項(xiàng)目背景
公司計(jì)劃建設(shè)一套無人機(jī)寬帶無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，此系統(tǒng)是基于無人機(jī)的空、中繼車、地通信示范系統(tǒng)，可完成空、天、地信息交互和遠(yuǎn)程控制操作。其中寬帶無線通信模塊部分向第三方購(gòu)買，通過合作共同完成此系統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)。
需要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)總體框架如下：
系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)
根據(jù)客戶需求，我司制作的無人機(jī)寬帶無線通信系統(tǒng)方案，采用TDD無線移動(dòng)傳輸技術(shù)和3G無線傳輸技術(shù)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)。通過同頻雙向的方式建立無人機(jī)與中繼車之間的傳輸鏈路，工作頻段UHF。通過公網(wǎng)3G傳輸?shù)姆绞浇⒅欣^車與地面監(jiān)控站之間的遠(yuǎn)程傳輸鏈路。
1、技術(shù)分析
根據(jù)項(xiàng)目系統(tǒng)需求和總體框架分析，系統(tǒng)有以下主要功能，表述如下：
本系統(tǒng)包含三大部分：
（一）前端系統(tǒng)：將安裝在無人機(jī)的系統(tǒng)，完成空中數(shù)據(jù)、高分影像、實(shí)時(shí)視頻的采集與存儲(chǔ)，通過寬帶無線通信和控制接口，與車載中繼系統(tǒng)的連接與信息交互。其各子部分功能和接口要求如下：
l 1、GPS信息：通過GPS接收器獲取GPS坐標(biāo)信息，通過RS232接口將GPS信息傳輸給“前端工控機(jī)”；
l 2、其它傳感設(shè)備：支持預(yù)留傳感器，通過RS232接口將傳感信息傳輸給“前端工控機(jī)”；
l 3、高分相機(jī)：利用高分相機(jī)的自主拍攝功能，自動(dòng)間隔獲取高分圖像，并進(jìn)行存儲(chǔ)備份，高分相機(jī)通過USB接口和“前端工控機(jī)”連接，以便“前端工控機(jī)”可以通過用戶程序獲取所拍攝的高分圖像；
l 4、攝像機(jī)：利用攝像機(jī)拍攝連續(xù)視頻信息，并通過“無線傳輸設(shè)備”的AV接口將拍攝的連續(xù)視頻信息接入“無線傳輸設(shè)備”，“無線傳輸設(shè)備”將連續(xù)視頻信息編碼，并利用“無線鏈路”將信息傳輸給“車載中繼系統(tǒng)”；
l 5、前端工控機(jī)：支持用戶進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)，完成所有機(jī)上數(shù)據(jù)、高分影像信息的接口和采集處理，并將采集的信息進(jìn)行匯聚，通過“無線傳輸設(shè)備”的RJ45接口接入“無線傳輸設(shè)備”，通過“無線鏈路”傳輸給“車載中繼系統(tǒng)”；同時(shí)可接收從“無線傳輸設(shè)備”接受“車載后中繼系統(tǒng)”的指令，控制設(shè)備動(dòng)作。
l 6、無線傳輸設(shè)備：完成連續(xù)視頻信息的采集、編碼和實(shí)時(shí)傳輸；接收“前端工控機(jī)”通過RJ45傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，并通過“無線鏈路”的進(jìn)行傳輸。
l 7、 固定機(jī)架：可將上述設(shè)備包括天線、獨(dú)立供電電源等固定連接，并提供掛鉤，方便無人機(jī)攜帶。
（二）中繼車載系統(tǒng)：完成數(shù)據(jù)從無人機(jī)到地的傳輸、接收和存儲(chǔ)，并能通過3G網(wǎng)絡(luò)與地面后端系統(tǒng)進(jìn)行雙向語(yǔ)音交流和視頻傳輸。其各子部分功能和接口要求如下：
l 1、文件存儲(chǔ)：由車載“無線傳輸設(shè)備”將接收的高分照片數(shù)據(jù)和傳感數(shù)據(jù)以文件的形式存儲(chǔ)，并交由“中繼工控機(jī)”根據(jù)需要讀??；
l 2、3G傳輸：由車載“無線傳輸設(shè)備”和地面“無線傳輸設(shè)備”進(jìn)行雙向語(yǔ)音通信，或可選擇同時(shí)進(jìn)行單向視頻通信。
l 3、實(shí)視頻輸出：將車載“無線傳輸設(shè)備”接收的視頻解碼輸出到自身攜帶的顯示屏輸出。
l 4、車載中繼工控機(jī)：支持用戶進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)。車載“中繼工控機(jī)”和車載“無線傳輸設(shè)備”通過RJ45通信，接收信息或發(fā)送指令。并將有關(guān)信息包括數(shù)據(jù)、高分圖像和前端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，接收用戶操作控制指令，并進(jìn)行上傳，以控制前端系統(tǒng)設(shè)備。
l 5、數(shù)據(jù)顯示：由車載“中繼工控機(jī)”控制進(jìn)行傳感數(shù)據(jù)、高分圖像和前端設(shè)備的狀態(tài)信息的顯示。
l 6、3G雙向通道：提供3G雙向語(yǔ)音通道，和單向視頻通道，在車載和地面之間進(jìn)行通訊。
（三）后端系統(tǒng)：從前端系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，并將信息保存在服務(wù)器中。并能根據(jù)用戶操作，完成對(duì)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 地面無線接收設(shè)備：通過“3G雙向通道”和車載中繼系統(tǒng)進(jìn)行語(yǔ)音、視頻通信，便于地面控制 中心實(shí)時(shí)指揮；
2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
為實(shí)現(xiàn)上述系統(tǒng)功能，考慮到設(shè)備的移動(dòng)、便攜、無人機(jī)平衡、重量、傳輸距離、續(xù)航時(shí)間等因素，無人機(jī)寬帶無線傳輸系統(tǒng)設(shè)備分成三個(gè)部分設(shè)計(jì)：
（一）前端設(shè)備：（具體設(shè)備為無人機(jī)無線雙向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備）
前端設(shè)備的邏輯構(gòu)成如下：
GPS、攝像機(jī)和高分相機(jī)不包括在此設(shè)備中。
（二）車載中繼設(shè)備:（具體設(shè)備為便攜式接收機(jī)和3G便攜式發(fā)射機(jī)）
車載中繼設(shè)備的邏輯構(gòu)成如下：
設(shè)備為便攜箱式，緊湊集成，便于進(jìn)行車載裝卸。
(三)后端設(shè)備:
后端設(shè)備具體設(shè)備包括一臺(tái)3G多媒體通信系統(tǒng)，一臺(tái)后端服務(wù)器，一臺(tái)移動(dòng)計(jì)算處理終端，配置有關(guān)數(shù)據(jù)處理軟件。
在監(jiān)控中心機(jī)房，配置1臺(tái)服務(wù)器分別作為中心服務(wù)器（無線視頻網(wǎng)關(guān)）、存儲(chǔ)服務(wù)器、以及監(jiān)控主機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各圖像采集點(diǎn)視頻的管理、存儲(chǔ)和視頻瀏覽。
（1）中心服務(wù)器上安裝“服務(wù)器管理平臺(tái)軟件”，負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的管理；
（2）監(jiān)控主機(jī)安裝“視頻監(jiān)控管理軟件”，負(fù)責(zé)各監(jiān)控點(diǎn)視頻資料的圖像?？蛇M(jìn)行錄像、抓拍、語(yǔ)音對(duì)講、GPS軌跡監(jiān)控查詢、視頻下載回放等操作。錄像所需硬盤空間大小由錄像視頻數(shù)目、錄像時(shí)間長(zhǎng)短、錄像保存周期，圖像質(zhì)量、幀率以及畫面復(fù)雜度等決定。通常3G便攜式發(fā)射機(jī)設(shè)備1路運(yùn)動(dòng)畫面1小時(shí)的錄像文件大小在800M左右。例如：3G便攜式發(fā)射機(jī)設(shè)備10路視頻錄像3天，每天錄像3小時(shí)，所需磁盤空間：800M/H×3H×3天×10路≈72G；
（3）監(jiān)控中心安裝大屏液晶電視，將前端視頻圖像顯示出來。可接大屏顯示，支持100路以上同時(shí)顯示。
3、系統(tǒng)描述
在無人機(jī)上安裝微型航拍照相機(jī)、無人機(jī)無線雙向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、吊艙。由地面移動(dòng)指揮車上的便攜式接收機(jī)接收無人機(jī)無線雙向數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備發(fā)射的視頻以及數(shù)據(jù)信號(hào)并保存數(shù)據(jù)，便攜式接收機(jī)通過RJ45接口輸入給3G便攜式發(fā)射機(jī)，3G便攜式發(fā)射機(jī)處理后會(huì)利用3G(EVDO,TD,WCDMA)傳輸視頻信號(hào)到指揮中心，輕松實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，視頻資料可以隨時(shí)進(jìn)行錄像，方便檢索查閱。另外指揮中心能夠直接通過雙向語(yǔ)音指揮前方工作人員。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)充分考慮了系統(tǒng)擴(kuò)展性，系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)只需添加相應(yīng)設(shè)備，即可在同一平臺(tái)集中管理，既不影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，又能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的方便擴(kuò)展。相比傳統(tǒng)視頻監(jiān) 控具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。
無人機(jī)寬帶無線傳輸系統(tǒng)需要根據(jù)系統(tǒng)的總體架構(gòu)，基于不同空、地設(shè)備的通信差異性，進(jìn)行設(shè)備選型和適配，集成，并在選擇的型號(hào)基礎(chǔ)上支持采購(gòu)方進(jìn)行軟件二次開發(fā)，以支持應(yīng)用示范系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。
