世界航天史首例！我國首次火星探測開啟，西電承包5項技術任務

2020-08-27 西電招生辦

2020年7月23日12時41分，中國首次火星探測任務&34;探測器，在海南島東北海岸中國文昌航天發射場，由長徵五號遙四運載火箭發射升空。西安電子科技大學通信工程學院李雲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據壓縮任務。此次發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裡程碑。

長徵五號遙四運載火箭在中國文昌航天發射場點火升空，實施我國首次火星探測任務（天問一號任務）。

致力於探測器圖像與數據壓縮，將&34;的答案&34;回傳

相對於地球的近鄰&34;，火星的距離實屬遙遠。想要讓火星探測到的各類圖像和數據&34;&34;，數據壓縮必不可少。李雲松介紹說：&34;


此次發射的火星探測器共搭載了13臺科學載荷即探測儀器，涉及空間環境探測、火星表面探測、火星表層結構探測等領域。其中，火星環繞器攜帶7臺，火星車攜帶6臺，它們的科學目標是實現對火星的表面形貌、土壤特性、物質成分、水冰、大氣、電離層、磁場等進行科學探測，進而有利於建立起對火星全面而基礎的認識。&34;李雲松介紹說。

&34;對團隊承擔的工作，李雲松打了一個形象的比喻。


&39;無損&34;李雲松進一步解釋說。

西電圖像所三代部分師生合影(前排左四、左五分別為李雲松教授、吳成柯教授）

參與全部5項壓縮任務，資源受限下實現性能提升

&34;李雲松表示。這些探測設備，就是在深空中人類感知的極大延伸，充當人類在火星上的&34;，幫助我們更好更精準地認識火星。


如何確保圖像和數據壓縮質量？針對不同數據類型和壓縮要求，李雲松團隊提出了不同的解決模塊——

團隊研發了中解析度相機和高解析度相機壓縮模塊，首次在我國太空飛行器上使用300萬門FPGA實現了基於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，相比於現有深空探測衛星遙感圖像編碼器來說具有最好的圖像壓縮效率。

團隊研發了礦物光譜分析儀圖像壓縮模塊，針對火星礦物光譜分析儀圖像譜段數據分布不均勻特性，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，確保了重點光譜數據無失真編碼。

團隊研發了環繞器次表層探測雷達原始數據壓縮模塊，根據SAR數據的統計特性以及次表層回波小信號的保留要求，提出了在受限資源情況下可靠壓縮軟硬體方案，可對數據進行無損壓縮、1.5倍-2.5倍有損壓縮。

團隊還承擔了國家科技創新2030&34;重大項目&34;中的圖像分割、檢測、定位、跟蹤和識別子課題。預計到2022年左右加載到火星車上，將顯著提升中國火星車的自主能力。

在數據傳輸帶寬和硬體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。&34;李雲松解釋說。

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，正是李雲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，離不開李雲松團隊多年來在深空探測領域的持續耕耘。

從2007年到2018年，嫦娥一號到四號通過四次任務逐步實現了月球的環繞、著陸和巡視。後期計劃發射的嫦娥五號還計劃實現從月球返回的目標。在探月工程&34;三大步中，每一步都凝聚著李雲松團隊的智慧。


自從事星載圖像、視頻壓縮編碼的研究以來，李雲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體系統實現方法，解決了我國現階段衛星圖像數據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。團隊成功完成探月工程的各項任務，相關成果還獲得2012年國家科技進步二等獎。


在探月過程中的技術積累和實戰經驗，是李雲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。&34;&34;李雲松向&34;送出美好祝願。

你好火星！中國首次火星之旅

2020年4月24日是第五個中國航天日，國家航天局宣布，將我國行星探測任務正式命名為&34;，將我國首次火星探測任務命名為&34;。這一天也是我國第一顆人造衛星&34;發射50周年紀念日，格外有&34;的使命感。&34;源於屈原長詩《天問》，表達了中華民族對真理追求的堅韌與執著，體現了對自然和宇宙空間探索的文化傳承，寓意探求科學真理徵途漫漫，追求科技創新永無止境。


火星和地球都是環繞太陽的行星，兩者的距離不斷變化。即使是火星離地球最近的時候，也有月球的150倍遠。那麼為何要&34;？在太陽系的八大行星中，火星是離地球較近且環境最相似的星球，一直是人類走出地月系統開展深空探測的首選目標。火星跟地球有著相似的自轉周期，為24小時37分。除此之外，在火星上還有春夏秋冬四季的更迭。正因為這些相似點，有人發出了&34;之問。通過發射探測器了解火星的狀況，獲得更多信息，以此能夠幫助人類更好地研究地球的演變與未來發展。


考慮到風險、成本等因素，地球太空飛行器到火星的最佳路線為1925年提出的&34;。由於該軌道每26個月才能出現一次，且最近&34;形成時間為2020年夏，所以近期各國火星探測計劃均集中在該時間段。


天問一號將是我國自主發射的第一顆火星任務，是絕對的重磅出擊——一次探測，就要在完全陌生的火星環境實現火星環繞、火星表面降落、巡視探測三大任務。這樣高起點、高難度的挑戰，在世界航天史上是首例。


按照計劃，探測器將在地火轉移軌道飛行約7個月後，到達火星附近，通過&34;完成火星捕獲，進入環火軌道，並擇機開展著陸、巡視等任務，進行火星科學探測。


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素材來源：西安電子科技大學官方公眾號、西安電子科技大學官網

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