[发明专利]一种用于无人机上的无线图传通信系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在固定翼无人机上进行实时图像编码与发送、可在线改变调制模式、地面接收和解码的无线通信技术，具体地说，尤其涉及一种用于无人机上的无线图传通信系统及其方法。

背景技术

无线图传通信设备中，一般都配有模拟相机或者数字相机、嵌入式中央处理器、大容量存储器(如SD卡等)，如果需要实时将图像数据传送到地面，则需要加上发射机和天线等设备。当无人机飞临至待侦察地面上空时，需要打开相机，由计算机控制相机进行拍照，将记录的图像数据存储在固态存储器中，也可以通过发射机和天线将相关数据实时传回地面飞行监控中心，以便于实时地处理地面图像，并恢复出地形图与侦察信息等。

如图1所示，虚线部分为地面PC机；第二种是相机拍摄后的视频数据(动态图像数据)，现在通常为标清图像，通过发射机传回到地面站。

在已有的固定翼无人机平台上，通常都配备有高分辨率相机，对于高分辨率图像(500万像素以上)一般直接存储在机载的大容量存储器中，飞机返回时通过人工方式取下存储卡，导入到PC机中，也有部分无人机需要实时编码传输低分辨率的图像数据，如D1格式的视频数据等。由于飞机是在不断航行或盘旋动态变化之中，周围空间物理环境在时刻改变，如果遇到良好的通信环境时，我们可以采用复杂高效的调制方式，提高码速率，加快无人机数据传输的速度，而当遇到比较差的通信环境时，为降低数据传输的误码率，则需要减少通信带宽，减少码速率以提高数据下行的可靠性。进行这样的自适应码速率改变，就需要在线改变通信的调制方式，提升无人机通信的工作效率，满足测绘与遥感等宽幅图像对数传速度和质量都要求比较高的场合。

在现有的无人机传统的图像采集与传输系统设计方案中，针对无线通信方式而言，通常采用的调制方式为固定调制方式，即调制方式无论是模拟或者数字调制方式，都在设计电路板时已经固定，无法在线更改。这对于第一种图像获取方式，即由相机进行航拍后，图像数据保存到大容量的FLASH固态存储器中，飞机返航后取下存储卡或者通过USB接口传输到地面计算机服务器而言，可以认为没有影响，但是，对于方案模式二——实时无线图像传输方式，由于无线信道的环境变化较大，如果采用灵活可变的数字化调制方式，将能够根据信道质量调整信道的带宽，既可以在信道环境恶劣的条件下减小图像数据传输的误码率，又可以在信道环境好的情况下增加码速率，其作用将是十分明显的。

在飞机起飞前，在地面站需要首先设置好相机的各种参数，配置好视频编码器的压缩格式、速率等图像压缩系统参数。当该图像采集与传输系统上电启动后，数字相机、图像编码器和发射机进行初始化，整个系统即可开始工作，相机定时或者定距采集图像信息，并存储到固态存储器中。如果是方案模式二，则图像数据需要通过视频编码器编码后，送到发射机，然后通过天线传输到地面站，地面图像处理人员进行图像拼接和三维地形图生成，以备后续的测绘之用。

由于现有的大多数无人机图像处理设备，只将采集到图像信息保存在机载的大容量存储器中，很少实时下传，即使下传其下行能力也非常有限且技术不成熟，这就使得地面飞行监控中心无法实时获知现场的相关视觉信息。

而且，现有的无线图像传输设备均采用固定的调制模式，而无法通过遥控的方式进行动态改变，以满足信道环境变化的要求，其结果未能最大限度地发挥现有无线图像传输设备的性能，即更好地满足测绘与遥感图像的高性能与高可靠性实际需求。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有在固定翼无人机上无线图像传输设备的缺点及不足，从而提供一种用于无人机上的无线图传通信系统及其方法，进行实时图像编码与发送、可在线改变调制模式、地面接收和解码的无线通信技术，尤其涉及一种针对图像数据及工程参数数据进行打包、组帧、信道编码、调制、功放及射频发送的嵌入式无线通信设备，该设备具有可重构调制模式的优点，是具备实时高分辨率图像传输、可重构调制模式功能的无人机载荷装置。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于无人机上的无线图传通信系统，该无线图传通信系统包括：数字相机、控制模块和电源模块，其特征在于，所述的无线图传通信系统还包括：

无线通信模块，用于和地面监控中心之间进行实时数据传输；所述的无线通信模块包括：可重构高速数字调制单元，用于根据地面监控中心遥控指令的调制模式选择数字调制方式，对串行数据流进行数字化调制；和数传发射机，该数传发射机采用微波进行数据传输。

作为上述方法的一种改进，所述的可重构高速数字调制单元包括串并转换、采样控制和载波相乘部分。