高分辨率的实时无线图像传输功能的无人机载荷装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高分辨率的实时无线图像传输功能的无人机载荷装置，包括：数字相机模块，用于对待侦察或测绘区域进行拍照；控制处理模块，完成各个功能模块的管理控制、数据处理及系统配置；和电源模块，用于对设备供电；还包括：高速图像采集与编码模块和数传发射机模块；所述的高速图像采集与编码模块，用于高分辨率图像处理和传输，通过与数字相机的高速LVDS接口采集原始图像数据，由小波压缩单元进行图像压缩编码形成图像码流，再经控制处理模块打包、组帧后送至数传发射机模块；所述的数传发射机模块，采用微波将控制处理模块处理后的数据下传到地面站，以增加数据传输的带宽。该装置成本低、实时性好、可靠性高、组态灵活、直观方便。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在无人机上进行实时图像编码与发送、地面接收和解码的无线通信技术，具体地说，涉及一种高分辨率的实时无线图像传输功能的无人机载荷装置，具有图像及工程參数数据进行打包、组帧、信道编码、调制、功放、微波发送的嵌入式无线通信设备。
技术介绍
在已有的无人机平台上，通常都配备有图像采集编码与存储设备，对于高分辨率图像(500万像素以上)一般直接存储在机载的大容量存储器中，而不实时下行传输到地面站。当无人机飞回地面时，通过人工方式取下存储卡，导入到PC机中，进行地面的离线处理。另外，部分产品可以通过机载的图像编码器，实时编码并下行，但由于其频段及带宽收到限制，因此，其传输距离与数据的码速率很难得到提升，只能传输低分辨率的图像，无法满足测绘与遥感等图像质量要求比较高的场合。无线图传通信设备中，一般都配有模拟相机或者数字相机、嵌入式中央处理器、大容量存储器(如SD卡等)，如果需要实时将图像数据传送到地面，则需要加上发射机和天线等设备。当无人机飞临至待侦察地面上空时，需要打开相机，由计算机控制相机进行拍照，将记录的图像数据存储在固态存储器中，也可以通过发射机和天线将相关数据实时传回地面飞行监控中心，以便于实时处理地面图像，并恢复出地形图与侦察信息等。在无人机传统的无线图像传输系统设计方案中，通常包括4个功能模块 第一个是数字相机模块，用于对待侦察或测绘区域进行拍照；第二个是计算机模块，完成各个功能模块的管理控制、数据处理及系统配置等功能；第三个是无线通信模块，用于和地面监控中心之间进行实时数据传输；第四个是存储模块，利用大容量的FLASH固态存储器记录图像数据和其他工程參数数据。在无人机传统的图像采集与传输系统设计方案中，通常有两种模式，一种由相机进行航拍后，图像数据保存到大容量的FLASH固态存储器中，飞机返航后取下存储卡或者通过USB接ロ传输到地面计算机服务器中，如图I中所示，虚线部分为地面PC机；第ニ种是相机拍摄后的图像数据，通过发射机传回到地面站。在飞机起飞前，在地面站需要首先设置好相机的各种參数，配置好图像编码器的压缩格式、速率等图像压缩系统參数。当该图像采集与传输系统上电启动后，数字相机、图像编码器和发射机进行初始化，整个系统即可开始工作，相机定时采集图像信息，并存储到固态存储器中。如果是方案模式ニ，则图像数据需要通过图像编码器编码后，送到发射机，然后通过天线传输到地面站，地面图像处理人员进行图像拼接和三维地形图生成，以及后续的测绘之用。由于现有的大多数无人机图像处理设备，只将采集到图像信息保存在机载的大容量存储器中，很少实时下传，即使下传其下行能力也非常有限且技术不成熟，这就使得地面飞行监控中心无法实时获知现场的相关视觉信息，一者，若在紧急救援场合，需要对现场图像进行实时处理，而飞机需要几个小时飞回后才见到图像，此时再作出反映可能已经于事无补；二者，若飞机失事则重要数据将丢失，无法弥补；三者，若机载存储器损坏或存储过程中丢掉部分图像数据，则飞行任务也将失败。因此，在传统模式中，其无线图传系统要么只是将采集的图像存储在机载大容量存储器中而离线下传，要么将采集到的低分辨率图像实时下传，其结果难以满足测绘与遥感图像的实际需求
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为克服传统无人机图像采集编码与传输系统的不足，从而提出了一种高分辨率的实时无线图像传输功能的无人机载荷装置，该装置在改进现有的无线图传系统基础上，采用S波段进行数据传输，増加新的高速压缩功能模块和接ロ，以完成大幅高分辨率图像实时图传的相关处理功能。为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种高分辨率的实时无线图像传输功能的无人机载荷装置，包括数字相机模块，用于对待侦察或测绘区域进行拍照；控制处理模块，完成各个功能模块的管理控制、数据处理及系统配置；和电源模块，用于对设备供电；其特征在于，还包括高速图像采集与编码模块和数传发射机模块；所述的高速图像采集与编码模块，用于高分辨率图像处理和传输，通过与数字相机的高速LVDS接ロ采集原始图像数据，由小波压缩单元进行图像压缩编码形成图像码流，再经控制处理模块打包、组帧后送至数传发射机模块；所述的数传发射机模块，采用微波将控制处理模块处理后的数据下传到地面站，以增加数据传输的带宽。作为上述技术方案的又一种改进，所述的无人机载荷装置还包括存储模块，用于记录图像码流和工程參数数据。作为上述方法的再一种改进，所述的存储模块通过计算机总线接ロ存储编码后的图像数据。作为上述方法的还ー种改进，所述的数传发射机模块包括与计算机的高速同步串行接ロ单元、模拟QPSK调制单元、微波功放电路单元、和与天线接ロ的射频输出单元。作为上述方法的还ー种改进，所述的电源模块包括3个DC/DC模块，分别为控制模块和数传发射机供电，输出+12V和+5V电源。作为上述方法的还ー种改进，所述的高速图像采集与编码模块采用芯片模式，由CPU控制的图像编码芯片进行图像编码与处理。作为上述方法的还ー种改进，所述的控制处理模块，包括计算机接ロ卡单元，用于对计算机总线发送来的压缩码流、遥测量及工程參数进行交织与RS编码形成一路同步串行数据流，发送到数传发射机単元。作为上述方法的还ー种改进，所述的数传发射机模块包括本振単元、调制单元、预功放単元、滤波单元和主功放単元，用于对计算机接ロ卡发送过来的同步串行数据流，进行QPSK调制，并经过功放和滤波后，最后输入到射频接ロ，通过天线发送出去。相对于已有的无人机图像传输方案，本专利技术公开了ー种无人机无线图传的嵌入式载荷装置，在传统的无线图像获取或者图传装置基础上增加高速图像压缩硬件模块，采用微波进行数据传输，改进数传发射机的性能，増加其带宽，即主要包括的功能模块有数字相机模块、计算机模块、大容量存储模块、专用图像编码器模块、数传发射机模块、稳压电源丰吴块等。 増加高速压缩功能模块后，航拍获得的大尺寸高分辨率图像在无人机侦察或者测绘过程中，既可以存储在机载的固态存储器中，也可以通过无线数传发射机模块和机载天线实时发送到地面站，由地面站接收后在服务器上进行数据解包和图像解码的快速处理，进而采用图像拼接的方式生成侦察或测绘区域的全景图，直至可以将整个三维地形图制作出来，达到遥感、测绘和军事侦察的目的。该系统所采用的图像采集、编码与传输方式，是ー种对已有方式的改进与提升，其ー采用高速硬件压缩模块，増加压缩工作速度；其ニ是采用微波传输，増加了数据传输的带宽。通过优化后的系统可以保障，现场采集的大尺寸高分辨率图像得以实时地传回到地面，供地面站数据处理人员据此做出应急措施，如针对灾情、战乱等马上应对，从而避免之前出现的图像数据丢失或者事后才能获取的弊端，保证了无人机巡视、侦察与测绘等任务的按时完成，使之充分发挥其应有的作用，真正为国民生产和国防事业做出重要的贡献。本专利技术优选采用专用芯片的模式，专用芯片模式是指采用CPU控制专用的图像编码芯片进行图像编码与处理，即纯硬件图像压缩模式。在传统无人机图像获取与传输系统的基础上，増加新的图像压缩通用硬件模块，可以在系统架构不变的情况下，提升无人机无线图传系统工作效率，成本低而且性能指标很高。本专利技术的优点在干本专利技术改进了现有的无人机图像获取和传输装置，针对只具有图像存储功能或者无线传输低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2012.04.27 CN 201220188292.21.一种高分辨率的实时无线图像传输功能的无人机载荷装置，包括数字相机模块，用于对待侦察或测绘区域进行拍照；控制处理模块，完成各个功能模块的管理控制、数据处理及系统配置；和电源模块，用于对设备供电；其特征在于，还包括高速图像采集与编码模块和数传发射机模块； 所述的高速图像采集与编码模块，用于高分辨率图像处理和传输，通过与数字相机的高速LVDS接ロ采集原始图像数据，由小波压缩单元进行图像压缩编码形成图像码流，再经控制处理模块打包、组帧后送至数传发射机模块； 所述的数传发射机模块，采用微波将控制处理模块处理后的数据下传到地面站，以增加数据传输的带宽。2.根据权利要求I所述的无人机载荷装置，其特征在于，所述的无人机载荷装置还包括存储模块，用于记录图像码流和工程參数数据。3.根据权利要求2所述的无人机载荷装置，其特征在于，所述的存储模块通过计算机总线接ロ存储编码后的图像数据。4.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏本杰，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：