于算法停止運(yùn)行的門限值Th為止，這樣便完成了第一組數(shù)據(jù)的壓縮。門限值計(jì)算公式為：

當(dāng)首組數(shù)據(jù)壓縮完成后，保留此時(shí)控制器各個(gè)參數(shù)，用做下一組數(shù)據(jù)壓縮時(shí)控制器參數(shù)的初始值，完成第二組數(shù)據(jù)的壓縮，以此類推。同時(shí)將壓縮好的首組數(shù)據(jù)用北斗無損壓縮算法繼續(xù)壓縮。圖2為首組數(shù)據(jù)壓縮算法的反饋控制系統(tǒng)模型。

1.2.1 NBP-PID控制器設(shè)計(jì)

在工業(yè)控制中，對(duì)PID控制器比例、積分、微分3個(gè)系數(shù)的調(diào)整一般很難。根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可逼近任意線性和非線性函數(shù)，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自身學(xué)習(xí)，加權(quán)系數(shù)調(diào)整可以使其穩(wěn)定狀態(tài)對(duì)應(yīng)某種最有規(guī)律下的PID控制器參數(shù)［8］。于是本文采用三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（4-5-3結(jié)構(gòu)）來調(diào)整PID的參數(shù)。

輸入層神經(jīng)元為4個(gè)，分別是輸入rin、輸出yout、誤差error和常數(shù)1；隱含層選擇5個(gè)即可滿足要求，3個(gè)輸出神經(jīng)元對(duì)參數(shù)Kp、Ki、Kd進(jìn)行在線調(diào)整。輸入層的輸入為：

1.2.2 自控精度有損壓縮算法實(shí)現(xiàn)步驟

（1）第一次進(jìn)行壓縮時(shí)，對(duì)相應(yīng)的參數(shù)初始化。令u、u_1、u_2、u_3、u_4、u_5，即控制器的輸出零時(shí)刻和各歷史時(shí)刻初始值都為0，同時(shí)誤差error、輸出值yout零時(shí)刻和各歷史時(shí)刻也都初始化為0。隱含層的加權(quán)系數(shù)初始值和和輸出層加權(quán)系數(shù)的初始值為-0.5~0.5之間的隨機(jī)數(shù)。選定學(xué)習(xí)速率η、慣性系數(shù)α和β，以及門限值Th；

（2）采樣得到rin（k）；將前一時(shí)刻控制器的輸出u（k-1），即ΔE傳入代表被控對(duì)象模型的壓縮解壓函數(shù)中計(jì)算，得到此時(shí)的輸出yout值，再計(jì)算該時(shí)刻的系統(tǒng)誤差error（k）=rin（k）-yout（k）；

（3）計(jì)算神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)各層神經(jīng)元的輸入、輸出，輸出層的輸出即對(duì)應(yīng)PID控制器的3個(gè)可調(diào)參數(shù)Kp、Ki、Kd，據(jù)此計(jì)算控制器當(dāng)前時(shí)刻的輸出u（k）；

（4）進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，在線調(diào)整輸出層和隱含層加權(quán)系數(shù)值，然后將各狀態(tài)參數(shù)更新；

（5）根據(jù)式（3），計(jì)算系統(tǒng)此時(shí)的Th值，如果小于預(yù)先設(shè)置的門限值，則表明此組數(shù)據(jù)已達(dá)到給定誤差壓縮要求，進(jìn)入步驟（6），否則進(jìn)入步驟（2），再次循環(huán)；

（6）將此時(shí)刻以及前3個(gè)時(shí)刻的輸出層及隱含層加權(quán)系數(shù)值保存，作為下組數(shù)據(jù)壓縮時(shí)零時(shí)刻及歷史時(shí)刻的初始值，保存u及前5個(gè)時(shí)刻的值，作為下組數(shù)據(jù)壓縮各時(shí)刻u的初始值。同時(shí)，此組壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)入后續(xù)北斗無損壓縮算法中繼續(xù)壓縮；

（7）利用前一組保存的控制器各參數(shù)開始下一組數(shù)據(jù)的壓縮，即又一次進(jìn)入步驟（2），直到所有組別的數(shù)據(jù)都?jí)嚎s完畢，算法結(jié)束。

2 北斗通信壓縮第二步——無損壓縮

相對(duì)于有損壓縮來說，無損壓縮占用空間大，壓縮比不高，但它 100%地保存了原始信息，沒有任何信號(hào)丟失，不受信號(hào)源影響［9］。 一般的工業(yè)過程數(shù)據(jù)都有明確的物理含義，以項(xiàng)目中某能源公司提供的天然氣閥站數(shù)據(jù)為例，包含了溫度、流量、壓力、阻力等模擬量信息，也有閥門啟停、報(bào)警等狀態(tài)量信息。

本文以過程數(shù)據(jù)中最常見的流量/壓力/阻力為例，對(duì)北斗無損壓縮算法作介紹。

2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

假設(shè)待壓縮實(shí)數(shù)數(shù)據(jù)精度為兩位小數(shù)，數(shù)據(jù)大小為0.00~999 999.00。且以一個(gè)float fRevBuf［500］ 類型數(shù)組保存，若將此數(shù)組每個(gè)元素都乘以100，則其小數(shù)部分全部轉(zhuǎn)化成了整數(shù)，再用強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化得到4 B的無符號(hào)整形數(shù)組 iPlc［500］。不同類型的整數(shù)可表示的數(shù)據(jù)范圍如表1前3行所示，且根據(jù)整數(shù)在計(jì)算機(jī)中的保存方式［10］，可推得后面的4種情況。

2.2 北斗短報(bào)文通信無損壓縮算法

過程數(shù)據(jù)一般是按時(shí)間的先后順序采集的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)中帶有時(shí)間特性，大多數(shù)工業(yè)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)都是過程數(shù)據(jù)［11］。因此，數(shù)據(jù)之間在數(shù)值上是有關(guān)聯(lián)的，所以根據(jù)相鄰數(shù)組元素的差值，而不是元素值本身，對(duì)其分配存儲(chǔ)空間更為合理。下面為具體步驟：

（1）新建數(shù)組 int iSub［500］，用于保存數(shù)組iPlc中相鄰元素的差值，即：iSub［i+1］=iPlc［i］-iPlc［i+1］; 并將iPlc數(shù)組中的首元素賦值給iSub數(shù)組中的首元素。

（2）根據(jù)差值數(shù)組iSub中的每個(gè)元素的值大小，對(duì)照表1，給每個(gè)元素分配一個(gè)從1~4不等的字節(jié)長度標(biāo)記，并用另一個(gè)數(shù)組iLethByte作出記錄。如表2中，差值元素為100，iLethByte數(shù)組相同下標(biāo)元素值為1。

（3）iLethByte數(shù)組中每一個(gè)元素記錄了相同下標(biāo)位置的差值數(shù)組iSub每一個(gè)元素所需存儲(chǔ)空間的最小字節(jié)長度，為了在北斗接收端作解壓縮，除了傳遞iSub數(shù)組外也需要傳遞長度標(biāo)記數(shù)組iLethByte，但這樣需要傳遞的數(shù)據(jù)量過大。根據(jù)表1可知，以不同字節(jié)長度可表示的不同的數(shù)值范圍為依據(jù)，可分為7種類型，但現(xiàn)實(shí)中不需要每次都分成7種類型，因?yàn)檫^程數(shù)據(jù)數(shù)值大小具有一定的連續(xù)性，并不是平均分布的，于是每次壓縮時(shí)根據(jù)過程數(shù)據(jù)本身的分布規(guī)律選擇其中的4種（選擇的原則后面會(huì)補(bǔ)充）類型作為本次傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)類型，包含在其余類型里的數(shù)據(jù)最終會(huì)歸類到這4種標(biāo)準(zhǔn)類型中，然后用兩位二進(jìn)制數(shù)代碼來代指此次選出的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類型。例如，此次的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)類型字節(jié)長度為1、2、2.5、3，則它們的二進(jìn)制數(shù)代碼可依次為：00 01 10 11。然后每個(gè)元素按照所在的標(biāo)準(zhǔn)類型的字節(jié)長度壓縮數(shù)據(jù)，變成一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)長度不等的數(shù)據(jù)，再將每4個(gè)變換之后的iSub數(shù)組元素組成一組，在每組前面添加一個(gè)記錄字節(jié)bt4Record，bt4Record為8位，每兩個(gè)二進(jìn)制位可表示一個(gè)iSub元素所在的標(biāo)準(zhǔn)類型的代碼，且iSub元素在前面的對(duì)應(yīng)bt4Record的高位，在后面的對(duì)應(yīng)bt4Record的低位，如表2所示。至此，表2中這4個(gè)iSub元素前面的bt4Record字節(jié)二進(jìn)制表示為：01100011。

（4）標(biāo)準(zhǔn)類型的選擇組合共為讓接收端確定是哪種組合，需要額外傳遞當(dāng)前組合的編號(hào)。且單次需要壓縮的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)如不是4的倍數(shù)，則使最后一個(gè)bt4Record字節(jié)不夠8位，此時(shí)對(duì)于不足的字節(jié)先補(bǔ)零，然后額外傳遞本組壓縮數(shù)據(jù)的總數(shù)值，便可使北斗接收端解壓無誤。在每組報(bào)文的開頭，取兩個(gè)字節(jié)（16個(gè)bit位），其中10個(gè)bit位記錄本次壓縮的數(shù)據(jù)元素總數(shù)值（10位可表示：210=1 024個(gè)數(shù)，足夠），剩余6個(gè)bit位（26=64》35）表示標(biāo)準(zhǔn)類型組合編號(hào)。

至此，一次北斗短報(bào)文的數(shù)據(jù)報(bào)文打包完成。

（5）將經(jīng)過步驟處理后的數(shù)據(jù)通過北斗設(shè)備發(fā)送到接收端。接收端解壓時(shí)，先取出前兩個(gè)字節(jié)，根據(jù)6個(gè)比特位的分類編號(hào)確定此組數(shù)據(jù)中的四種標(biāo)準(zhǔn)類型；根據(jù)10個(gè)比特位的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，確定此組原始數(shù)據(jù)的總個(gè)數(shù)。然后依次先取bt4Record，再按照此字節(jié)的記錄長度對(duì)每個(gè)差值元素取數(shù)，分別保存成整數(shù)，再依次取下一個(gè)bt4Record字節(jié)。對(duì)于接收到數(shù)據(jù)字節(jié)長度為1、2、4類型的，可根據(jù)表1直接強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)化變回4個(gè)字節(jié)的整數(shù)；對(duì)于其余自定義類型，則需要提取符號(hào)位，再根據(jù)正數(shù)的補(bǔ)碼與原碼相同，負(fù)數(shù)的補(bǔ)碼為原碼取反加一原則處理轉(zhuǎn)化成4個(gè)字節(jié)的整數(shù)。

（6）將步驟（5）保存的整數(shù)縮小100倍，再保存成實(shí)數(shù)類型，至此完成北斗無損壓縮的解壓縮過程。

補(bǔ)充：一組數(shù)據(jù)中最大值所在的類型必須是本次選取的標(biāo)準(zhǔn)類型之一。例如iSub［4］元素最大值為8 000 000，則字節(jié)為3的標(biāo)準(zhǔn)類型必須取，后再取其他可包含元素值最多的3個(gè)類型作為標(biāo)準(zhǔn)類型。

3 試驗(yàn)結(jié)果與對(duì)比分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)源于一滾鉚實(shí)驗(yàn)機(jī)床，其作用是用滾鉚工具碾壓軸承外環(huán)邊緣的環(huán)形槽，使環(huán)形槽的一側(cè)邊緣向座圈孔或軸承的變形，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)軸向固定。數(shù)據(jù)源自機(jī)床中的壓力傳感器，一組數(shù)據(jù)表示一次壓緊過程，原始?jí)毫η€如圖3所示。（原始數(shù)據(jù)共18組，編號(hào)：S1~S18）圖中曲線下降階段是因?yàn)?a target="_blank">電機(jī)停轉(zhuǎn)，壓力逐步除去引起的，停機(jī)時(shí)間人為控制，故為排除人為干擾，每組只取前20 s的數(shù)據(jù)（200個(gè)）。

后續(xù)實(shí)驗(yàn)中都選定rin（k）為1，學(xué)習(xí)速率η為1.4，慣性系數(shù)α為0.3，β為0.5，門限值Th為0.1。且后續(xù)段落中，“第一階段”指的是北斗通信壓縮中的有損壓縮階段，“第二階段”為無損壓縮階段。

3.1 NBP-PID與標(biāo)準(zhǔn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器性能對(duì)比

圖4為在第一階段中，NBP-PID算法較標(biāo)準(zhǔn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID算法（簡稱為BP-PID），6組數(shù)據(jù)單獨(dú)壓縮時(shí)各自達(dá)到門限值所需壓縮訓(xùn)練次數(shù)對(duì)比。

分析圖4可知，在修改網(wǎng)絡(luò)權(quán)值時(shí)，增加一個(gè)k-2時(shí)刻的慣性項(xiàng)和“階梯慣性項(xiàng)”系數(shù)的NBP-PID算法，可以減少重復(fù)壓縮的次數(shù)，從而更快達(dá)到門限值。

圖5為第一組（S1）數(shù)據(jù)分別采用兩種算法解壓誤差和訓(xùn)練次數(shù)的曲線圖，采用NBP-PID可在訓(xùn)練11次時(shí)達(dá)到門限值，即達(dá)到給定值的90%以上而結(jié)束訓(xùn)練，而BP-PID在最大訓(xùn)練次數(shù)（20）內(nèi)無法達(dá)到給定值的90%。綜上，NBP-PID的確可以有效加快訓(xùn)練過程，減少重復(fù)壓縮的次數(shù)，從而提升算法的實(shí)用性。

3.2 采用NBP-PID算法壓縮多組數(shù)據(jù)

表3給出當(dāng)首組數(shù)據(jù)壓縮完成后，后續(xù)組別依次繼續(xù)壓縮，達(dá)到門限值的壓縮次數(shù)的測試數(shù)據(jù)。

根據(jù)表3知，首次壓縮數(shù)據(jù)在10次左右，后續(xù)組別重復(fù)壓縮次數(shù)除了個(gè)別組別達(dá)到最大訓(xùn)練次數(shù)，其余數(shù)據(jù)組別基本可在一兩次之內(nèi)完成壓縮。因此通過NBP-PID網(wǎng)絡(luò)權(quán)值記憶功能，當(dāng)類似數(shù)據(jù)出現(xiàn)時(shí)，可一定程度上加快后續(xù)組的壓縮，提升整體壓縮效率。

3.3 北斗通信壓縮算法整體壓縮分析

表4描述了兩個(gè)階段壓縮過程中具體壓縮信息。為排除偶然性，這里用的數(shù)據(jù)與前面實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)不同，采用S10～S14的5組數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

這5組數(shù)據(jù)的平均解壓誤差δ在1.0附近，滿足給定值上下波動(dòng)10%以內(nèi)的要求。有損壓縮階段的壓縮比平均為4.452，實(shí)現(xiàn)了用戶自定義壓縮誤差的同時(shí)還能擁有不錯(cuò)的壓縮比。無損壓縮階段中，壓縮后的存儲(chǔ)空間是壓縮后的數(shù)組元素所占空間之和，加上記錄字節(jié)所占空間之和，再加上處在報(bào)文開頭的兩個(gè)字節(jié)的總和。

總壓縮率是無損壓縮之后所占存儲(chǔ)空間與原始數(shù)據(jù)所占存儲(chǔ)空間（800=4×200）之比?？梢钥吹?，經(jīng)過兩個(gè)階段的壓縮之后，數(shù)據(jù)被壓縮到了原始數(shù)據(jù)的10.5% 左右。由此可見北斗壓縮算法的壓縮效果良好。

4 結(jié)論

本文提出的有損壓縮算法已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中完成測試，無損壓縮算法在某天然氣管線監(jiān)測項(xiàng)目中實(shí)際完成測試部署，效果良好?；诒倍吠ㄐ诺墓I(yè)數(shù)據(jù)壓縮算法一方面解決了SDT壓縮精度不可控、參數(shù)設(shè)置困難等問題；另一方面，數(shù)據(jù)經(jīng)過兩個(gè)階段的壓縮，獲得了較高的壓縮比。此外，該算法不僅可用于北斗短報(bào)文通信，也可用于其他通信頻度和報(bào)文長度受限的場合下，因此該算法具有工程實(shí)用價(jià)值。

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作者信息：

陳 勇，黃茹楠，劉 青，李建坡，李 鑫

（燕山大學(xué) 電氣工程學(xué)院，河北 秦皇島066004）