倪漢華， 胡佩玉， 湯濤林， 諶志新， 江 濤

(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092)

金槍魚電浮標(biāo)衛(wèi)星通訊與數(shù)據(jù)壓縮實(shí)現(xiàn)

倪漢華， 胡佩玉， 湯濤林， 諶志新， 江 濤

(農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092)

針對(duì)目前海上漁船與流放在海面的浮標(biāo)遠(yuǎn)距離通訊傳輸時(shí)存在信息易丟失、通訊費(fèi)用高以及數(shù)據(jù)顯示終端不夠友好等諸多問題，對(duì)衛(wèi)星通訊終端(IDP)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與哈夫曼壓縮算法展開研究。采用圖像分級(jí)式哈夫曼編碼壓縮方法，利用衛(wèi)星信號(hào)收發(fā)服務(wù)器提供中轉(zhuǎn)，對(duì)衛(wèi)星回傳的40組典型數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼解碼試驗(yàn)。結(jié)果顯示，通訊數(shù)據(jù)流量最高壓縮比達(dá)到0.58，平均節(jié)省通訊成本40%，客戶端人機(jī)界面友好，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位與浮標(biāo)各項(xiàng)參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示，控制命令延遲時(shí)間僅為5 s。最終將壓縮算法部署在衛(wèi)星通訊終端并實(shí)時(shí)接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)后，控制命令收發(fā)數(shù)據(jù)包完整、無丟幀，聲吶探測(cè)圖像清晰可辨，數(shù)據(jù)包壓縮效果顯著，達(dá)到了預(yù)期效果。此浮標(biāo)已經(jīng)應(yīng)用至南海部分金槍魚圍網(wǎng)漁船，漁船可以通過船載客戶端與浮標(biāo)實(shí)現(xiàn)有效通訊并實(shí)時(shí)接收金槍魚魚情信息，通訊成本在可接受范圍內(nèi)。

浮標(biāo)；衛(wèi)星通訊；哈夫曼編碼；數(shù)據(jù)壓縮

金槍魚資源探捕能力是反映國(guó)家漁業(yè)科技實(shí)力的一個(gè)重要方面。西班牙 Zunibal公司開發(fā)的金槍魚跟蹤浮標(biāo)系統(tǒng)，能夠利用衛(wèi)星在世界范圍內(nèi)獲取到海洋魚群信息，可實(shí)現(xiàn)浮標(biāo)方位、海水流速、水溫等參數(shù)的實(shí)時(shí)采集；同時(shí)浮標(biāo)上帶有聲納裝置，可顯示金槍魚魚群的詳細(xì)信息，并全天候進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與發(fā)送。由于其英文操作界面、繁瑣的衛(wèi)星搜尋與設(shè)置步驟等原因，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用不多。美、法等國(guó)于1998年建立了基于全球海洋觀測(cè)網(wǎng)(ARGO)的浮標(biāo)觀測(cè)系統(tǒng)，目前已經(jīng)可以快速、準(zhǔn)確、大范圍地收集全球海洋上層的海水溫度、鹽度剖面信息數(shù)據(jù)等[1-5]，但因設(shè)備價(jià)格高、受進(jìn)口約束等因素影響，在國(guó)內(nèi)實(shí)際應(yīng)用也不多。國(guó)內(nèi)也有相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)研發(fā)成功并投入使用，但總體上存在浮標(biāo)能耗高、殼體大、通訊數(shù)據(jù)傳輸不及時(shí)、信息丟失、通訊費(fèi)用高以及數(shù)據(jù)顯示終端不夠友好等諸多問題[6]。

本文研究的浮標(biāo)系統(tǒng)主要包括聲納系統(tǒng)、衛(wèi)星通訊系統(tǒng)和終端顯示系統(tǒng)。在前期研發(fā)中，聲納探測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)形成比較成熟的應(yīng)用方案，通過衛(wèi)星通訊的數(shù)據(jù)也能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)頁客戶端瀏覽[12]。然而在實(shí)際應(yīng)用中，卻存在著通訊數(shù)據(jù)傳輸與顯示延遲、聲納數(shù)據(jù)丟包等一些問題，同時(shí)也面臨衛(wèi)星通訊費(fèi)用高的老問題。

1 系統(tǒng)及通訊設(shè)計(jì)

通過電子浮標(biāo)獲取的海洋環(huán)境信息以及魚群生物量信息，無論采用哪種科學(xué)探測(cè)方法[7-11]，均必須通過衛(wèi)星遠(yuǎn)傳系統(tǒng)傳送至用戶客戶端，并最終在漁業(yè)現(xiàn)場(chǎng)顯示，以提高作業(yè)效率。由于國(guó)內(nèi)通行的移動(dòng)通訊系統(tǒng)無法在海洋環(huán)境使用，因此通行的做法是使用國(guó)際海事衛(wèi)星通訊系統(tǒng)[13-15]，利用海事衛(wèi)星與分散在各個(gè)海區(qū)的浮標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，并將數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)商提供的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器，服務(wù)商將加密的數(shù)據(jù)解析后上傳至互聯(lián)網(wǎng)[16]，這樣世界各地的通訊終端就能夠通過用戶名與密碼接入網(wǎng)關(guān)收發(fā)各自的數(shù)據(jù)。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)流程如圖1所示。利用SkyWave IsatDate提供的全球化雙向通訊衛(wèi)星系統(tǒng)，通過自由編程實(shí)現(xiàn)可變數(shù)據(jù)量的實(shí)時(shí)傳送，同時(shí)支持多點(diǎn)廣播傳送。移動(dòng)設(shè)備通過模塊自帶的微處理器和衛(wèi)星天線將數(shù)據(jù)發(fā)送至衛(wèi)星，衛(wèi)星將中轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)傳送至地面收發(fā)站后送給IsatDate網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)即可以通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布數(shù)據(jù)，PC客戶端可以在世界上任何具有互聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備上訪問數(shù)據(jù)。

圖1 數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of data communication system

采用的衛(wèi)星通訊終端是SkyWave IDP690。IDP模塊和包括聲納系統(tǒng)、太陽能系統(tǒng)在內(nèi)的硬件系統(tǒng)集成后封裝在圓形外殼中[10]。移動(dòng)終端模塊即為IDP690模塊，帶有GPS接收器，具有嵌入式可編程微控制器，配有高性能天線，并提供完整的PC軟件Traffic View。由于該軟件靈活性不強(qiáng)，而且每次發(fā)送與接收的數(shù)據(jù)量比較大，導(dǎo)致通訊成本上升。通過對(duì)衛(wèi)星模塊進(jìn)行自由編程，重新編寫終端顯控軟件，從而實(shí)現(xiàn)軟件的個(gè)性化定制功能，以降低通訊成本。

IDP模塊芯片的編程控制是基于Lua腳本語言系統(tǒng)編程實(shí)現(xiàn)，而客戶端的硬件通訊接口是標(biāo)準(zhǔn)串口，遵循232/485接口協(xié)議。為了能夠自由控制數(shù)據(jù)收發(fā)和終端顯示，需要對(duì)Lua腳本語言以及IDP模塊衛(wèi)星數(shù)據(jù)的通訊協(xié)議展開研究。

1.2 數(shù)據(jù)通訊設(shè)計(jì)

Lua腳本語言內(nèi)核極小，完全遵循C語言的標(biāo)準(zhǔn)而編寫，可以跨平臺(tái)運(yùn)行，在所有操作系統(tǒng)都可以編譯實(shí)現(xiàn)。程序的運(yùn)行可以直接應(yīng)用交互模式實(shí)現(xiàn)，是所有腳本語言中運(yùn)行速度最快、效率最高的，最終編寫的腳本直接下載至衛(wèi)星模塊存儲(chǔ)器就可以運(yùn)行。

通過對(duì)衛(wèi)星通訊模塊的深入研究，發(fā)現(xiàn)IDP690模塊中已經(jīng)集成了兩類基于Lua腳本系統(tǒng)的程序服務(wù)區(qū)，分為核心服務(wù)區(qū)和用戶服務(wù)區(qū)。核心服務(wù)區(qū)主要提供基本的數(shù)據(jù)收發(fā)、存儲(chǔ)器訪問、GPS數(shù)據(jù)請(qǐng)求等基于硬件底層的功能性函數(shù)模塊，而用戶服務(wù)區(qū)則可以由客戶自行編寫擴(kuò)展程序并嵌入到Lua腳本系統(tǒng)，這樣用戶便能夠?qū)崿F(xiàn)最終的軟件自定義，實(shí)現(xiàn)更有針對(duì)性的需求和功能。在利用用戶服務(wù)區(qū)編程時(shí)只需調(diào)用腳本框架中已經(jīng)定義好的功能函數(shù)就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)和解析等功能。

將需要收發(fā)的數(shù)據(jù)按照功能塊分類，包括各類傳感器返回參數(shù)、GPS定位信息、防盜報(bào)警信息、上位機(jī)控制信息以及聲納探測(cè)圖像信息[12]，利用固定數(shù)據(jù)協(xié)議將這些信息打包后進(jìn)行傳送，就能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)端衛(wèi)星通訊。

如圖2所示，首先利用系統(tǒng)級(jí)連接開始函數(shù)以獨(dú)占模式連接串口，并對(duì)串口進(jìn)行相關(guān)配置，此時(shí)串口的操作者只能有一個(gè)，否則會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤；然后將需要發(fā)送的消息進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮后傳入消息隊(duì)列等待響應(yīng)，此時(shí)利用事件等待函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)循環(huán)重復(fù)查詢是否觸發(fā)事件結(jié)構(gòu)，當(dāng)觸發(fā)事件后即調(diào)入子程序?qū)κ录?shí)施響應(yīng)，將壓縮打包后的數(shù)據(jù)輸出至串口發(fā)送出去。其中比較重要的一點(diǎn)是，該循環(huán)的周期決定了數(shù)據(jù)收發(fā)頻率，對(duì)于溫度和GPS定位數(shù)據(jù)等變化速率較慢的數(shù)據(jù)，將其放入一個(gè)慢速循環(huán)的發(fā)送隊(duì)列，而對(duì)于報(bào)警和上位機(jī)控制信號(hào)等需要及時(shí)響應(yīng)的信息，將其放入一個(gè)快速循環(huán)發(fā)送隊(duì)列，這種區(qū)別式的信息傳送機(jī)制也在一定程度上避免了通訊流量的浪費(fèi)。當(dāng)收到上位機(jī)傳送過來低功耗靜默命令后，上述數(shù)據(jù)傳送循環(huán)結(jié)束，此時(shí)利用串口結(jié)束函數(shù)將串口緩沖區(qū)數(shù)據(jù)清除，避免數(shù)據(jù)溢出。整個(gè)通訊流程結(jié)束，然后利用系統(tǒng)級(jí)結(jié)束函數(shù)將打開的串口連接關(guān)閉掉，否則可能會(huì)有無效的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，造成通訊費(fèi)用的浪費(fèi)。

圖2 數(shù)據(jù)通訊流程圖Fig.2 Flow diagram of data communication

處于低功耗靜默模式的程序會(huì)暫停所有硬件和軟件功能，在3 h后會(huì)再次查詢是否有啟動(dòng)命令，如果沒有，將再次靜默3 h。如此設(shè)計(jì)軟件的目的是為了減少系統(tǒng)功耗，提高浮標(biāo)系統(tǒng)待機(jī)時(shí)間。

2 通訊協(xié)議與數(shù)據(jù)壓縮

在整個(gè)衛(wèi)星通訊過程中，通信服務(wù)商會(huì)對(duì)通過衛(wèi)星終端發(fā)送的數(shù)據(jù)按照字節(jié)數(shù)的多少進(jìn)行收費(fèi)，并且價(jià)格非常昂貴。在以往的浮標(biāo)應(yīng)用中，漁業(yè)從業(yè)者對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)收發(fā)產(chǎn)生的通訊成本比較敏感，他們希望通過盡可能低的成本獲取更多有效的浮標(biāo)信息量，這種要求是可以實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)橥ㄓ嵎?wù)商提供的軟件不太會(huì)考慮精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)的流量，甚至有可能會(huì)為了提供所謂更多的信息而增加不必要的數(shù)據(jù)通訊工作，這樣反而會(huì)增加數(shù)據(jù)流量。而通過研究底層的通訊協(xié)議并實(shí)施一定的數(shù)據(jù)壓縮，則完全可以實(shí)現(xiàn)自定義的數(shù)據(jù)消費(fèi)。

2.1 數(shù)據(jù)通訊協(xié)議

IDP690模塊在RS232協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行了數(shù)據(jù)段的定制，并將它稱為DMR通訊協(xié)議，通過解析得到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 DMR通訊協(xié)議Fig.3 Communication protocol

比較重要的是Checksum字段，此字段用來對(duì)數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行校驗(yàn)，如果校驗(yàn)不正確將丟棄該數(shù)據(jù)，以免錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)收發(fā)造成不可預(yù)期的后果，校驗(yàn)公式如下：

C=65 535-(P+L+M1+M2+…+Mn)

(1)

式中：C—Checksum校驗(yàn)和；P—Prefix前綴數(shù)值；L—LengthByte數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度；M1、M2…Mn—MessageByte1消息字節(jié)長(zhǎng)度，所有數(shù)據(jù)均無量綱，由十六進(jìn)制數(shù)值表示。

綜上，需要發(fā)送聲納探測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)只需向串口端發(fā)送如下字符串(十六進(jìn)制)即可：01 03 01 00 D6 02 00 7F 01 00 (聲納數(shù)據(jù)) FE 78 04，這樣就能夠完成一段聲納數(shù)據(jù)的衛(wèi)星傳送過程，然后在客戶端完成對(duì)數(shù)據(jù)的解析與顯示，就能得到需要的定制信息。

2.2 數(shù)據(jù)編碼壓縮

聲納數(shù)據(jù)最終會(huì)解析成圖像信息，信息量越大，導(dǎo)致的通訊成本越高，因此對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮將是這里的研究重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的二進(jìn)制編碼對(duì)0～9每一個(gè)數(shù)字都采用8位二進(jìn)制編碼對(duì)應(yīng)表示[17]，如果重新編碼后針對(duì)每一組聲納數(shù)據(jù)都進(jìn)行一次重新編碼可以最大限度地對(duì)數(shù)據(jù)做精準(zhǔn)改編，而動(dòng)態(tài)哈夫曼編碼就是在每次傳送數(shù)據(jù)之前都進(jìn)行一次重新編碼，但這樣需要耗費(fèi)的運(yùn)算開銷比較大而且運(yùn)算時(shí)間較長(zhǎng)，考慮到功耗限制的板載系統(tǒng)的單片機(jī)運(yùn)算能力有限，無法對(duì)采集的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行低功耗預(yù)處理，所以最終采用了經(jīng)典的哈夫曼固定編碼壓縮算法，此算法的思想是通過一組固定編碼利用較少的二進(jìn)制位來表示一些經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，而用較多的二進(jìn)制位來表示那些不常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)[18]，這樣便可以節(jié)省數(shù)據(jù)空間，完成數(shù)據(jù)壓縮。

3 結(jié)果與討論

3.1 壓縮測(cè)試結(jié)果

聲納的探測(cè)數(shù)據(jù)在進(jìn)行圖像轉(zhuǎn)換時(shí)，會(huì)將數(shù)據(jù)計(jì)算后轉(zhuǎn)換成不同級(jí)別的對(duì)應(yīng)顏色塊，并隨著時(shí)間推移將色塊移動(dòng)刷新，將藍(lán)色、綠色、黃色、褐色、粉色、紅色6種顏色分為10種級(jí)別的灰度，將不同目標(biāo)強(qiáng)度用不同的色塊來顯示(圖4)。

圖4 壓縮前后數(shù)據(jù)圖像對(duì)比圖Fig.4 Data images contrast before and after compression

由于強(qiáng)度值從小值到大值出現(xiàn)的概率會(huì)逐漸減小，能量大部分集中在低強(qiáng)度顯示范圍，正好吻合哈夫曼編碼思想。選取表征海水深度50 m范圍的聲納數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。深度分辨率為0.05 m，相當(dāng)于在每一列圖像中每隔5 cm出現(xiàn)一個(gè)表征水下反射信號(hào)強(qiáng)度的色塊，而每一幀圖像由連續(xù)12列色塊數(shù)據(jù)組成，這樣每一幀圖像需要呈現(xiàn)12 000個(gè)色塊數(shù)據(jù)，這一組數(shù)據(jù)組成二維數(shù)組后存儲(chǔ)在PC機(jī)中，通過離散余弦變換(DCT)對(duì)能量進(jìn)行集中化處理并量化，利用量化后的結(jié)果與參考系數(shù)的差值進(jìn)行哈夫曼編碼[19]。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后，將10個(gè)字符重新編碼(表1)，采用統(tǒng)一的編碼表，在數(shù)據(jù)壓縮與解壓縮兩端同時(shí)使用。

表1 哈夫曼編碼表

圖4中出現(xiàn)概率最大的為深藍(lán)色色塊，用0(10)表示，其次為淺藍(lán)色，用1(1110)表示，依次類推，根據(jù)出現(xiàn)的頻率依次形成了哈夫曼編碼樹[20]，在數(shù)據(jù)接收端對(duì)每個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制碼進(jìn)行掃描。因?yàn)榫幋a都是雙數(shù)二進(jìn)制出現(xiàn)，采用2位二進(jìn)制掃描方式解析出對(duì)應(yīng)的符號(hào)后，再還原成對(duì)應(yīng)的信息數(shù)據(jù)，就可以在客戶端[21]以圖像顯示。

利用表1列出的同一組編碼和對(duì)應(yīng)的壓縮算法，對(duì)抽取的40組回放聲納數(shù)據(jù)實(shí)施壓縮后，統(tǒng)計(jì)各自的數(shù)據(jù)二進(jìn)制位占用情況，最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，數(shù)據(jù)壓縮率最高可達(dá)42%。圖5顯示了每4組壓縮比數(shù)據(jù)平均后的40組統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比情況。

圖5 壓縮前后聲納數(shù)據(jù)量對(duì)比Fig.5 Data volume comparison before and after sonar data compression

3.2 討論

從數(shù)據(jù)的壓縮量可以得出，壓縮比均在0.85以下，最高0.83，最低0.58，平均0.64。從圖4的壓縮效果對(duì)比圖可見，魚群信號(hào)特征非常明顯。數(shù)據(jù)壓縮前(左圖)，目標(biāo)強(qiáng)度較強(qiáng)的魚群集中在圖像中間部分，且呈連續(xù)分步形態(tài)，表示魚群比較集中穩(wěn)定；數(shù)據(jù)壓縮后(右圖)與左圖用肉眼幾乎無法分辨出差別，圖像壓縮后的數(shù)據(jù)量損失對(duì)判斷魚群信息而言基本可以忽略，稍微具備一些聲納識(shí)圖經(jīng)驗(yàn)的漁民就能夠很容易地從右圖看出所需要的相關(guān)信息。必須指出的是，圖4的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過哈夫曼編碼后的壓縮比是0.71，并不是壓縮最好的一次，而是選取一組中間狀態(tài)的數(shù)據(jù)作為個(gè)例。

從數(shù)據(jù)壓縮的穩(wěn)定性來講，之所以會(huì)出現(xiàn)如圖5所示壓縮比不穩(wěn)定的情況，推測(cè)原因可能是因?yàn)槊看涡枰獕嚎s的二維數(shù)組的數(shù)據(jù)值不同，能量分布集中度不相等，而采用的哈夫曼編碼樹卻是同一組編碼，因此對(duì)數(shù)據(jù)出現(xiàn)的頻次估算產(chǎn)生了誤差[22-24]。

為了驗(yàn)證推測(cè)結(jié)論，取10組聲納數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)哈夫曼編碼，然后依次進(jìn)行壓縮測(cè)試，結(jié)果得到的平均壓縮比值為0.56，接近表1中哈夫曼編碼的數(shù)據(jù)壓縮比。由此可見，如果對(duì)硬件功耗要求有所降低，并采用更高速和存儲(chǔ)容量更高的處理器芯片，再實(shí)時(shí)地對(duì)每次傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新編碼，將有助于解決壓縮率不穩(wěn)定的問題。但是，在浮標(biāo)主芯片已經(jīng)集成了諸多功能的前提下，為了保證多任務(wù)并行處理并降低系統(tǒng)功耗、保持信標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間不間斷工作，必須做出一定的妥協(xié)。就目前這樣的壓縮比，對(duì)海上通訊來講，可以節(jié)省相當(dāng)大的一筆費(fèi)用，同時(shí)對(duì)上傳至衛(wèi)星的數(shù)據(jù)選擇不同的更新速率，實(shí)施分類傳輸后，平均通訊成本已經(jīng)可以減少將近40%。

另外由于上述的編碼壓縮均是在對(duì)水聲回波信號(hào)強(qiáng)度做了10個(gè)不同等級(jí)的量化后實(shí)施的，而目標(biāo)強(qiáng)度的參考是金槍魚的目標(biāo)強(qiáng)度，量化誤差自然會(huì)造成對(duì)水下目標(biāo)的估計(jì)誤差，因此不太容易將金槍魚與其它目標(biāo)作有效區(qū)分。

4 結(jié)論

本研究在完成硬件設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過對(duì)IDP模塊的衛(wèi)星通訊協(xié)議進(jìn)行剖析，研究實(shí)踐了哈夫曼算法在漁用聲納數(shù)據(jù)壓縮中的應(yīng)用，通過最終的數(shù)據(jù)包測(cè)算，統(tǒng)計(jì)出數(shù)據(jù)的壓縮率最高可達(dá)到0.58，極大地壓縮了衛(wèi)星數(shù)據(jù)的通訊成本，解決了衛(wèi)星電浮標(biāo)通訊費(fèi)用昂貴的難題。并針對(duì)性地開發(fā)了定制化的軟件客戶端?？蛻舳私缑婷烙^、友好地實(shí)現(xiàn)了浮標(biāo)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，能滿足漁民的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)需求，實(shí)現(xiàn)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)化漁用浮標(biāo)的更新迭代，并可以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步優(yōu)化研究多參數(shù)海洋智能浮標(biāo)系統(tǒng)。

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Realization of satellite communication and data compression of electric buoy for tuna

NI Hanhua，HU Peiyu，TANG Taolin，SHEN Zhixin，JIANG Tao

(Key Laboratory of Fishery Equipment and Engineering, Fishery Machinery and Instrument Research Institute,ChineseAcademyofFisherySciences,Shanghai200092,China)

Currently, during the long-distance communication between the sea fishing vessels and the buoys on the sea, problems exist such as easy missing of information, high cost, unfriendly communication software interface, and so on. In order to solve these problems, the structure of IDP related communication satellite data and Huffman coding were studied in this paper. The Image classification method of Huffman encoding compression was used to code 40 sets of typical data that were transited from satellite signal server. The results showed that the highest compression rate for communication data reached 0.58 and 40% of cost was saved. As the system integrated satellite positioning, particular data of buoy could be displayed in real time on the customized client of computer, which generated perfect human-computer interface, and the delay time of control command was only 5 seconds. With compression algorithm deploying to satellite communication terminal, the complete remote data was received in real time and sonar image was clear; the overall effect of data compression was remarkable and the desired results were achieved. By far, the buoy has been applied on some of tuna seiners in South China Sea, and fishing boats could communicate effectively with the buoys and receive real-time information on tuna fish via marine client, and the cost is acceptable.

buoy; satellite communication; Huffman coding; data compression

10.3969/j.issn.1007-9580.2016.06.009

2016-08-08

2016-10-20

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2013BAD13B02)；農(nóng)業(yè)部漁業(yè)裝備與工程技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金(2009012)

倪漢華(1983—)，男，助理研究員，碩士，研究方向：水聲及通信儀器軟硬件開發(fā)。E-mail：nihanhua@fmiri.ac.cn

諶志新(1969—)，男，研究員，研究方向：海洋漁業(yè)裝備技術(shù)。E-mail：chenzhixin@fmiri.ac.cn

TN919.3+1

A

1007-9580(2016)06-045-06