CN105245313B - 无人机多载荷数据动态复接方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种无人机多载荷数据动态复接方法，将无人机通信分为高、中、低速3种应用场景，结合每种应用场景的实际特点，采用一台包含一片可编程门阵列芯片FPGA和一片数字信号处理芯片DSP构成的协议处理设备，依据定时周期发起传输帧的复接，高速场景下采用基于低速数据固定复接和基于高速数据动态复接的混合复接方案；中速场景下采用基于固定长度单元的动态复接方案；低速场景下采用纯动态复接方案。各种载荷数据接入协议处理设备后，分别依次进行数据分段、数据适配、存储、动态复接成帧等操作流程。本发明相比现有技术具有占用带宽资源少，复接效率高等特点，对传输帧内容进行实时动态优化，最大限度提高了链路传输通道的有效利用率。

Description

无人机多载荷数据动态复接方法

技术领域

本发明涉及一种用于无人机测控通信协议的多载荷数据动态复接方法。

背景技术

近年来，无人机系统的应用越来越广泛，用户对于无人机具备多任务及多载荷接入能力的需求也不断增加，用户与测控通信系统之间交互的信息类型越来越多，接口形式也趋于多样化。无人机与地面设备之间依靠链路通信协议进行数据通信传输，数据类型包括遥测信息、测距信息、实时图像信息等等。目前现有的通信传输方式主要有以下几种：(1)各种数据依靠各自的链路通道进行传输，不同数据之间传输通道相对独立；此方法的问题是没有数据融合的思想，须同时占用太多的有限传输带宽资源，此外使用太多链路传输通道，也不便于进行统一管理。(2)各种数据通过一条链路通道进行传输，每种数据类型在通信协议中，数据的长度和数据的存放位置相对固定。此方法的问题是有一定的简单数据融合思想，但也仅仅只是简单的或固定的数据复接，同样存在浪费链路资源，复接的效率及传输通道的有效利用率太低等缺陷。

发明内容

为了克服上述现有技术占用带宽资源过多，链路有效利用率太低等问题，本发明提出了一种占用带宽资源少、复接效率高的无人机多载荷数据动态复接方法。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种无人机多载荷数据动态复接方法，具有如下技术特征：

针对无人机不同链路速率,将无人机通信分为高、中、低速3种应用场景，结合每种应用场景的实际特点，采用一台包含一片可编程门阵列芯片FPGA和一片数字信号处理芯片DSP构成的协议处理设备，其中，FPGA芯片接收各种载荷数据后，通过EMIF总线将各种载荷数据传送至DSP芯片中，DSP芯片按各种载荷数据预设段大小，依次分为多段后，再分别进行适配操作，并根据适配结果构造出一个数据复接单元，把数据复接单元长度预设为可选择其一的三个固定值；数据适配完成后，将载荷数据存放到各对应的缓存区中；待复接指令发起后，DSP芯片依次扫描读取各缓存区进行动态复接组帧；依据定时周期发起传输帧的复接，然后，在包含了低速和高速载荷数据类型的高速场景下，采用基于低速短数据固定复接和高速长数据动态复接的混合复接方案；中速场景下，对于所有数据均采用动态复接方式；低速场景下，数据类型和数据长度全部不固定，采用纯动态复接方案。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

占用带宽资源少。发明针对不同链路速率的通信应用场景，分别提出了高速、中速、低速三种应用场景下的传输帧数据动态复接方案。相比于现有技术，仅需使用一条链路传输通道，就可完成多种载荷数据同时传输，最大限度的减少了资源带宽的使用；

复接效率高。针对无人机通信的高速、中速、低速3种应用场景，结合每种应用场景的实际特点，分别提出了3种载荷数据动态复接方案。在3种载荷数据动态复接方案中，FPGA芯片接收各种载荷数据后，通过EMIF总线将各种载荷数据传送至DSP芯片中，DSP芯片按各种载荷数据预设段大小，依次分为多段后，再分别进行适配操作，复接效率高。

利用率高。本发明针对高速、中速、低速应用场景分别提出了相应的复接方法。高速场景下采用了基于低速短数据固定复接和高速长数据动态复接的混合复接方案；中速场景下采用了基于固定复接单元长度的动态复接方案；低速场景下采用了纯动态复接方案。提出的动态复接技术方法，对传输帧内容进行实时的动态优化，最大限度的提高了该条链路传输通道的有效利用率。而且在低速传输场景下，采用了纯动态复接方案，数据类型和数据单元长度全部不固定，周期复接指令发起后，直接根据当前载荷数据缓存多少和传输帧空间剩余量中的较小值，动态决定复接数据长度。这种方案的灵活性最大，链路的有效利用率也最高。

附图说明

图1是本发明无人机多载荷数据处理流程示意图。

图2是本发明无人机多载荷数据复接操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

参阅图1。实施本发明方法的硬件设备主要是一台由一片可编程门阵列芯片FPGA和一片数字信号处理DSP芯片组成的协议处理设备。其中FPGA芯片主要实现接口功能，用于接入包括RS422、RS232、LVDS、USB、网络、光纤等各种接口在内的载荷设备；DSP芯片主要实现协议处理功能，包含数据的分段、适配、存储、复接成帧等操作。每种载荷数据接入协议处理终端设备后，都分别进行数据分段、数据适配和存储等预处理操作。待定时复接指令发起后进行复接组帧，此时DSP芯片依据预设的优先级顺序，依次扫描各载荷数据缓存区，并读取填充至传输帧，直至数据读完或帧空间填满。

本发明提出的无人机多载荷数据动态复接方法，针对无人机不同链路速率,将无人机通信分为高速、中速、低速共3种应用场景。FPGA芯片通过各接口接收载荷数据后，通过EMIF总线将数据传送至DSP芯片中，DSP芯片将收到的各数据按预设段大小依次分为多段，再对每个数据段进行适配操作，根据数据适配结果构造出一个数据复接单元；数据复接单元长度预设为可根据需要选择其一的三个固定值；数据适配完成后，将载荷数据存放到各自对应的缓存区；待复接指令发起后，DSP芯片依次扫描并读取各缓存进行复接组帧；传输帧的复接依据定时周期发起。所谓动态复接是指，每个周期内，传输帧中所复接的载荷数据的种类、长度、以及数据复接位置都是实时动态变化的。其优点是，可以对传输帧内容进行实时的动态优化，最大限度的提高链路传输帧的有效利用率。在同时包含了低速和高速载荷数据类型的高速场景下，采用基于低速短数据固定复接和高速长数据动态复接的混合复接方案。低速数据长度较短，数据更新率慢，采用位置固定复接方式；高速数据长度较大，数据更新率快，采用固定长度单元的动态复接方案。中速场景下，对于低速短数据和高速长数据，均采用动态复接方式；低速场景下，数据类型和数据长度全部不固定，采用不定长的动态处理方式对接入的各种载荷数据采用纯动态的复接方案，直接根据载荷数据缓存多少和帧空间剩余量中的较小值，决定复接数据长度。

载荷数据类型既包括诸如遥测数据、话音数据、测距数据等低速短数据，也包括高清视频数据、高清照片数据、高速载荷等各种高速长数据。各种低速、中高速载荷数据经FPGA芯片接入协议处理设备中，并通过EMIF总线传送给DSP。DSP芯片将收到的各种载荷数据依次进行数据分段操作，当收到的某种载荷数据超过预先设定的数据段大小，依次分为多段，剩余不足一段时，则补充默认数据至预定段大小。若当前收到某载荷数据不足一段，则直接在数据末尾填充默认数据补足一段。分段完成后，依次对每个段进行数据适配操作，主要包括填入格式层头、计算校验等操作。DSP芯片格式层头主要包含了当前数据段的应答信息、分段信息、包计数、有效数据长度等信息。数据适配完成后，DSP依次将各种载荷数据存放到相应缓存区中。待复接指令发起后，DSP依据预设的优先级顺序，依次扫描各数据缓存区，若有高优先级数据，则依次读出填充至传输帧，直至数据读完或传输帧空间填满。若高优先级数据读取完毕后，传输帧空间仍有剩余，则读取较低优先级数据缓存进行填充，直至数据读完或帧空间填满。若直到最低优先级的数据读取完毕后，传输帧空间仍有剩余，则填入默认填充数据，最后在数据头部填入报头信息和复接表信息，即完成整个数据帧的复接操作。

参阅图2。高速、中速、低速3种应用场景下的复接操作均是通过复接器读取各种载荷数据类型的数据缓存，进行填帧操作。具体处理逻辑，每种应用各有不同。

在高速应用场景下，传输帧最长，帧结构容量大，且数据更新率最快。复接方案为基于短数据固定复接和长数据动态复接的混合复接方案。低速数据长度较短，数据更新率慢，占用传输帧很短，故勿需进行动态复接，采用固定复接方式即可。对于低速短数据A……N，在高速传输帧结构中，均对其留出了固定位置空间。若当前缓存区有低速短数据A，则复接至传输帧相应A位置处，否则该位置填入默认数据。其他短数据类型B……N，以此类推。高速数据长度较大，数据更新率快，占用了传输帧的绝大部分空间，故采用基于固定数据复接单元长度的动态复接方案。

在中速应用场景下，传输帧比高速传输帧短，短数据和长数据分别封装成两种固定长度单元，对长短数据均进行动态复接，采用基于固定长度单元的动态复接方案。复接流程与高速场景下的高速数据类型一致。

在低速应用场景下，传输帧结构最短，数据更新率低，此时没有高速载荷数据接入，只有低速载荷类型接入。为了降低数据的传输时延，同时最大限度提高传输帧的利用率，采用了纯动态复接方案。此不定长的动态处理方式，数据类型和数据单元长度全部不固定。周期复接指令发起后，直接根据载荷数据缓存多少和传输帧空间剩余量中的较小值，动态决定复接数据长度。这种方案的灵活性最大，链路的有效利用率也最高。复接流程与前述一致。

Claims (10)

1.一种无人机多载荷数据动态复接方法，具有如下技术特征：

针对无人机不同链路速率，将无人机通信分为高、中、低速3种应用场景，结合每种应用场景的实际特点，采用一台包含一片可编程门阵列芯片FPGA和一片数字信号处理芯片DSP构成的协议处理设备，其中，FPGA芯片接收各种载荷数据后，通过EMIF总线将各种载荷数据传送至DSP芯片中，DSP芯片按各种载荷数据预设段大小，依次分为多段后，再分别进行适配操作，并根据适配结果构造出一个数据复接单元，把数据复接单元长度预设为可选择其一的三个固定值；数据适配完成后，将载荷数据存放到各对应的缓存区中；待复接指令发起后，DSP芯片依次扫描读取各缓存区进行动态复接组帧；依据定时周期发起传输帧的复接，然后，在包含了低速和高速载荷数据类型的高速场景下，采用基于低速短数据固定复接和高速长数据动态复接的混合复接方案，对于高速长数据采用固定数据复接单元长度的动态复接方案；中速场景下，采用基于固定长度单元的动态复接方案，将短数据和长数据分别封装成两种固定长度单元，对长短数据均进行动态复接；低速场景下，数据类型和数据长度全部不固定，根据载荷数据缓存多少和传输帧空间剩余量中的较小值，动态决定复接数据长度，采用不定长的动态处理方式，对接入的各种载荷数据采用纯动态复接方案。

2.根据权利要求1所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，在数据分段及数据适配完成后，DSP芯片依据预设的优先级顺序，依次扫描各载荷数据缓存区，并读取填充至传输帧，直至数据读完或帧空间填满。

3.根据权利要求1所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，在高速场景下，对于低速短数据A……N，在高速传输帧结构中，均对其留出了固定位置空间，若当前缓存区有低速短数据A，则复接至传输帧相应A位置处，否则该位置填入默认数据，其它短数据类型B……N，以此类推。

4.根据权利要求2所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，DSP芯片将收到的各种载荷数据依次进行数据分段操作，当收到的某种载荷数据超过预先设定的数据段大小时，依次分为多段，剩余不足一段时，则补充默认数据至约定段大小；若当前收到某载荷数据不足一段，则直接在数据末尾填充默认数据补足一段；分段完成后，依次对每个段进行数据适配操作。

5.根据权利要求2所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，DSP依据预设的优先级顺序，依次扫描各载荷数据缓存区，并读取填充至传输帧，直至数据读完或传输帧空间填满。

6.根据权利要求5所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，DSP芯片若在高优先级数据读取完毕后，传输帧空间仍有剩余，则读取较低优先级数据缓存进行填充，直至数据读完或帧空间填满。

7.根据权利要求6所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，DSP芯片直到最低优先级的数据读取完毕后，传输帧空间仍有剩余，则填入默认填充数据，最后将复接表填充至帧头中，完成整个数据帧的复接操作。

8.根据权利要求1所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，适配操作包括填入格式层头、计算校验操作，数据适配后，DSP依次将各种载荷数据存放到相应缓存中。

9.根据权利要求2所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，DSP芯片格式层头包含了当前数据段的应答信息、分段信息、包计数和有效数据长度信息。

10.根据权利要求1所述的无人机多载荷数据动态复接方法，其特征在于，载荷数据类型既包括遥测数据、话音数据和测距数据低速短数据，也包括高清视频数据、高清照片数据、高速载荷高速长数据。