CN103297084A - 轻型环保无人机数据传输系统及其数据传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻型环保无人机数据传输系统及其数据传输方法，以下简称数传系统、数据传输方法,其主要技术特点是：该系统包括安装在无人机上的发射器、直流电源和安装在地面站的接收器、直流电源；发射器与图像采集器相连接并接收图像采集器采集的视频图像，发射器采用2.4G无线传输方式通过天线发送给地面站的接收器；接收器通过天线接收无人机发送的数据并通过显示设备进行视频图像显示；该方法包括发射器对视频图像数据的发射处理步骤和接收器对接收数据的接收处理步骤。本发明设计合理，完成无人机到地面视频图像数据的实时传输与接收，具有传输抗干扰性强、传送距离远、传输的速率快、即时性好、数据安全性高等特点。

Description

轻型环保无人机数据传输系统及其数据传输方法

技术领域

本发明属于数据传输技术领域，尤其是一种轻型环保无人机数据传输系统及其数据传输方法。

背景技术

由于我国环境污染事故频发、环境应急监测任务繁重，采用通常的地面监测技术不能满足快速、准确的监测要求。近年来，无人机遥感技术在环保监测领域得到了一定的应用，但是，无人机与地面进行数据传输时存在抗干扰能力差、传输距离短、速度慢等缺点，无法对实时监控区域进行快速数据采集、传输及分析处理，难以满足我国环保部门进行环境污染事故应急处理的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种传输可靠性高、速度快、距离远的轻型环保无人机数据传输系统及其数据传输方法。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种轻型环保无人机数据传输系统，包括安装在无人机上的发射器、直流电源和安装在地面站的接收器、直流电源，无人机上的直流电源与发射器相连接为其供电，发射器与图像采集器相连接并接收图像采集器采集的视频图像，发射器采用2.4G无线传输方式通过天线发送给地面站的接收器；地面站的直流电源与接收器相连接为其供电，接收器通过天线接收无人机发送的数据并通过显示设备进行视频图像显示。

而且，所述的发射器包括图像调制器、混频器、射频放大器、发射天线、直流电源、压控振荡器和功率分配器，图像调制器接收图像采集器的信号进行图像调制后送入混频器中，直流电源输出的偏置电压和调谐电压为压控振荡器供电，该压控振荡器通过经功率分配器进行功率分配后与混频器相连接，该混频器进行信号混频后经射频放大器输出到发射天线上进行数据发送；所述的接收器包括接收天线、混频器、图像解调器和定向耦合器，接收天线将接收到的信号后输入到混频器中，定向耦合器输出端的振荡信号被输入到混频器中，该混频器进行混频后并由图像解调器输出视频信号，由显示设备上进行显示。

而且，所述的定向耦合器采用10dB定向耦合器。

而且，所述的图像采集器为3D摄像机、4波段CCD相机和高分辨率照相机。

而且所述的直流电源采用DC12V电源。

一种轻型环保无人机数据传输方法，包括以下步骤：发射器对视频图像数据的发射处理步骤和接收器对接收数据的接收处理步骤；

所述的发射处理步骤包括对视频图像数据的图像编码、加密、信道编码、格状编码调制、串并转换、正交频分复用调制以及上变频进行视频图像数据的发射步骤；

所述接收处理步骤包括接收数据后的下变频、正交频分复用解调、并串转换、Viterbi译码、信道编码、解密、图像编码以及图像后处理步骤。

而且，所述图像编码采用H.26X协议。

本发明的优点和积极效果是：

1、本系统通过无人机上的发射器和地面站上的接收器并使用2.4G无线传输方式进行环境污染事故应急监测无人机图像实时传输,完成无人机到地面视频图像数据的实时传输与接收，实现无人机飞行过程中的飞行区域实时监测功能，并进一步支持环境监测任务中的快速响应与决策。具有传输抗干扰性强、传送距离远、传输的速率快、即时性好、数据安全性高等特点。

2、本传输方法能够根据无人机视频图像实时传输的要求和不同事件对数据源的需求，建立基于数字信号传输的近无损图像压缩编码、信道编码、级联格状编码和正交频分复用（OFDM）调制的系统方案，实现无人机视频图像信号和相关有效载荷快视图像的实时传输。

附图说明

图1是本发明的系统连接示意图；

图2是本发明的发射器和接收器的电路原理图；

图3是本发明的图像实时传输处理示意图；

图4是本发明的视频编码处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详述。

一种轻型环保无人机数据传输系统，如图1所示，包括安装在无人机上的发射器、直流电源和安装在地面站的接收器、直流电源，发射器与图像采集器相连；图像采集器可以是3D摄像机、4波段CCD相机和高分辨率照相机等设备，所述的直流电源采用DC12V电源。在发射器和接收器上安装有2.4G天线，发射器和接收器采用2.4G无线传输方式进行数据传输。其无线传输方式为远程微波图像传输方式，具有传输距离远(10km～100km)、可通过中继站扩展以及覆盖范围大的特点，从而实现实时的、清晰的图像传输功能。

如图2所示，所述的发射器包括图像调制器、混频器、射频放大器、发射天线、直流电源、压控振荡器（VCO）和功率分配器，图像调制器接收图像采集器采集的信号进行图像调制后送入混频器中，同时，直流电源输出的偏置电压和调谐电压为压控振荡器（VCO）供电，该压控振荡器（VCO）通过经功率分配器进行功率分配后与混频器相连接，由混频器进行信号混频，最后经射频放大器输出到发射天线上进行数据发送。所述的接收器包括接收天线、混频器、图像解调器和定向耦合器，接收天线将接收到的信号后输入到混频器中，同时，定向耦合器输出端的振荡信号也被输入到混频器中，由混频器进行混频后并由图像解调器输出视频信号，最终在显示设备上进行显示。

本无人机数传系统的性能指标如下：

视频传输性能：视频图像采用制式为PAL或NTSC；压缩方式为H.264或MPEG-4；视频图像的主码流分辨率为：1080P、720P或480P，视频图像的辅码流分辨率为HD1、D1或CIF，主码流的码流最大为8Mbps，辅码流的码流为最大1Mbps；视频帧率最大30fps，传输延时最大500ms（与使用环境有关），接口方式为：复合视频输入1Vp-p75Ω、复合视频输入1～1.2Vp-p75Ω、HDMI高清数字视频输入输出接口或CMOS原式感光芯片接口。

数据安全性能：视频处理部分加密方式采用AES128或AES256；无线传输部分加密方式采用WEP、WAP、WAP2或TKIP（可定制）

发射性能：发射功率为800mw～2W、发射频率为2.400GHz～2.484GHz、信道宽度最大为20MHz；

接收性能：灵敏度：-96dBm～-74dBm，传输距离：根据发射功率、使用天线规格及周围环境等因素综合确定。

一种轻型环保无人机数据传输方法，如图3所示，包括以下步骤：发射器对视频图像数据的发射处理步骤和接收器对接收数据的接收处理步骤。其中，发射处理步骤包括对视频图像数据的图像编码、加密、信道编码、格状编码调制、串并转换、正交频分复用调制以及上变频进行视频图像数据的发射步骤。接收处理步骤包括接收数据后的下变频、正交频分复用解调、并串转换、Viterbi译码、信道编码、解密、图像编码以及图像后处理步骤。

如图4所示，本数据传输方法进行视频图像实时采用动态图像压缩编码技术和视频图像数字传输技术。由于视频图像序列的重要特点就是存在空间相关性和时间相关性，这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息。传输前将冗余度去掉，只保留少量非相关信息可以大大减少视频数据，在接收端利用这些非相关信息,按照一定的解码算法，可以在保证一定的图像质量的前提下恢复原始图像。鉴于无人机视频的实时传输，本方法采用H.26X系列，可用于较窄带宽的网并提供了小尺寸规格视频的传输，在较高压缩比的条件下能达到可接受的画面品质。其具体的编码方法为：将图象分成子图象块以子图象块作为编码单元，当采用帧内模式编码时，对图象块进行变换量化和熵编码(或变长编码)消除图象的空间冗余帧内模式中还增加了帧内预测模式；当采用帧间模式编码时，对帧间图象采用运动估计和补偿方法只对图象序列中的变化部分编码从而去除时间冗余解码过程为编码过程的逆过程。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种轻型环保无人机数据传输系统，其特征在于：包括安装在无人机上的发射器、直流电源和安装在地面站的接收器、直流电源，无人机上的直流电源与发射器相连接为其供电，发射器与图像采集器相连接并接收图像采集器采集的视频图像，发射器采用2.4G无线传输方式通过天线发送给地面站的接收器；地面站的直流电源与接收器相连接为其供电，接收器通过天线接收无人机发送的数据并通过显示设备进行视频图像显示。

2.根据权利要求1所述的轻型环保无人机数据传输系统，其特征在于：所述的发射器包括图像调制器、混频器、射频放大器、发射天线、直流电源、压控振荡器和功率分配器，图像调制器接收图像采集器的信号进行图像调制后送入混频器中，直流电源输出的偏置电压和调谐电压为压控振荡器供电，该压控振荡器通过经功率分配器进行功率分配后与混频器相连接，该混频器进行信号混频后经射频放大器输出到发射天线上进行数据发送；所述的接收器包括接收天线、混频器、图像解调器和定向耦合器，接收天线将接收到的信号后输入到混频器中，定向耦合器输出端的振荡信号被输入到混频器中，该混频器进行混频后并由图像解调器输出视频信号，由显示设备上进行显示。

3.根据权利要求2所述的轻型环保无人机数据传输系统，其特征在于：所述的定向耦合器采用10dB定向耦合器。

4.根据权利要求1至3任一项所述的轻型环保无人机数据传输系统，其特征在于：所述的图像采集器为3D摄像机、4波段CCD相机和高分辨率照相机。

5.根据权利要求1至3任一项所述的轻型环保无人机数据传输系统，其特征在于：所述的直流电源采用DC12V电源。

6.一种根据权利要求1至5任一项所述系统的数据传输方法，其特征在于：包括发射器对视频图像数据的发射处理步骤和接收器对接收数据的接收处理步骤；

所述的发射处理步骤包括对视频图像数据的图像编码、加密、信道编码、格状编码调制、串并转换、正交频分复用调制以及上变频进行视频图像数据的发射步骤；

所述接收处理步骤包括接收数据后的下变频、正交频分复用解调、并串转换、Viterbi译码、信道编码、解密、图像编码以及图像后处理步骤。

7.根据权利要求6所述的轻型环保无人机数据传输方法，其特征在于：所述图像编码采用H.26X协议。

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