一种小型无人直升机机载视频系统研究

摘要

具有自主任务执行能力的无人直升机系统具有重要的军事和民用价值。该系统的研制面临理论和技术等多方面挑战。无人直升机在执行各类任务过程中，实时获得现场图像资料以便第一时间掌握现场情况并及时进行处理非常重要。无人直升机具有固定翼飞机所不具备的低速飞行能力和机动灵活性，具有自己独特的应用特点，可巡航执行侦查任务，也可近距离悬停，用机载高分辨率视频设备获取高清图片，并通过无线链路，将获取的信息实时传回地面站进一步分析。由于数据传输速率会随传输距离的增大或干扰等因素而降低，导致无线链路传输带宽不稳定，甚至传输大数据量时会丢失数据，为保障机载视频系统的实时性和有效性，需要采用自适应方法调整系统采集存储和传输数据的策略。
　　论文研究设计了一套机载视频系统，用于实时采集和传输无人直升机执行任务过程中的视频数据。论文设计了无人直升机的图像采集与处理及自适应传输方案，进行了基于嵌入式微处理器和无线通讯设备的原型系统设计，具体包括嵌入式硬件系统设计和操作系统移植及应用程序开发。
　　系统的主要硬件芯片采用AT91SAM9G45微处理器和两个USB摄像头，以及一个USB无线网卡。其中，AT91SAM9G45是整个视频采集和传输系统的控制核心，USB摄像头和无线网卡分别用于采集和传输图像数据。软件结构根据硬件结构进行设计，主要包括主控模块、图像采集模块、图像压缩模块和无线数据传输模块。各个模块通过主控模块协调工作，完成图像的自适应采集、压缩与传输功能。论文在嵌入式硬件的基础上，完成嵌入式Linux操作系统的移植和软件系统设计。
　　应用方面移植了USB摄像头驱动程序，完成了采集的控制流程，同时研究移植了图像压缩软件XVID，完成无线USB网卡的驱动设计，完成与地面控制系统交互功能设计；基于无线传输的特点着重研究了整个图像采集到传输中的自适应方法和实现。

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第1章 绪论

1.1 国内外研究现状

1.2 研究内容与取得的成果

1.3 论文结构安排

第2章 机载视频系统的技术分析和总体方案设计

2.1 机载视频系统的技术分析

2.2 机载视频系统总体方案设计

2.3 本章小结

第3章 嵌入式系统部分的设计与实现

3.1 机载视频嵌入式系统的硬件设计与实现

3.2 Linux软件结构及移植步骤

3.3 嵌入式系统Boot Loader的移植

3.4 Linux内核裁减和文件系统的加载

3.5 系统的启动过程

3.6 本章小结

第4章 自适应视频数据采集压缩与传输设计与实现

4.1 视频数据采集设计

4.2 数据传输方案

4.3 图像压缩方案

4.4 自适应传输设计

4.5 本章小结

第5章 应用程序设计与实现

5.1 应用程序的整体设计与实现

5.2 主线程

5.2 网络服务线程

5.3 系统测试

5.4 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 工作总结

6.2 后续研究工作的展望

参考文献

附录

致谢

作者攻读学位期间发表的论文

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上海交通大学硕士学位论文答辩决议书