[发明专利]一种基于反馈的Bats Code的无人机图像传输方法

摘要

本发明属于无人机通信技术领域，涉及一种基于反馈的Bats Code的无人机图像传输方法。本发明是基于反馈的低复杂度网络编码(Bats Code)在无人机图像传输上的一种应用设计，适用于网络层及其上层。Bats Code可靠性高且复杂度低，但其存在系数开销大且在译码后期译码开销大等缺点，使得实际应用起来存在各种问题。因此，本发明针对这两个主要缺点提出了一种基于反馈的Bats Code的无人机图像传输方案。该方案同直接传输相比，提高了传输的可靠性；同传统的Bats Code相比，能通过一定次数的反馈使得译码成功率得到进一步提升的同时降低了系数开销，提高传输效率。

主权项

1.一种基于反馈的Bats Code的无人机图像传输方法，所述Bats Code为将喷泉码和网络编码相结合的编译码方案，其特征在于，所述图像传输方法包括以下步骤：a.将无人机A的摄像头采集的图像由三维数据转换为二维数据并进行分装组包，即D_(L，T，N)→D′_(L，K)，其中K＝T*N，表示二维数据的列数；N表示三原色的数目，等于3；L、T分别表示每种颜色所对应子矩阵的行数和列数；将得到的二维数据按列分装组包，从而得到K个长度为L的原始信息包；根据估计的信道状况、信息包的数目K以及batch的长度M，计算出相应的度分布；随后进行第1次编码传输，使用伪随机序列生成器产生生成矩阵G以及参与编码的信息包包号，将被选择的信息包进行喷泉码编码，以M个编码包为单位组成一个batch，其中，第i个batch的生成过程表示如下：X_i＝B_i·G_i其中B_i为根据度分布随机选出的d个信息包，G_i为生成矩阵，维度为d×M，X_i为生成的batch；无人机A按照上述编码方法，根据信道估计情况，将一定数量的编码包广播出去；b.中继无人机B将接收到的编码包并进行奇偶校验后，以batch为单位进行分组；分组后，首先在batch内统计信源到中继阶段的丢包信息，记为Flag symbol；然后，使用伪随机序列生成器产生转移矩阵H，通过对batch内编码包的线性组合实现随机线性网络编码，重新生成M个编码包；第i个batch的内码编码过程表示如下：Y_i＝X′_i·H_i＝(B_i·G_i)·E_loss 1·H_i其中X′_i为中继接收到的第i个batch，E_loss 1为对角线元素为Flag symbol的单位阵，H_i为转移矩阵，维度为dim(X′_i，2)×M，Y_i为重新生成的batch；c.地面接收机或无人机C接收编码包并进行奇偶校验后，以batch为单位进行分组；然后，在batch内统计中继到接收机阶段的丢包信息，记为Flag loss；随后，将伪随机序列发生器的初始状态分别设置为信源和中继处的伪随机序列发生器的初始状态，产生与信源处相同的生成矩阵G、关联包信息Pos，与和中继处相同的转移矩阵H；根据Flag symbol和Flag loss，模拟系数矩阵过信道的过程；第i个batch的系数矩阵GH_i表示如下GH_i＝G_i·E_loss 1·H_i·E_loss 2其中，E_loss 2为对角线元素为Flag loss的单位阵；在接收完发送的编码包后，地面接收机或接收无人机开始BP译码，即寻找秩等于度的batch，找到后通过高斯消元进行译码，随后将已译出的信息包带入与其相关联的其余batch中进行消除更新；更新后，再次执行步骤c，直至找不到满足秩等于度的batch，译码结束；译码结束后，将译出的信息包的数据由二维数据转换为三维数据，恢复图像；若图像完全恢复，则反馈ACK信号到无人机A；若图像未完全恢复，地面接收机或接收无人机在未译出的信息包中寻找度最大的，并将其包号反馈给无人机A；d.无人机A若收到反馈的ACK信号，则停止编码和发送编码包；若收到的是包号，则进行第2次编码传输：将该信息包以度为1的batch的形式，连同一定数量的新的编码包广播出去；对于第i(i≥2)次传输的编码包，中继接收机B对其的处理过程与步骤b一致；而对直传batch进行奇偶校验后，直接转发，不进行内码编码；而地面接收机或无人机C对其的接收处理过程与步骤c的操作一致，但译码时，首先将接收到的直传数据包视为已译出的信息包，连同之前已译出的信息包，对接收到的batch先进行一次消除更新，然后再进行BP译码；译码后再按照步骤c中的原则进行反馈；按照上述步骤一直循环进行，直至无人机A收到ACK信号或者反馈次数到达设定的上限值。