CN206442364U - 一种微小型模块化机载测控通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种微小型模块化机载测控通信装置，包括数据处理单元和微波前端模块，所述数据处理单元包括电源板、图像板和基带板，所述基带板分别通过对插连接器与电源板、图像板堆叠连接，所述数据处理单元和微波前端模块堆叠连接。本实用新型有益效果：采用直接变频技术、SIP技术、整体堆叠结构，体积小、质量轻、功耗低、模块化、功能可灵活替换，改变了机载设备格局，特别适用于载荷空间和载重能力有限的小型无人机。

Description

一种微小型模块化机载测控通信装置

技术领域

本实用新型属于测控通信领域，尤其是涉及一种微小型模块化机载测控通信装置。

背景技术

测控通信系统是无人机完成任务必不可少的部分，将机载的图像信息、载荷状态信息、飞机状态信息传回地面，将地面的载荷控制指令、飞行控制指令、飞行航点等信息传给机载设备。

目前的数据链产品，采用上变频的方式设计发射链路，成本较高，电路复杂，并且每款产品只针对固定的应用，可扩展性不强。现有的无人机测控通信系统由分立设备组成，每种设备只能传输一种数据，如机载飞控的状态信息和控制指令、机载载荷的状态信息和控制指令，机载载荷的遥感数据等，需要的安装空间较大，且只针对特定的飞控和载荷，更换飞控或载荷时，需要同时更换测控通信系统，在不同的应用中，所能实现的功能是固定的，无法根据实际使用到的功能进行裁剪或扩展。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种微小型模块化机载测控通信装置，以解决上述问题的不足之处，实现模块化、体积小、功能可灵活替换、扩展性高的功能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种微小型模块化机载测控通信装置，包括数据处理单元和微波前端模块，所述数据处理单元包括电源板、图像板和基带板，所述基带板分别通过对插连接器与电源板、图像板堆叠连接，所述数据处理单元和微波前端模块堆叠连接。

进一步的，所述基带板包括基带处理模块、射频发射模块、射频接收模块和接口模块，所述基带处理模块与图像板连接，并分别通过射频发射模块、射频接收模块连接微波前端模块，所述接口模块通过电阻阵列与基带处理模块连接。

进一步的，所述微波前端模块包括功率放大器、低噪声放大器和双工器，所述功率放大器和低噪声放大器分别与双工器连接，所述功率放大器与射频发射模块连接，所述低噪声放大器与射频接收模块连接。

进一步的，所述电源板包括依次连接的电源芯片、DCDC电源芯片和LDO电源芯片。

进一步的，所述图像板为视频压缩芯片，且所述图像板上设有接口芯片。

进一步的，所述基带板和图像板之间采用三条线的串行接口。

进一步的，所述基带处理模块的主控芯片采用FPGA，所述射频发射模块采用直接调制芯片，所述射频接收模块采用SIP射频接收模块。

进一步的，所述接口模块包括RS232接口芯片和RS422接口芯片。

进一步的，所述数据处理单元和微波前端模块堆叠连接方式为水平堆叠、垂直堆叠中的一种。

相对于现有技术，本实用新型所述的微小型模块化机载测控通信装置具有以下优势：

(1)本实用新型所述的微小型模块化机载测控通信装置采用了直接变频技术、SIP技术，并使用具有盲埋孔和盘中孔的高密度印制板，使用较小的电路板实现通信、图像处理和射频放大等功能，整体呈微小型连接架构，体积小、质量轻、功耗低、模块化、功能可灵活替换，且改变了机载设备格局，特别适合载荷空间和载重能力有限的小型无人机使用。

(2)本实用新型所述的微小型模块化机载测控通信装置通过功能划分模块，将设备分为多个电路板，电路板间采用堆叠结构和串行板间接口，减小设备整机尺寸，需要的安装空间减小一半。并且各功能模块间也可以采用各种堆叠结构，进一步降低安装所需空间。

(3)本实用新型所述的微小型模块化机载测控通信装置使用可切换的数据接口与图像接口，当使用不同的飞控和载荷时，只需要更换接口部分电路以及相关处理软件即可，解决通信系统只针对特定的飞控和载荷，而如果要兼容多种接口，则设备尺寸较大的问题。

(4)本实用新型所述的微小型模块化机载测控通信装置实现了机载和地面设备互换使用，应用形式灵活。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的微小型模块化机载测控通信装置结构框图；

图2为本实用新型实施例所述的数据处理单元堆叠结构示意图；

图3为本实用新型实施例所述的接口芯片的切换电路示意图；

图4为本实用新型实施例所述的微小型模块化机载测控通信装置水平堆叠结构示意图；

图5为本实用新型实施例所述的微小型模块化机载测控通信装置垂直堆叠结构示意图。

附图标记说明：

1-基带板；2-电源板；3-图像板；4-对插连接器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1至图5所示，一种微小型模块化机载测控通信装置，包括数据处理单元和微波前端模块，所述数据处理单元包括电源板、图像板和基带板，所述基带板分别通过对插连接器与电源板、图像板堆叠连接，形成两层堆叠结构，所述数据处理单元和微波前端模块堆叠连接。

所述基带板包括基带处理模块、射频发射模块、射频接收模块和接口模块，所述基带处理模块与图像板连接，并分别通过射频发射模块、射频接收模块连接微波前端模块，所述接口模块通过电阻阵列与基带处理模块连接。

为负责将发射和接收的射频信号放大，提高通信距离，所述微波前端模块包括功率放大器、低噪声放大器和双工器，所述功率放大器和低噪声放大器分别与双工器连接，所述功率放大器与射频发射模块连接，所述低噪声放大器与射频接收模块连接。

所述电源板包括依次连接的电源芯片、DCDC电源芯片和LDO电源芯片，采用高集成度电源芯片接收外部提供的+12V电源，经DCDC电源芯片转换为+5V，再经过LDO电源芯片转换为各模块电压，包括3.3V、1.8V、1.35V等，将无人机的发动机或电池所提供的波动较大的电源转换为稳定、纯净的电源，负责为整个系统供电，保证系统的电源稳定性和电磁兼容性。

所述图像板为视频压缩芯片，负责将无人机载荷采集的原始图像信号压缩为H.264码流，此为信源编码过程，采用专用视频压缩芯片，该芯片内置图像压缩加速硬核，与传统的通用高速处理器配合软件图像压缩算法的方案相比，电路体积小，重量轻，功耗低，性能稳定；图像板具备多个版本，版本之间图像接口不同，可以通过更换不同版本的图像板，以最快的速度、最小的代价满足实际应用需求，适应不同视频接口和分辨率；传统的数据链设备中，机载和地面设备的功能、尺寸、重量、功耗等特性有很大差异，不能互换，本实施例采用了模块化设计，机载和地面的基带板硬件完全相同，针对机载和地面设备最大的功能差异，即图像处理，可以通过简单的调整切换为机载模式和地面模式，所选用的图像板同时具备视频压缩和解压缩的能力，能够满足机载和地面的使用功能需求，并且在图像板上同时预留了视频采集和显示的接口芯片，同时连接到对外接口，通过简单的电阻调整即可在采集和显示功能之间切换，配合软件版本修改，以及更换微波前端模块，即可配置为机载或地面工作模式，另外，所选用的基带、射频器件皆具备宽频特性，能兼容机载和地面的发射和接收频率。

所述基带板负责将飞控、载荷的遥测信号和图像板处理好的图像信号复接、组帧，转换成射频信号发送给微波前端模块；并将经过微波前端放大的，地面发来的遥控射频信号转换为基带信号，并解析出其中的遥控指令，分别输出给飞控和载荷设备。

所述基带板和图像板之间采用三条线的串行接口，具备不同图像接口的图像板使用相同的串行接口，使得各版本图像板都能与基带板兼容，实现图像板接口的自由更换；利用改进后的串行接口实现突发的32Mbps速率的通信。传统的串行接口(SPI接口)无法满足基带板和图像板的通信，因为两块板的处理器独立工作，分别负责通信和图像压缩，由于基带板和图像板之间的通信机制不同，基带板为并行处理机制，接口可以匀速传输数据，图像板为串行处理机制，处理数据的方式为突发方式，因此在传统的SPI基础上，添加控制信号，互相通知数据的开始和结束，确保数据传输成功。

所述基带处理模块的主控芯片采用FPGA，负责信号组帧、信道编码，形成基带信号，此数字基带信号经过电平调整和基带滤波，形成符合射频发射模块要求的模拟基带信号。

所述射频发射模块采用直接调制芯片，本实施例中用到的直接调制芯片型号为ADL5375，将基带信号直接调制到射频信号，代替了传统技术中二次变频的方式，精简掉变频芯片及外围电路，减小了发射模块电路的体积；在该芯片的作用下，基带信号直接调制到本振信号上，完成BPSK调制。

所述射频接收模块采用Linear公司的SIP(system in package)射频接收模块，将下变频、放大、滤波、AD采样等实现多种功能的芯片集成在一个封装中，减小了射频接收模块电路的体积。

所述接口模块包括RS232接口芯片和RS422接口芯片，在PCB上预留这两种接口芯片，在基带处理模块、接口模块和对外接口之间设计可切换的电阻阵列，通过更改电阻，可以改变设备的对外接口形式；基带处理模块具备多个串行数据接口，可以与RS232和RS422接口芯片同时连接，而为了实现整个系统的微小型设计，外部数据接口选用了引脚尽量少的连接器，因此，在信号不冲突的前提下，两种接口共用了连接器的一部分引脚，通过切换电阻阵列实现两种接口的切换，如图3所示，此时为选择RS232接口时的配置方式。基带处理模块与外部的RS232接口芯片、RS422接口芯片同时连接，但是因为对外接口中RS232和RS422占用共同的引脚，两接口不能同时工作，在主处理器的软件上也需要对这两种接口进行切换，程序开始后，检查预置的接口类型，根据预置的接口类型启用RS232或RS422的程序，如果当前软件配置的接口类型与实际使用的接口类型不符，可由地面设备发出指令，更改软件接口类型。

如图4和图5所示，所述数据处理单元和微波前端模块堆叠连接方式为水平堆叠、垂直堆叠中的一种，其中，水平堆叠是将数据处理单元和微波前端模块的底部共同安装在无人机上，此方式将节省垂直方向的高度；垂直堆叠是将微波前端模块的底部安装在无人机上，数据处理单元安装在微波前端模块顶部。这两种堆叠方式都需要通过内部接口实现数据处理单元和微波前端的信号交互。

本实施例的工作过程如下：

装置上电后，电源板为装置的各模块提供合适的电压，图像板从图像接口接收载荷的图像信号，进行图像压缩，通过改进的SPI接口发送给基带板，基带板从改进的SPI接口接收压缩后的图像信号，从串口接收载荷发来的遥测信号，将这两种信号复接后进行信道编码和调制，通过功率放大器放大，双工器滤波，最后通过无线信号发射。

地面设备接收到机载设备发来的无线信号后，进行解调、信道接码、解复接，分离出的遥测信号发送给地面计算机，对分离出的压缩后的图像信号进行解压缩，并显示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：包括数据处理单元和微波前端模块，所述数据处理单元包括电源板、图像板和基带板，所述基带板分别通过对插连接器与电源板、图像板堆叠连接，所述数据处理单元和微波前端模块堆叠连接。

2.根据权利要求1所述的一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：所述基带板包括基带处理模块、射频发射模块、射频接收模块和接口模块，所述基带处理模块与图像板连接，并分别通过射频发射模块、射频接收模块连接微波前端模块，所述接口模块通过电阻阵列与基带处理模块连接。

3.根据权利要求1所述的一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：所述微波前端模块包括功率放大器、低噪声放大器和双工器，所述功率放大器和低噪声放大器分别与双工器连接，所述功率放大器与射频发射模块连接，所述低噪声放大器与射频接收模块连接。

4.根据权利要求1所述的一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：所述电源板包括依次连接的电源芯片、DCDC电源芯片和LDO电源芯片。

5.根据权利要求1所述的一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：所述图像板为视频压缩芯片，且所述图像板上设有接口芯片。

6.根据权利要求1所述的一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：所述基带板和图像板之间采用三条线的串行接口。

7.根据权利要求2所述的一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：所述基带处理模块的主控芯片采用FPGA，所述射频发射模块采用直接调制芯片，所述射频接收模块采用SIP射频接收模块。

8.根据权利要求2所述的一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：所述接口模块包括RS232接口芯片和RS422接口芯片。

9.根据权利要求1所述的一种微小型模块化机载测控通信装置，其特征在于：所述数据处理单元和微波前端模块堆叠连接方式为水平堆叠、垂直堆叠中的一种。