无人机视频图像实时传输系统

摘要

本发明提供一种无人机视频图像实时传输系统。所述无人机视频图像实时传输系统包括机上设备和地面设备；所述机上设备包括自驾仪信号、可见光及红外摄像机、图像采集压缩模块、数据复接编码组帧模块、载波调制放大模块和发射天线组成，所述红外摄像机与所述图像采集压缩模块相连接，所述图像采集模块与所述数据复接编码组帧模块相连接，所述自驾仪信号与所述数据复接编码组帧模块相连接，所述数据复接编码组帧模块与所述载波调制放大模块相连接。本发明提供的无人机视频图像实时传输系统具有运行成本低、信号传输顺畅，且能够在减少系统构成组件数量的同时又能为长距离信号传输带来保障的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及图像传输技术领域，尤其涉及一种无人机视频图像实时传输系统。

背景技术

国际上无人机的研发已经有几十年的历史。最早的无人机是作为靶机研制的。随着控制功能和无人机研制技术日臻完善，无人机的功能不断提高，已经形成了由遥感侦察到目标打击的一系列无人机系统，目前，无人机的应用主要是利用单机完成指定任务，随着应用需求的不断拓展和相关技术和研究水平的提高，我国无人机作业能力不但提升。由于信息实时传输技术的创新和发展，无人机数据长距离中继技术的引入，我国无人机系统正在由近距离、单架无人机作业，逐步发展成无人机编队机群作业系。

无人机作为一个飞行平台，可以通过安装不同的载荷完成不同的任务，如侦察、监视、通信、电子对抗、作战等。无论何种情况，当无人机在执行任务时，地面指挥系统都希望无人机能够将运行状态和获取的信息实时传送回地面，以便及时掌握任务执行情况，进行必要的调整。这些需要实时下传的数据包括无人机自身的位置、姿态等自驾数据以及载荷(可见光、红外、微波等侦查设备)获取的数据。

然而，传统的无人机数据的传输方式主要有机—地直接传输、机—星—地传输、机—机—地传输等。机—地数据实时直接传输适合于传输距离较近、传输路径比较开阔的情况，由于受地球曲率的影响，弯曲的地面自然遮挡了长距离的传输信号。理想情况下，1km飞行高度对应的机—地直接传输距离约80公里。机—星—地数据实时传输通过将机载设备获取的信号首先传输给地球同步轨道上运行的卫星，再通过卫星转发给地面指挥系统。这种方式传输距离远、地形复杂的情况，理论上只要有三颗地球同步卫星就可以实现全球范围内的数据传输。但是，这种数据传输方式要求系统复杂、发射功率大、传输成本高，一般只在大型无人机上使用。机—机—地数据实时传输可以适用于传输距离比较远、地形比较复杂的地区。任务机将载荷获取的数据传给中继机，再由中继机转发给地面指挥系统。这种方式在近距离数据传输时，信号不受中继机下地形的影响，但是由于飞机飞行高度有限，同时受地球曲率的影响，传输距离不会很远，通常单机中继传输距离可以大于300公里，更远距离可以利用多架飞机进行中继。机—机—地数据实时传输方式比较灵活，可以根据具体情况组织不同的飞行组合。

因此，有必要提供一种新的无人机视频图像实时传输系统解决上述技术问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的无人机视频图像实时传输系统包括：包括机上设备和地面设备；所述机上设备包括自驾仪信号、可见光及红外摄像机、图像采集压缩模块、数据复接编码组帧模块、载波调制放大模块和发射天线组成，所述红外摄像机与所述图像采集压缩模块相连接，所述图像采集模块与所述数据复接编码组帧模块相连接，所述自驾仪信号与所述数据复接编码组帧模块相连接，所述数据复接编码组帧模块与所述载波调制放大模块相连接，所述载波调制放大模块与所述发射天线相连接；所述地面设备包括接收天线、模拟接收机、解调解码解帧模块、视频解压模块、视频图像显示器、控制计算机、本地GPS信息模块和驱动机构组成，所述接收天线与所述模拟接收机模块相连接，所述模拟接收模块与所述解调解码解帧模块相连接，所述解调解码解帧模块与所述视频解压模块相连接，所述视频解压模块与所述视频图像显示器相连接，且所述解调解码解帧模块、所述视频解压模块和所述本地GPS信息模块均与所述控制计算机相连接，所述控制计算机与所述驱动机构相连接，所述驱动机构与所述接收天线相连接。

优选的，所述图像采集压缩模块用于采集所述可见光及红外摄像机的信号并将信号进行压缩后传输给复接器。

优选的，所述数据复接编码模块主要由FPGA、晶振、RS232芯片、PECL接口、LDO组成，所述数据复接编码模块用于将来自图像采集压缩模块的信号和来自自驾仪的信号复接、进行RS编码、加扰以及QPSK星座映射。

优选的，所述载波调制放大模块主要由功率放大器、高稳晶振、锁相环、I/Q混频器、带通滤波器和LDO组成，所述载波调制放大模块用于产生本振信号并对来自数据复接及编码单元的I、Q两路基带信号进行射频调制和滤波。

优选的，所述功率放大器主要由预功放、主功放及隔离器组成，所述功率放大器用于将已调发射信号进行功率放大，最终输出满足指标要求的已调信号。

优选的，所述模拟接收机用于将来自接收天线的8.5GHz信号进行低噪声放大、变频、滤波、放大输出载波2.45GHz信号。

优选的，所述解调解码解帧模块用于将经下变频后的信号经过射频处理单元、中频处理单元后输出一路视频数据给视频解码单元，输出一路GPS信号给外部天线控制机构。

优选的，所述视频解压模块用于将经解调解码解帧后的视频压缩数据解压缩并分成可见光视频图像和红外视频图像两路分别送出。

优选的，所述视频图像显示器用于将解压后的可见光摄像机图像和红外摄像机图像显示出来。

优选的，所述控制计算机用于接收并存储传回的经解码后的视频图像数据、接收自驾仪数据、采集本地GPS数据、控制天线驱动机构。

与相关技术相比较，本发明提供的无人机视频图像实时传输系统具有如下有益效果：

本发明提供一种无人机视频图像实时传输系统，提供了一个小型化的数据实时传输系统，能够通过可进行方位调节的接收天线，以及发射波束峰值在水平方向上的发射天线的配合，便可为长距离的信号传输带来保障，并且本发明中的系统组成相较于传统的数据传输方式整体较少，传输成本直接降低，此外，利用射频载波调制模块能够根据实际情况调节信号传输频率，并通过功率放大器对信号源进行放大传输，可以更轻松的解决较远距离的信号传输，保证了信号的实时传输，相较于传统的利用多家飞机对信号进行中继传输的方式，本发明进一步降低了飞机数量的使用，节约了视频图像实时传输的运行成本。

附图说明

图1为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统中机上设备的原理框图；

图2为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统中机上设备的组成框图；

图3为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统中地面设备的原理框图；

图4为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统中地面设备的组成框图；

图5为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统的信号流向图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请结合参阅图1、图2、图3、图4和图5，其中，图1为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统中机上设备的原理框图；图2为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统中机上设备的组成框图；图3为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统中地面设备的原理框图；图4为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统中地面设备的组成框图；图5为本发明提供的无人机视频图像实时传输系统的信号流向图。无人机视频图像实时传输系统包括包括机上设备和地面设备；所述机上设备包括自驾仪信号、可见光及红外摄像机、图像采集压缩模块、数据复接编码组帧模块、载波调制放大模块和发射天线组成，所述红外摄像机与所述图像采集压缩模块相连接，所述图像采集模块与所述数据复接编码组帧模块相连接，所述自驾仪信号与所述数据复接编码组帧模块相连接，所述数据复接编码组帧模块与所述载波调制放大模块相连接，所述载波调制放大模块与所述发射天线相连接，发射天线需要采用发射波束峰值在水平方向上的全向天线，考虑到飞机机腹的尺寸较小，发射天线的尺寸不宜过大，为了保证发射天线在水平方向上有较高的增益，发射信号的载波频率不宜过高；所述地面设备包括接收天线、模拟接收机、解调解码解帧模块、视频解压模块、视频图像显示器、控制计算机、本地GPS信息模块和驱动机构组成，所述接收天线与所述模拟接收机模块相连接，所述模拟接收模块与所述解调解码解帧模块相连接，所述解调解码解帧模块与所述视频解压模块相连接，所述视频解压模块与所述视频图像显示器相连接，且所述解调解码解帧模块、所述视频解压模块和所述本地GPS信息模块均与所述控制计算机相连接，所述控制计算机与所述驱动机构相连接，驱动机构选用俯仰和方位都可调整的两维机构，俯仰方向以水平方向为零度，转动范围覆盖-10°～90°，方位向覆盖0°～360°，所述驱动机构与所述接收天线相连接，接收天线采用正馈抛物面形式的定向天线，对于车载系统，可以采用较大孔径的天线，为了提高接收信号的强度，接收天线的面积尽可能大，以提高接收天线的增益。

所述图像采集压缩模块用于采集所述可见光及红外摄像机的信号并将信号进行压缩后传输给复接器。

所述数据复接编码模块主要由FPGA、晶振、RS232芯片、PECL接口、LDO组成，所述数据复接编码模块用于将来自图像采集压缩模块的信号和来自自驾仪的信号复接、进行RS编码、加扰以及QPSK星座映射。

所述载波调制放大模块主要由功率放大器、高稳晶振、锁相环、I/Q混频器、带通滤波器和LDO组成，所述载波调制放大模块用于产生本振信号并对来自数据复接及编码单元的I、Q两路基带信号进行射频调制和滤波。

所述功率放大器主要由预功放、主功放及隔离器组成，所述功率放大器用于将已调发射信号进行功率放大，最终输出满足指标要求的已调信号，为减小功率放大器对调制电路产生影响和避免负载端开路或短路损坏放大器，隔离器设置在功放单元输入、输出端。

所述模拟接收机用于将来自接收天线的8.5GHz信号进行低噪声放大、变频、滤波、放大输出载波2.45GHz信号。

所述解调解码解帧模块用于将经下变频后的信号经过射频处理单元、中频处理单元后输出一路视频数据给视频解码单元，输出一路GPS信号给外部天线控制机构。

所述视频解压模块用于将经解调解码解帧后的视频压缩数据解压缩并分成可见光视频图像和红外视频图像两路分别送出。

所述视频图像显示器用于将解压后的可见光摄像机图像和红外摄像机图像显示出来。

所述控制计算机用于接收并存储传回的经解码后的视频图像数据、接收自驾仪数据、采集本地GPS数据、控制天线驱动机构。

与相关技术相比较，本发明提供的无人机视频图像实时传输系统具有如下有益效果：

本发明提供一种无人机视频图像实时传输系统，提供了一个小型化的数据实时传输系统，能够通过可进行方位调节的接收天线，以及发射波束峰值在水平方向上的发射天线的配合，便可为长距离的信号传输带来保障，并且本发明中的系统组成相较于传统的数据传输方式整体较少，传输成本直接降低，此外，利用射频载波调制模块能够根据实际情况调节信号传输频率，并通过功率放大器对信号源进行放大传输，可以更轻松的解决较远距离的信号传输，保证了信号的实时传输，相较于传统的利用多家飞机对信号进行中继传输的方式，本发明进一步降低了飞机数量的使用，节约了视频图像实时传输的运行成本。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。