[發明專利]一種用于無人機上的無線圖傳通信系統及其方法

無效

• 申請號: 201210129099.6
• 申請日: 2012-04-27
• 公開（公告）號: CN102685467A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 魏本杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院空間科學與應用研究中心
• 主分類號: H04N7/24
• 分類號: H04N7/24;H04N7/26;H04N7/18
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明涉及一種在固定翼無人機上進行實時圖像編碼與發送、可在線改變調制模式、地面接收和解碼的無線通信技術，具體地說，尤其涉及一種用于無人機上的無線圖傳通信系統及其方法。

背景技術

無線圖傳通信設備中，一般都配有模擬相機或者數字相機、嵌入式中央處理器、大容量存儲器(如SD卡等)，如果需要實時將圖像數據傳送到地面，則需要加上發射機和天線等設備。當無人機飛臨至待偵察地面上空時，需要打開相機，由計算機控制相機進行拍照，將記錄的圖像數據存儲在固態存儲器中，也可以通過發射機和天線將相關數據實時傳回地面飛行監控中心，以便于實時地處理地面圖像，并恢復出地形圖與偵察信息等。

如圖1所示，虛線部分為地面PC機；第二種是相機拍攝后的視頻數據(動態圖像數據)，現在通常為標清圖像，通過發射機傳回到地面站。

在已有的固定翼無人機平臺上，通常都配備有高分辨率相機，對于高分辨率圖像(500萬像素以上)一般直接存儲在機載的大容量存儲器中，飛機返回時通過人工方式取下存儲卡，導入到PC機中，也有部分無人機需要實時編碼傳輸低分辨率的圖像數據，如D1格式的視頻數據等。由于飛機是在不斷航行或盤旋動態變化之中，周圍空間物理環境在時刻改變，如果遇到良好的通信環境時，我們可以采用復雜高效的調制方式，提高碼速率，加快無人機數據傳輸的速度，而當遇到比較差的通信環境時，為降低數據傳輸的誤碼率，則需要減少通信帶寬，減少碼速率以提高數據下行的可靠性。進行這樣的自適應碼速率改變，就需要在線改變通信的調制方式，提升無人機通信的工作效率，滿足測繪與遙感等寬幅圖像對數傳速度和質量都要求比較高的場合。

在現有的無人機傳統的圖像采集與傳輸系統設計方案中，針對無線通信方式而言，通常采用的調制方式為固定調制方式，即調制方式無論是模擬或者數字調制方式，都在設計電路板時已經固定，無法在線更改。這對于第一種圖像獲取方式，即由相機進行航拍后，圖像數據保存到大容量的FLASH固態存儲器中，飛機返航后取下存儲卡或者通過USB接口傳輸到地面計算機服務器而言，可以認為沒有影響，但是，對于方案模式二——實時無線圖像傳輸方式，由于無線信道的環境變化較大，如果采用靈活可變的數字化調制方式，將能夠根據信道質量調整信道的帶寬，既可以在信道環境惡劣的條件下減小圖像數據傳輸的誤碼率，又可以在信道環境好的情況下增加碼速率，其作用將是十分明顯的。

在飛機起飛前，在地面站需要首先設置好相機的各種參數，配置好視頻編碼器的壓縮格式、速率等圖像壓縮系統參數。當該圖像采集與傳輸系統上電啟動后，數字相機、圖像編碼器和發射機進行初始化，整個系統即可開始工作，相機定時或者定距采集圖像信息，并存儲到固態存儲器中。如果是方案模式二，則圖像數據需要通過視頻編碼器編碼后，送到發射機，然后通過天線傳輸到地面站，地面圖像處理人員進行圖像拼接和三維地形圖生成，以備后續的測繪之用。

由于現有的大多數無人機圖像處理設備，只將采集到圖像信息保存在機載的大容量存儲器中，很少實時下傳，即使下傳其下行能力也非常有限且技術不成熟，這就使得地面飛行監控中心無法實時獲知現場的相關視覺信息。

而且，現有的無線圖像傳輸設備均采用固定的調制模式，而無法通過遙控的方式進行動態改變，以滿足信道環境變化的要求，其結果未能最大限度地發揮現有無線圖像傳輸設備的性能，即更好地滿足測繪與遙感圖像的高性能與高可靠性實際需求。

發明內容

本發明的目的在于，為克服現有在固定翼無人機上無線圖像傳輸設備的缺點及不足，從而提供一種用于無人機上的無線圖傳通信系統及其方法，進行實時圖像編碼與發送、可在線改變調制模式、地面接收和解碼的無線通信技術，尤其涉及一種針對圖像數據及工程參數數據進行打包、組幀、信道編碼、調制、功放及射頻發送的嵌入式無線通信設備，該設備具有可重構調制模式的優點，是具備實時高分辨率圖像傳輸、可重構調制模式功能的無人機載荷裝置。

為實現上述發明目的，本發明提供了一種用于無人機上的無線圖傳通信系統，該無線圖傳通信系統包括：數字相機、控制模塊和電源模塊，其特征在于，所述的無線圖傳通信系統還包括：

無線通信模塊，用于和地面監控中心之間進行實時數據傳輸；所述的無線通信模塊包括：可重構高速數字調制單元，用于根據地面監控中心遙控指令的調制模式選擇數字調制方式，對串行數據流進行數字化調制；和數傳發射機，該數傳發射機采用微波進行數據傳輸。

作為上述方法的一種改進，所述的可重構高速數字調制單元包括串并轉換、采樣控制和載波相乘部分。