本发明专利技术涉及一种用于无人机上的无线图传通信系统及其方法，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。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。本发明专利技术通过增加可重配置多模式调制器，根据信道环境的质量情况，可以在线改变调制方式，保证即使在传输环境恶劣的条件下仍然能够实时传输高分辨率图像数据。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术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。
技术介绍
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I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Dl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，对于方案模式二一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。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，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，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。为实现上述专利技术目的，本专利技术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。所述的无线通信模块的图像数据无线传输调制实现模式采用FPGA模式，该模式可以通过可重配置硬件电路，实现不同的数字调制模式，如BPSK/QPSK/16QAM等，可在FPGA硬件不变情况下采用不同的电路结构，其性能与可靠性和专用模块的方式非常接近，适于产品升级并降低硬件成本。这样，在传统无人机图像数据传输的基础上，改变原有的体系架构，增加新的FPGA可重构电路模块，简化射频前端，提升系统数字化的程度，从而提高无人机无线图传系统的工作效率，而且降低了设计的成本。作为上述方法的一种改进，所述的无线图传通信系统还包括存储模块，用于记录图像数据和工程参数数据。所述的存储模块为通过计算机总线接口使用固态FLASH作为存储介质的电子硬盘。作为上述方法的又一种改进，所述的电源模块包括DC/DC模块，用于计算机和数传发射机的供电，分别输出+24V和+12V电源。为实现上述另一专利技术目的，本专利技术还提供了一种用于无人机上的无线图传通信方法，该方法步骤包括I)在无人机平台端，通过数字相机获取高分辨率图像信息，并通过LVDS接口输入到图像编码器单元，压缩成为低速率的数据流；2)通过CPU模块将压缩后的低速率的数据流、遥测量及工程参数打包后发送到计算机接口卡单元，由FPGA数字电路对该低速率的数据流进行交织与RS编码之后复接形成一路串行数据流，再通过可重构高速数字调制单元根据遥控指令进行调制模式的选择和数字化调制，然后进行D/A转换，发送到数传发射机单元；3)由数传发射机采用微波传输方式将数据传输至地面监控中心。作为上述方法的一种改进，所述的步骤2)还通过存储模块记录压缩后的低速率的数据流、计算机接口卡单元采集的遥测量和工程参数数据信息。作为上述方法的又一种改进，所述的步骤2)中的调制模式包括BPSK调制电路、QPSK调制电路或16QAM调制电路，用于对串行数据流进行数字化调制。 作为上述方法的再一种改进，所述的步骤3)数传发射机模块采用与计算机的高速同步串行接口单元将调制后的数据流经过高速D/A转换后的数据送到混频器，与本振产生的载波进行混频，形成射频信号，再经过微波功放电路单元功率放大后，由射频输出单元输出至天线下传到地面监控中心。作为上述方法的还一种改进，所述的步骤2)对压缩后的低速率的数据流、计算机接口卡单元采集的遥测量和工程参数数据信息进行打包组帧并发送给发射机。在无人机传统的图像数据传输设计方案中，通常包括4个功能模块第一个是数字相机模块，用于对待侦察或测绘区域进行拍照；第二个是计算机模块，完成各个功能模块的管理控制、数据处理及系统配置等功能；第三个是无线通信模块(包括调制、功放和天线)，用于和地面监控中心之间进行实时数据传输；第四个是存储模块，利用大容量的FLASH固态存储器记录图像数据和其他工程参数数据。相对于已有的无人机图像传输方案，本专利技术公开了一种可重构调制模式的无线图像本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一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。2.根据权利要求I所述的用于无人机上的无线图传通信系统，其特征在于，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。3.根据权利要求I所述的用于无人机上的无线图传通信系统，其特征在于，所述的可重构高速数字调制单元采用FPGA模式。4.根据权利要求I所述的用于无人机上的无线图传通信系统，其特征在于，所述的无线图传通信系统还包括存储模块，用于记录图像数据和工程参数数据。5.根据权利要求4所述的用于无人机上的无线图传通信系统，其特征在于，所述的存储模块为通过计算机总线接口使用固态FLASH作为存储介质的电子硬盘。6.根据权利要求I所述的用于无人机上的无线图传通信系统，其特征在于，所述的电源模块，用于计算机和数传发射机的供电，分别输出+24V和+12V电源。7.一种用于无人机上的无线图传通信方法，该方法步骤包括 1)在无人机平台端，通过数字相机获取的高分辨率图像信息，通过LVDS接口输入到图像编码器单元，压缩成为低速...
【专利技术属性】
技术研发人员：魏本杰，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：
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