某公司无人机宽带无线传输系统

时间: 2017-08-17
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项目背景

公司计划建设一套无人机宽带无线数据传输系统,此系统是基于无人机的空、中继车、地通信示范系统,可完成空、天、地信息交互和远程控制操作。其中宽带无线通信模块部分向第三方购买,通过合作共同完成此系统的研发设计。

需要实现的系统总体框架如下:

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系统总体方案设计

       根据客户需求,我司制作的无人机宽带无线通信系统方案,采用TDD无线移动传输技术和3G无线传输技术相结合的方式实现。通过同频双向的方式建立无人机与中继车之间的传输链路,工作频段UHF。通过公网3G传输的方式建立中继车与地面监控站之间的远程传输链路。

1、技术分析

根据项目系统需求和总体框架分析,系统有以下主要功能,表述如下:

       本系统包含三大部分:

       (一)前端系统:将安装在无人机的系统,完成空中数据、高分影像、实时视频的采集与存储,通过宽带无线通信和控制接口,与车载中继系统的连接与信息交互。其各子部分功能和接口要求如下:

       l  1、GPS信息:通过GPS接收器获取GPS坐标信息,通过RS232接口将GPS信息传输给“前端工控机”;

       l  2、其它传感设备:支持预留传感器,通过RS232接口将传感信息传输给“前端工控机”;

       l  3、高分相机:利用高分相机的自主拍摄功能,自动间隔获取高分图像,并进行存储备份,高分相机通过USB接口和“前端工控机”连接,以便“前端工控机”可以通过用户程序获取所拍摄的高分图像;

       l  4、摄像机:利用摄像机拍摄连续视频信息,并通过“无线传输设备”的AV接口将拍摄的连续视频信息接入“无线传输设备”,“无线传输设备”将连续视频信息编码,并利用“无线链路”将信息传输给“车载中继系统”;

       l  5、前端工控机:支持用户进行应用程序开发,完成所有机上数据、高分影像信息的接口和采集处理,并将采集的信息进行汇聚,通过“无线传输设备”的RJ45接口接入“无线传输设备”,通过“无线链路”传输给“车载中继系统”;同时可接收从“无线传输设备”接受“车载后中继系统”的指令,控制设备动作。

       l  6、无线传输设备:完成连续视频信息的采集、编码和实时传输;接收“前端工控机”通过RJ45传输的数据信息,并通过“无线链路”的进行传输。

       l 7、 固定机架:可将上述设备包括天线、独立供电电源等固定连接,并提供挂钩,方便无人机携带。

       (二)中继车载系统:完成数据从无人机到地的传输、接收和存储,并能通过3G网络与地面后端系统进行双向语音交流和视频传输。其各子部分功能和接口要求如下:

       l  1、文件存储:由车载“无线传输设备”将接收的高分照片数据和传感数据以文件的形式存储,并交由“中继工控机”根据需要读取;

       l  2、3G传输:由车载“无线传输设备”和地面“无线传输设备”进行双向语音通信,或可选择同时进行单向视频通信。

       l  3、实视频输出:将车载“无线传输设备”接收的视频解码输出到自身携带的显示屏输出。

       l  4、车载中继工控机:支持用户进行应用程序开发。车载“中继工控机”和车载“无线传输设备”通过RJ45通信,接收信息或发送指令。并将有关信息包括数据、高分图像和前端设备的运行状态进行存储和显示,接收用户操作控制指令,并进行上传,以控制前端系统设备。

       l 5、数据显示:由车载“中继工控机”控制进行传感数据、高分图像和前端设备的状态信息的显示。

       l 6、3G双向通道:提供3G双向语音通道,和单向视频通道,在车载和地面之间进行通讯。

(三)后端系统:从前端系统获取数据,并将信息保存在服务器中。并能根据用户操作,完成对采集信息的展示、控制等。其各子部分功能和接口要求如下:

      l  地面无线接收设备:通过“3G双向通道”和车载中继系统进行语音、视频通信,便于地面控制           中心实时指挥;

 

2、系统设计方案

       为实现上述系统功能,考虑到设备的移动、便携、无人机平衡、重量、传输距离、续航时间等因素,无人机宽带无线传输系统设备分成三个部分设计:

 (一)前端设备:(具体设备为无人机无线双向数据传输设备)

前端设备的逻辑构成如下:

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GPS、摄像机和高分相机不包括在此设备中。

 

(二)车载中继设备:(具体设备为便携式接收机和3G便携式发射机)

车载中继设备的逻辑构成如下:

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设备为便携箱式,紧凑集成,便于进行车载装卸。

 

(三)后端设备:

       后端设备具体设备包括一台3G多媒体通信系统,一台后端服务器,一台移动计算处理终端,配置有关数据处理软件。

       在监控中心机房,配置1台服务器分别作为中心服务器(无线视频网关)、存储服务器、以及监控主机,实现对各图像采集点视频的管理、存储和视频浏览。

       (1)中心服务器上安装“服务器管理平台软件”,负责对整个系统的管理;

       (2)监控主机安装“视频监控管理软件”,负责各监控点视频资料的图像。可进行录像、抓拍、语音对讲、GPS轨迹监控查询、视频下载回放等操作。录像所需硬盘空间大小由录像视频数目、录像时间长短、录像保存周期,图像质量、帧率以及画面复杂度等决定。通常3G便携式发射机设备1路运动画面1小时的录像文件大小在800M左右。例如:3G便携式发射机设备10路视频录像3天,每天录像3小时,所需磁盘空间:800M/H×3H×3天×10路≈72G;

       (3)监控中心安装大屏液晶电视,将前端视频图像显示出来。可接大屏显示,支持100路以上同时显示。

3、系统描述

       在无人机上安装微型航拍照相机、无人机无线双向数据传输设备、吊舱。由地面移动指挥车上的便携式接收机接收无人机无线双向数据传输设备发射的视频以及数据信号并保存数据,便携式接收机通过RJ45接口输入给3G便携式发射机,3G便携式发射机处理后会利用3G(EVDO,TD,WCDMA)传输视频信号到指挥中心,轻松实现随时随地的远程视频监控,视频资料可以随时进行录像,方便检索查阅。另外指挥中心能够直接通过双向语音指挥前方工作人员。系统的设计充分考虑了系统扩展性,系统扩展时只需添加相应设备,即可在同一平台集中管理,既不影响系统的正常运行,又能实现系统的方便扩展。相比传统视频监 控具有不可替代的优势。

       无人机宽带无线传输系统需要根据系统的总体架构,基于不同空、地设备的通信差异性,进行设备选型和适配,集成,并在选择的型号基础上支持采购方进行软件二次开发,以支持应用示范系统的整体设计和实现。


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