深空探测作为空间科学技术的重要组成部分,具有十分重要的科学和经济意义,深空通信系统的正常运行是深空探测任务成功的重要保证之一。深空探测范围增大、通信传输距离趋近极限,最直接的影响是信号能量损耗以及传播时延的大大增加,同时对信道纠错编码、长距离传输协议以及前向纠删编码技术提出新的挑战。随着深空探测目标从月球转向更远的火星以及太阳系其他行星时,巨大的通信距离导致信号能量衰减进一步加剧,传输中的误码超出信道编码的纠错能力且深空链路具有易中断性,使得逼近香农极限的信道编码无法保证信息的可靠传输,造成接收端丢包率很大。而巨大的通信传播时延使得反馈重传方式效率很低。因此,深空通信的文件可靠传输需要从解决分组丢失的长传播时延文件传输协议设计和前向纠删编码技术两方面进行深入研究。　　本文重点研究深空探测远距离通信可靠性编码和长距离传输协议,以保障深空弱链路的端到端可靠文件传输,具体从以下几个方面研究:　　第一,适合深空通信的喷泉前向纠删编码技术研究。数字喷泉将带有检错机制的分组交换信道等效为删除信道,将传统纠删编码的处理对象拓展到了数据分组,形成了一种高效可靠的前向纠删机制。但是喷泉码是根据地面无线网的广播和组播协议设计的,其原有的编译码算法使得接收端需要较大的码长或者增加编码冗余以保证较稳定的译码恢复概率,不适合深空探测器硬件设备受限以及功率严格预分配的限制。因此,首先针对编码生成矩阵的二部图设计了限制连接边随机关系的短码长DSCA算法,有效提高短码长喷泉码的可译码概率,将译码所需的编码冗余降低到理想情况。然后针对喷泉码原有BP译码算法效率不高的问题,对BP译码失败的停止集剩余信息设计了SSGE译码算法,获得接近 GE译码的性能。编译码优化算法的设计解决了喷泉码原有算法应用在深空环境中码长太大和译码效率不高的缺陷。　　第二,设计了面向深空信道的级联喷泉码。深空信道自由空间段可视为功率受限而带宽丰裕信道,信道频带资源相对充足,构造符合深空通信特点、编码增益高的前向纠删编码是深空通信目前的热点问题。基于CCSDS提出的QC-LDPC信道编码方案,通过编码冗余开销与译码复杂度的折衷,设计了一种适合深空通信的级联喷泉纠删编码方案。将DSCA与SSGE编译码算法联合优化使得喷泉级联码的译码性能接近最大似然译码,通过增加少量冗余喷泉分组,使译码端在深空信道 LDPC编码分组出错时,能利用正确接收到比原文件稍多的数据包恢复出原始文件。级联码具有的能够以任意概率逼近香农极限的特点,有利于降低接收系统对于信噪比的要求,提高通信资源的利用率,为深空探测的下行珍贵科学数据提供可靠的前向纠删能力。　　第三,丢包重传的文件传输协议研究。传统的地面通信TCP/IP协议不适合通信距离远而导致的传播时延巨大而且变化范围很大的深空探测环境。深空通信和空间任务相关协议的研究目前主要是围 CCSDS提出的标准化建议展开。首先分析了CCSDS标准化建议提出的CFDP协议,根据空间任务需要和传输文件类型的不同,对CFDP四种确认传输模式的性能进行了分析比较。对CFDP的触发NAK型和异步NAK型传输模型进行了数学建模分析,考虑深空通信功率预分配和设备受限的情况,并根据CFDP协议的指标,提出了新的重传触发策略,并设定 ARQ计时器的最优等待时间。在严格保证深空通信吞吐量有效性的条件下,推算了延时提示触发 NAK型和延时异步 NAK型传输模型在空间通信的文件传输时延期望,仿真验证了本文算法能够降低文件传输时延,分析了影响深空通信中利用CFDP协议传输文件数据延时的因素,包括误码率、传输速率、协议数据单元的大小和数量,外部触发事件的个数,为CFDP协议在深空通信中的进一步应用提供了参考。　　第四,深空通信的分组交织文件传输协议设计。深空信道的误码率通常在10-7至10-4之间,误码率大引起频繁丢包,而超远距离通信亟需文件传输协议提供前向纠删技术以尽量减少重传从而降低传播时延在文件传输过程中的开销。引入喷泉编码技术在CCSDS文件传输协议非确认传输模式基础上设计了一种针对深空环境长时延、丢包率大和链路易中断等特点的数据包交织文件传输协议,并根据深空通信文件传输的业务需要设计了两种不同的度分布,对于原文件 PDU分组为103数量级时,引入一个与信道丢包率和文件PDU数量相关的优化初始值以保证解交织算法的开始速度,然后迭代计算一个能使译码持续进行的常量,通过增加交织的深度设计 CISD分布,重点保证译码的平稳持续进行;对于原文件 PDU数量级达到104时,设计了与信道丢包率和文件PDU数量相关的优化参数,并对RSD的关键参数进行调整,设计了WRSD分布,使交织运算具有线性复杂度,在降低复杂度的同时保证尽可能快的恢复原始文件。　　仿真验证了精心设计的分组交织文件传输协议能够有效减少因丢包而导致的重传,无需或需要很少反馈确认信息,减少文件传输时延,增大系统的吞吐量并保证通信的可靠性。