CN113206967A - 一种基于5g网络的无人机高清视频数据传输系统及方法 - Google Patents

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段江锋
郭宏选
李昶
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Abstract

本发明公开了一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统,包括无人机，无人机通过内部无人机视频控制器与机载5G基站相连接，所述无人机视频控制器还连接有图像采集装置、激光通讯器和飞控计算机，所述机载5G基站与5G地面站之间通过5G传输装置连接。该基于5G网络的无人机视频数据传输系统传输距离广、传输速度快，视频数据可以通过5G网络传输较远距离，视频清晰度可以提高至4K,8K。

Description

一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统及方法
技术领域
本发明属于无人机数据传输技术领域，具体涉及一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统及方法。
背景技术
无人机现在的应用越来越广泛，在航拍、侦察、公安/消防/交通/应急救援、海关边防/海监巡查、实时转播/现场监控、电力巡线/管道巡线、植保等都得到了广泛应用。目前无人机与地面站之间的视频数据传输，基于以下几种方法：
(1)通过图传，数传等模块进行图像，控制指令等的传输；
(2)通过系留方式，实质是通过光纤或其他线缆进行数据有线传输；
(3)通过4G公网进行数据传输；
随着技术的发展，视频数据目前已从1080P逐渐过渡到4K,8K的清晰度，其传输数据所需带宽从10M上升到30M，120M。
图传，数传等模块其数据速率低、不可靠、不安全、易受干扰，只能在非常有限的范围内运作。对视频流和航空成像等有高速率传输要求的业务场景无能无力。系留方式虽然可以满足数据传输的需求，但无人机受限于地面站，地面站无法进入的区域无人机也无法进入。4G公网传输受限于4G网络的速率限制，对编码超过1080P的视频数据传输带宽不足，无法进行实时传输，时延过大，丢包率等技术指标满足不了要求。综上所述，对于无人机高清视频传输来说，并没有一种能满足1080P以上高清视频流和航空成像的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统，解决了现有技术中存在的无人机视频传输系统无法进行1080P以上视频流和航空成像的问题。
本发明的目的还在于提供一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统,包括无人机，无人机通过内部无人机视频控制器与机载5G基站相连接，所述无人机视频控制器还连接有图像采集装置、激光通讯器和飞控计算机，所述机载5G基站与5G地面站之间通过5G传输装置连接。
5G基站包括功放模块，功放模块一端连接有5G天线，另一端连接有射频收单元和射频发单元，射频收单元和射频发单元连接有基带模块，基带模块上设置有以太网接口和RS422接口。
飞控计算机通过RS422接口连接5G基站的基带模块，用于飞行控制、发送指令管理视频控制器等功能；视频控制器通过以太网接口连接5G基站的基带模块，用于接收图像采集装置采集的视频数据、处理发送视频流；图像采集装置通过以太网连接至视频控制器，用于进行图像采集；5G模块包括通过5G信号连接的5G基站和5G天线，用于和地面站或5G公网通讯；激光通讯器通过以太网与视频控制器连接，用于和其它具有激光通讯器的无人机进行数据传输。
图像监控装置包括视频采集单元，视频采集单元包括高清视频摄像头或光电吊舱。
激光通讯器用于在不同的无人机之间进行数据传输。
地面站具有相应5G信号传输装置。
一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输方法，具体步骤如下：
S1：启动无人机，飞行至指定位置，飞控计算机发送视频采集单元控制指令；
S2：视频采集单元启动，将采集的高清视频流传输到无人机机载视频控制器；
S3：机载视频控制器对高清视频流数据进行接收、预处理，并对处理后的数据按h.265标准进行压缩编码；
S4：机载视频控制器对压缩后的编码进行传输；
S5：路径一，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至机载5G基站，5G基站通过5G天线将视频数据通过无线电波传输至地面站5G模块，地面站5G模块接收视频数据并显示或者存储在地面站；
S6：路径二，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至激光通信器，激光通讯器将数据传输至另一架中继无人机，数据依次通过中继无人机传输，直至无人机5G基站可以与地面站5G进行联通，数据通过无人机中继，被远端(几十至几百公里)地面站接收，显示或者存储在地面站；
S7：路径三，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至激光通信器，激光通讯器将数据传输至另一架中继无人机，数据依次通过中继无人机传输，直至无人机5G基站可接入5G公网基站，数据通过5G公网传输，在远端(上千公里)接收点，地面站通过5G模块接收视频数据，显示或者存储在地面站。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
该基于5G网络的无人机视频数据传输系统传输距离广、传输速度快，视频数据可以通过5G网络传输较远距离，视频清晰度可以提高至4K,8K。
附图说明
图1是本发明一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统的组成框图；
图2是本发明一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统的5G基站组成框图；
图3是本发明一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输方法的视频数据传输路径框图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统,包括无人机，无人机通过内部无人机视频控制器与机载5G基站相连接，所述无人机视频控制器还连接有图像采集装置、激光通讯器和飞控计算机，所述机载5G基站与5G地面站之间通过无线信号连接。
5G基站包括功放模块，功放模块一端连接有5G天线，另一端连接有射频收单元和射频发单元，射频收单元和射频发单元连接有基带模块，基带模块上包含以太网接口和RS422接口。功放模块接收5G天线的射频信号，处理后发送给射频接收模块，功放模块处理射频发射模块的信号，传送给5G天线；射频发射模块接收基带模块数据转换为射频信号传送给功放模块；射频接收模块接收功放的射频信号，转换为数字信号发送给基带模块；基带模块通过以太网接口接收数据并处理分发。
飞控计算机通过RS422接口连接视频控制器，用于发送指令、管理视频控制器等功能；视频控制器通过以太网接口连接图像采集装置，用于接收图像采集装置采集的视频数据、处理发送视频流；图像采集装置通过以太网连接至视频控制器，用于进行图像采集；5G模块包括通过5G信号连接的5G基站和5G天线，用于和地面站或5G公网通讯；激光通讯器通过以太网与视频控制器连接，用于和其它具有激光通讯器的无人机进行数据传输。
图像监控装置包括视频采集单元，视频采集单元包括高清视频摄像头或光电吊舱。视频采集单元进行高清(4K,8K)视频采集，并通过以太网接口传输到机载视频控制器。
激光通讯器用于在不同的无人机之间进行数据传输。
地面站具有相应5G信号传输装置。
一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输方法，如图3所示，具体步骤如下：
S1：启动无人机，飞行至指定位置，飞控计算机发送视频采集单元控制指令；
S2：视频采集单元启动，将采集的高清视频流传输到无人机机载视频控制器；
S3：机载视频控制器对高清视频流数据进行接收、预处理，并对处理后的数据采用h.265标准进行压缩编码；
S4：机载视频控制器对压缩后的编码进行传输；
S5：路径一，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至机载5G基站，5G基站通过5G天线将视频数据通过无线电波传输至地面站5G模块，地面站5G模块接收视频数据并显示或者存储在地面站；
S6：路径二，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至激光通信器，激光通讯器将数据传输至另一架中继无人机，数据依次通过中继无人机传输，直至无人机5G基站可以与地面站5G进行联通，数据通过无人机中继，被远端(几十至几百公里)地面站接收，显示或者存储在地面站；
S7：路径三，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至激光通信器，激光通讯器将数据传输至另一架中继无人机，数据依次通过中继无人机传输，直至无人机5G基站可接入5G公网基站，数据通过5G公网传输，在远端(上千公里)接收点，地面站通过5G模块接收视频数据，显示或者存储在地面站。
如图1所示，本发明系统包括一台无人机；一台机载5G模块，所述5G模块与无人机视频控制器通过以太网接口相连；图像采集装置，所述图像采集装置与无人机视频控制器通过以太网接口相连；激光通讯器，所述激光通信器与无人机视频控制器通过以太网接口相连；5G地面站，所述地面站具有5G传输模块，通过无线传输与无人机机载5G模块通讯。
所述无人机安装有飞控计算机、视频控制器、5G基站、图像采集装置、激光通讯器等。飞控计算机用于飞行控制、发送指令管理视频控制器等功能；视频控制器用于接收图像采集装置采集的视频数据、处理发送视频流；图像采集装置用于进行图像采集；5G模块包括一台5G基站和5G天线，用于和地面站或5G公网通讯；激光通讯器用于和其它具有激光通讯器的无人机进行数据传输。
如图2所示，所述5G基站包括射频发射模块、射频接收模块、基带模块、以太网接口、功放模块。功放模块接收5G天线的射频信号，处理后发送给射频接收模块，功放模块处理射频发射模块的信号，传送给5G天线；射频发射模块接收基带模块数据转换为射频信号传送给功放模块；射频接收模块接收功放的射频信号，转换为数字信号发送给基带模块；基带模块通过以太网接口接收数据并处理分发。
所述图像监控装置通过高清摄像机、光电吊舱等进行视频采集，并通过视频传输接口传输到视频控制器。
所述激光通讯器用于在不同的无人机之间进行数据传输。
所述地面站除具有常规地面站功能外，需具有相应5G信号传输模块。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统,其特征在于，包括无人机，无人机通过内部无人机视频控制器与机载5G基站相连接，所述无人机视频控制器还连接有图像采集装置、激光通讯器和飞控计算机，所述机载5G基站与5G地面站之间通过5G传输装置连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统，其特征在于，所述5G基站包括功放模块，功放模块一端连接有5G天线，另一端连接有射频收单元和射频发单元，射频收单元和射频发单元连接有基带模块，基带模块上设置有以太网接口和RS422接口。
3.根据权利要求2所述的一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统，其特征在于，所述飞控计算机通过RS422接口连接5G基站的基带模块，用于飞行控制、发送指令管理视频控制器等功能；视频控制器通过以太网接口连接5G基站的基带模块，用于接收图像采集装置采集的视频数据、处理发送视频流；图像采集装置通过以太网连接至视频控制器，用于进行图像采集；5G模块包括通过5G信号连接的5G基站和5G天线，用于和地面站或5G公网通讯；激光通讯器通过以太网与视频控制器连接，用于和其它具有激光通讯器的无人机进行数据传输。
4.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统，其特征在于，所述图像监控装置包括视频采集单元，视频采集单元包括高清视频摄像头或光电吊舱。
5.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统，其特征在于，所述激光通讯器用于在不同的无人机之间进行数据传输。
6.根据权利要求1所述的一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统，其特征在于，所述地面站具有相应5G信号传输装置。
7.一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输方法，其特征在于，基于如权利要求1-6任意一项的一种基于5G网络的无人机高清视频数据传输系统，具体步骤如下：
S1：启动无人机，飞行至指定位置，飞控计算机发送视频采集单元控制指令；
S2：视频采集单元启动，将采集的高清视频流传输到无人机机载视频控制器；
S3：机载视频控制器对高清视频流数据进行接收、预处理，并对处理后的数据采用h.265标准进行压缩编码；
S4：机载视频控制器对压缩后的编码进行传输；
S5：路径一，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至机载5G基站，5G基站通过5G天线将视频数据通过无线电波传输至地面站5G模块，地面站5G模块接收视频数据并显示或者存储在地面站；
S6：路径二，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至激光通信器，激光通讯器将数据传输至另一架中继无人机，数据依次通过中继无人机传输，直至无人机5G基站可以与地面站5G进行联通，数据通过无人机中继，被远端(几十至几百公里)地面站接收，显示或者存储在地面站；
S7：路径三，机载视频控制器将视频数据通过以太网口传输至激光通信器，激光通讯器将数据传输至另一架中继无人机，数据依次通过中继无人机传输，直至无人机5G基站可接入5G公网基站，数据通过5G公网传输，在远端接收点，地面站通过5G模块接收视频数据，显示或者存储在地面站。
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