CN100469136C - 机载无线宽带图像传输系统 - Google Patents

Abstract

一种机载高速无线宽带图像传输系统，属于多媒体信息传输技术领域。本发明包括机载图像发射设备和地面固定图像接收设备。机载图像发射设备包括图像摄录机和无线图像发射机，可由飞行器承载，用于摄录现场实况图像并基于高级数字电视地面广播技术构架的无线传输通道发射信号；地面固定无线图像接收设备，用于接收并恢复由直升机所承载的机载图像发射设备发射的信号，之后可以直接显示图像信号或者通过合适的中继接力将恢复的图像信号发送至需要的地方。本发明不仅可以在某些诸如航天工程或卫星工程的返回舱着陆场等特殊地理地形地貌等环境下使用，也可以在某些诸如城市应急联动机制、突发事件实时监控、新闻实时报导等一般城市环境中使用。

Description

机载无线宽带图像传输系统

技术领域

本发明涉及一种无线图像传输系统，尤其涉及一种适用于直升机机载的机载无线宽带图像传输系统，属于多媒体信息传输技术领域。

背景技术

无线图像传输系统已成为现代搜索救援中的一个十分重要的必备装置和部件。特别是在某些特殊场合，比如航天飞船返回舱着陆、森林火灾，海上救援、重特大事故现场等等，都要求救援装置(例如，救援直升机、救援车辆或者救援船只)装备无线图像传输系统，以便于能够实时地将现场情况传输至各测控点和指挥中心，为领导的决策和指挥提供必要的技术报障和手段。目前，应用于高速机载条件下的图像传输一般采用两种方式：机载卫星通信系统和机载超短波通信系统。一般来说，机载卫星通信系统体积比较大，卫星通信天线需要复杂的跟踪伺服系统并且需要飞行器(如直升机)进行必要的改装。但机载通信设备通常都为临时加装设备，在完成任务后常常需要拆出临时所安装的设备，在一般情况下，是不允许对飞行器进行改装的，所以机载天线的安装只能利用直升机原有的预留安装位置，限定条件较多。因此该通信手段在直升机上实现起来有一定的困难。机载超短波通信系统设备简单，体积小，机载天线为全向天线，不需要跟踪，可以利用直升机现有条件安装天线，系统容易实现。但是传统体制的超短波图像传输系统，电波传播稳定性较差，无线信道难以持续建立，传输图像存在明显断续现象。中国专利CN97191148.7中披露了一种“视频传输系统”。然而，该系统依赖于视频服务器，它可通过分组交换网路向接受机发射所述的编码视频信号。然而，该专利并没有具体介绍在无线信道条件下的应用。众所周知，在搜索救援直升机飞行高度有限的情况下，它呈现出与地面接收站的通信仰角很小、直升机飞行姿态的多变、地形地貌的遮挡、对电波视距传播影响明显，信道条件复杂恶劣，以及呈快速动态变化等特点。因此，传统无线通信因其抗多径干扰和抗快速衰落信道的能力而时常难以适应上述条件下的无线信道。

发明内容

本发明针对高速机载情况下进行稳定的图像传输的需求提出了一种基于先进数字电视地面广播技术(ADTB-T)为核心技术的机载无线宽带图像传输系统，并以此构架一套适用于直升机高速机载移动条件下应对复杂多变地理地形地貌环境可进行可靠稳定的无线宽带图像传输通道，该系统不仅可以在某些诸如航天工程或卫星工程的返回舱着陆场等特殊地理地形地貌等环境下使用，也可以在某些诸如城市应急联动机制、突发事件实时监控、新闻实时报导等一般城市环境中使用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明的机载无线宽带图像传输系统包括机载图像发射设备和地面固定图像接收设备；其中：

机载图像发射设备包括：

图像摄录机，摄取现场的视频信号的原始信息；

图像编码器，将图像摄录机得到的原始信息进行传输前的压缩；

加密机，对压缩后的信息进行有效加密，保证安全传输；

ADTB-T调制模块，对加密后的信息进行用ADTB-T技术进行调制编码，得到适合无线衰落信道传输的数据信号；

发射机，将进行有效调制后的信号进行上变频到事先选好的频点；

机载发射天线，将射频信号以一定的方向图向空中发射。

地面固定图像接收设备包括：

地面接收天线，接收空中的射频信号；

前级放大器，用于对接收到的微弱射频信号进行放大/滤波，并降低整个装置链路的噪声系数；

接收机，将射频信号下变频到预定的低中频点，以便于进行数字处理；

ADTB-T解调，对上述中频信号进行ADTB-T解调解码处理，恢复出经过无线信道衰落的数据信号；

解密器，对恢复出的数据信号进行解密处理；

图像解码器，将解密后的信号进行解压处理，恢复出原始的图像信息；

图像监视器，用于显示所恢复的图像信号；

中继接力，用于将该信息通过其它合适传输方式传往所需要的地点；

其中，机载图像发射设备可由飞行器(例如，指定的搜索救援直升机或其它移动装置)承载，其基本连接方式和主要工作特点为：图像摄录机跟踪和抓拍目标获取现场实况的视频信号，所产生的原始数据输入信源编码器进行高效数据编码压缩形成数据流；该数据流送入加密机对该压缩数据流进行加密，形成加密的数据流，以进一步提高数据传输中的安全性；加密的数据流进行ADTB-T调制以获得适合无线衰落信道传输的数据信号；随之将调制后的数据进行上变频，以产生可供天线发射的射频信号；接着发射天线直接发射所获得的射频信号；

地面的无线图像接收设备的基本连接方式和主要功能为：地面接受天线接收并恢复由直升机所发射的射频信号，输入前级放大器，进行微弱射频信号的放大和滤波，以提高整个系统的信号增益以及降低链路信号的噪声系数；放大后的信号输入至接收机，将所输入的射频信号下变频至预定的中频信号，以便于对信号进行数字处理；处理后的信号输入至ADTB-T解调，进行ADTB-T解调解码处理以恢复出经过无线信道衰落的数据信号；随后将经ADTB-T解调解码处理后的数据输入至解密器进行数据解密；再将该解密后的信号输入至信源解码器进行数据解压缩处理，获得恢复后的图像信号；该恢复后的图像信号输入至显示/中继接力，用于显示经传输后的现场实况图像信号，或者根据需要将该信号通过其它合适传输方式发送至所需要的地点。

本发明的目的在于给出一种满足直升机高速机载情况下的无线宽带图传装置，它将先进的地面数字电视广播技术ADTB-T结合专业通信设计理念、将民用的广播技术优化升级成为一项即可满足诸如航天和卫星工程等专业特殊需求又可满足诸如城市预警监控系统或新闻实时报导等普通专业需求的专用通信装置，并形成了适用于直升机机载的机载无线宽带图像传输系统和适用于高速移动装置的便携式无线宽带图像传输系统。

本发明机载无线宽带图像传输系统还可在上述基本结构的基础上根据不同的应用选择不同的配置构成适用于车载、船载或其它移动载体的无线宽带图像传输系统，实现各种不同使用环境和条件下实现高质量标准清晰度的图像数据传输。

附图说明

图1为本发明系统的一个实施例的构架及连接关系示意图；

图2为本发明系统所应用的前级放大器的结构示意图；

图3为本发明系统的另一个实施例的构架及连接关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1显示了本发明机载无线宽带图像传输系统的一个实施例的构架及连接关系。本发明的机载无线宽带图像传输系统包括机载图像发射设备和地面固定图像接收设备，其中：

所述机载图像发射设备包括：

图像摄录机1，用于现场摄取并获得图像的原始信号；

图像编码器2，用于将图像摄录机1所获得的原始图像信号进行编码压缩，以便于数据传输；

加密机3，用于对编码压缩后的信息进行有效加密，以进一步提高信号传输的安全性；

ADTB-T调制模块4，用于对编码和加密后的信息进行采用ADTB-T技术进行调制编码，以便于获得适合于无线衰落信道传输的数据信号；

发射机5，用于将经过有效调制编码的信号进行上变频成具有预定频点的射频信号；

机载发射天线6，用于将变频后的射频信号以一定的方向图向空中发射；

所述地面固定图像接收设备包括：

地面接收天线7，用于接收空中的射频信号；

前级放大器8，用于对所接收到的微弱射频信号进行滤波/放大，以提高信号幅度并降低信号链路的噪声系数；

接收机9，用于将所接受放大后的射频信号下变频到预定的低中频点的中频信号，以便于对信号进行数字处理；

ADTB-T解调模块10，用于对变频后的中频信号进行ADTB-T解调解码处理，以恢复出经过无线信道衰落的原始数据信号；

解密器11，用于对所恢复的数据信号进行解密处理；

图像解码器12，用于将解密后的信号进行解压处理，恢复原始的图像信号；

图像监视器13，用于显示现场实况图象；以及，

中继接力14，用于已经恢复后的图像信号通过其它传输方式发送至所需要的地点。

所述机载图像发射设备的基本连接方式为：图像摄录机1对现场进行实地实况拍摄以获取原始图像信号；并将该图像信号发送至图像编码器2，进行图像信号的压缩编码以形成能够适合于有限信道带宽传输的比较低数据率的压缩数据；随后，将经压缩编码处理的数据输入至加密机3进行加密处理以提高数据传输的安全性；之后，将加密之后的数据输入至ADTB-T调制模块4进行ADTB-T调制和信道编码，以得到适合无线信道传输的数据信号，并将该信号输入至发射机5，发射机5对该信号进行上变频处理并以合适的射频频点通过机载发射天线6向空中发射。

所述地面固定图像接收设备的基本连接方式为：接收天线7从空中接收到发射天线6所发出的并经过无线衰落信道的射频信号，并输入至前级放大器8进行信号的放大和滤波处理，以形成具有一定幅度的射频信号并将该信号输入至接收机9，接收机9对所输入的射频信号进行下变频处理以获得变频到一定频率的中频信号；接收机9将下变频后的中频信号输入至ADTB-T解调模块10，由ADTB-T解调模块10对输入的中频信号进行ADTB-T解调和信道解码；之后，解密机11对所输入的经过ADTB-T解调和信道解码的信号进行数据解密处理，并将该信号输入至图像解码器12，图像解码器12对所输入的数据进行解压缩的处理，以恢复原始的图像信号；恢复后的图像信号可输入至图像监视器13以显示图像或者输入至中继接受14以便于将恢复后的图像信号采用其它适用的传输方式发送至所需要的地方。

本发明的机载无线宽带图像传输系统中的机载图像发射设备可由飞行器承载，例如，该飞行器可以由承担搜索救援指挥的直升机来实现，它可以根据任务的需要非常迅速的进入现场，应用本发明的机载图像发射设备实现现场实时实地实况的图像摄录以及图像信号传输等工作。

在上述机载无线宽带图像传输系统中的图像编码器2和图像解码器12可以采用包括MPEG II、MPEG IV、H.264，AVS以及VC1中任一有损图像数据压缩编码/解码标准所实现图像数据压缩的编码/解码器；也可以包括采用JPEG或MJPEG无损图像数据压缩编码/解码标准所实现图像数据压缩的编码/解码器，采用图像数据压缩方法有利于对现场所采录的图像数据进行数据的压缩，从而大大减小图像数据的传输容量。一般来说，经过MPEG II方式的图像数据编码压缩后可得到适合有限带宽(8MHz)传输的比较低的数据率。

本发明机载无线宽带图像传输系统中的加密机3和解密器11包括采用诸如DAS、EAS和TriDAS加密或解密方法所实现加密机或解密机，同样也可以根据需要采用战略级群路加密/解密方式所实现的加密机/解密器，用于对数据进行不同程度的加密处理，以充分保证传输数据的安全性。

本发明机载无线宽带图像传输系统中的(ADTB—T)调制模块4和(ADTB—T)解调模块10包括采用先进数字电视地面广播(ADTB—T)调制/解调技术所实现的调制/解调模块，采用先进数字电视地面广播(ADTB—T)调制和信道编码后可得到适合无线信道传输的数据信号，其中净数据率为5.93Mbps，有效带宽为7.14MHz；同样根据不同的需求，也可以包括采用DVB-T、ISDB-T和DMB-T其它数字电视地面广播调制/解调技术的调制/解调模块；以及还包括采用ATSC和DVB-C数字电视广播调制/解调技术的调制模块。

所述的机载发射天线6采用经过方向图的分级增益设定处理的全向性天线，以充分满足救援搜索飞行器姿态急剧(例如，低空盘旋状态)变化以及低空近地高速飞行通信仰角小于1度条件下的信号发射，实现机下远/近距离的无盲区传送覆盖。

地面固定接收天线7可以采用全向天线，也可以采用定向天线。

本发明机载无线宽带图像传输系统中的地面图像接受设备的前级放大器8包括带通滤波器1000和低噪声放大器2000，正如图2所示，从天线接收到的射频信号首先经过带通滤波器1000，以滤除有效频谱外的无用信息和干扰信息，然后送入低噪声放大器2000将弱信号放大，以便于输出具有一定信号幅度的射频信号。其中，带通滤波器1000的带宽可选择8MHz，也可以根据需要选择分别选择6M，4M和2M。该射频信号随后输入至接收机9，由接收机9对所输入的射频进行下变频处理变频到合适的低中频频点(36.15MHz)以产生中频信号。

本发明机载无线宽带图像传输系统中的图像监视器可采用常规的图像监视器，用于对经各种处理和传输后所恢复的图像信号进行监视。

本发明的机载无线宽带图像传输系统中的中继接力模块14可以包括地面模拟微波中继、卫星中继和网桥，用于进行长距离跨区域的信号传送。

图3显示了本发明机载无线宽带图像传输系统的一个实施例的构架及连接关系。该实施例显示了一种利用卫星通信信道作为中继接力方式的基本架构。与图1所示系统不同之处在于，中继接力可以包括图像编码器12，保密机13，以及C波段卫通14。很显然，采用上述部件有利于对需要进行中继接力的图像进行压缩编码和保密的处理，以便于在有限的通信带宽中实行信号传输并提供较高的安全性。此外，加密机3可以根据需要采用群路加密处理的方法进行数据的加密，以进一步提高数据信息的安全性。另外，发射机5采用了600MHz的上变频技术，将送入发射机的数据信号进行上变频处理，上变到600MHz的射频频点，并通过半球面塑型机载发射全向天线15向空中发射。

很显然，本发明机载无线宽带图像传输系统还可在上述基本结构的基础上根据不同的应用选择不同的配置构成适用于车载、船载或其它移动载体的无线宽带图像传输系统，可在各种不同使用环境和条件下实现高质量标准清晰度的图像数据传输。

尽管参照其特定实施例已表示和描述了本发明，本领域的技术人员应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的精神和范围的情况下可做各种形式和细节的修改。

Claims (9)

1.一种机载无线宽带图像传输系统，所述系统包括机载图像发射设备和地面固定图像接收设备，其中：

所述机载图像发射设备包括：

图像摄录机(1)，用于现场摄取并获得图像的原始信号；

图像编码器(2)，用于将图像摄录机(1)所获得的原始图像信号进行编码压缩，以便于数据传输；

加密机(3)，用于对编码压缩后的信息进行有效加密，以进一步提高信号传输的安全性；

ADTB-T调制模块(4)，用于对编码和加密后的信息进行采用ADTB-T技术进行调制编码，以便于获得适合于无线衰落信道传输的数据信号；

发射机(5)，用于将经过有效调制编码的信号进行上变频成具有预定频点的射频信号；

机载发射天线(6)，用于将变频后的射频信号以一定的方向图向空中发射；

所述地面固定图像接收设备包括：

地面接收天线(7)，用于接收空中的射频信号；

前级放大器(8)，用于对所接收到的微弱射频信号进行放大/滤波，以提高信号幅度并降低信号链路的噪声系数；

接收机(9)，用于将所接受放大后的射频信号下变频到预定的低中频点的中频信号，以便于对信号进行数字处理；

ADTB-T解调模块(10)，用于对变频后的中频信号进行ADTB-T解调解码处理，以恢复出经过无线信道衰落的原始数据信号；

解密器(11)，用于对所恢复的数据信号进行解密处理；

图像解码器(12)，用于将解密后的信号进行解压处理，恢复原始的图像信号；

图像监视器(13)，用于显示恢复后的图像信号，实现对现场实况图像信号的监控；以及

中继接力模块(14)，用于将所恢复的图像信号发送至所需要的地点；

所述机载图像发射设备的基本连接方式为：图像摄录机(1)对现场进行实地实况拍摄以获取原始图像信号；并将该图像信号发送至图像编码器(2)，以便于进行图像信号的压缩编码以形成能够适合于有限信道带宽传输的比较低数据率的压缩数据；随后，将经压缩编码处理的数据输入至加密机(3)进行加密处理以提高数据传输的安全性；之后，将加密之后的数据输入至ADTB-T调制模块(4)进行ADTB-T调制和信道编码，以得到适合无线信道传输的数据信号，并将该信号输入至发射机(5)，发射机(5)对该信号进行上变频处理并以合适的射频频点通过机载发射天线(6)向空中发射；

所述地面固定图像接收设备的基本连接方式为：地面接收天线(7)从空中接收到机载发射天线(6)所发出的并经过无线衰落信道的射频信号，并输入至前级放大器(8)进行信号的放大和滤波处理，并将该信号输入至接收机(9)，接收机(9)对所输入的射频进行下变频处理以获得变频到中频信号；接收机(9)将下变频后的中频信号输入至ADTB-T解调模块(10)，由ADTB-T解调模块(10)对输入的中频信号进行ADTB-T解调和信道解码；之后，解密机(11)对所输入的经过ADTB-T解调和信道解码的信号进行数据解密处理，并将该信号输入至图像解码器(12)，图像解码器(12)，对所输入的数据进行解压缩的处理，以恢复原始的图像信号；恢复后的图像信号输入至图像监视器(13)以显示图像或者输入至中继接力模块(14)以便于将恢复后的图像信号发送至所需要的地方。

2.根据权利要求1所述的机载无线宽带图像传输系统，其特征是，所述机载图像发射设备能由飞行器承载。

3.根据权利要求1所述的机载无线宽带图像传输系统，其特征是，所述的图像编码器和图像解码器(2、12)，包括采用MPEG II、MPEG IV、H.264，AVS以及VC1有损图像数据压缩编码/解码标准所实现图像数据压缩的编码/解码器；或包括采用JPEG和MJPEG无损图像数据压缩编码/解码标准所实现图像数据压缩的编码/解码器。

4.根据权利要求1所述的机载无线宽带图像传输系统，其特征是，所述的加密机/解密器(3，11)包括采用战略级群路加密/解密方式所实现的加密机/解密器。

5.根据权利要求1所述的机载无线宽带图像传输系统，其特征是，所述的机载发射天线(6)采用全向天线且经过方向图的分级增益设定处理的天线。

6.根据权利要求1所述的机载无线宽带图像传输系统，其特征是，所述的地面接收天线(7)采用全向天线，或采用定向天线。

7.根据权利要求1所述的机载无线宽带图像传输系统，其特征是，所述的前级放大器(8)包括带通滤波器(1000)和低噪声放大器(2000)，从天线接收到的射频信号首先经过带通滤波器(1000)，以滤除有效频谱外的无用信息和干扰信息，然后送入低噪声放大器(2000)将弱信号放大。

8.根据权利要求7所述的机载无线宽带图像传输系统，其特征是，所述的带通滤波器(1000)的带宽为8MHz，或者为6Mhz、4Mhz、2Mhz。

9.根据权利要求1所述的机载无线宽带图像传输系统，其特征是，所述的中继接力模块(14)采用地面模拟微波中继、卫星中继和网桥。

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