項目背景
公(gong)司計劃建(jian)設一套無人機(ji)寬帶(dai)無線(xian)(xian)數據傳(chuan)輸(shu)系統(tong)，此(ci)系統(tong)是基(ji)于無人機(ji)的(de)空、中(zhong)繼車、地(di)通(tong)(tong)信(xin)示范(fan)系統(tong)，可完成空、天、地(di)信(xin)息交互和遠程控(kong)制操(cao)作。其中(zhong)寬帶(dai)無線(xian)(xian)通(tong)(tong)信(xin)模塊部分向第三(san)方購買，通(tong)(tong)過合作共(gong)同完成此(ci)系統(tong)的(de)研發設計。
需要實現的系統(tong)總體框架(jia)如下(xia)：
系統總體方案設計
根據客戶需求，我司制作(zuo)(zuo)的(de)無(wu)(wu)人機寬帶無(wu)(wu)線(xian)通信(xin)系(xi)統(tong)方(fang)案，采(cai)用TDD無(wu)(wu)線(xian)移動(dong)傳輸(shu)技(ji)術和3G無(wu)(wu)線(xian)傳輸(shu)技(ji)術相(xiang)結合的(de)方(fang)式(shi)實現。通過同(tong)頻(pin)雙向(xiang)的(de)方(fang)式(shi)建立無(wu)(wu)人機與中繼(ji)車(che)之(zhi)間的(de)傳輸(shu)鏈路，工作(zuo)(zuo)頻(pin)段(duan)UHF。通過公(gong)網3G傳輸(shu)的(de)方(fang)式(shi)建立中繼(ji)車(che)與地面監控站之(zhi)間的(de)遠程傳輸(shu)鏈路。
1、技術分析
根據項目系(xi)統(tong)需求和總體(ti)框(kuang)架分析，系(xi)統(tong)有以下主要(yao)功能，表述(shu)如(ru)下：
; 本系統包含三大(da)部分：
（一(yi)）前端系(xi)統(tong)(tong)：將安裝在無人(ren)機的(de)系(xi)統(tong)(tong)，完(wan)成空(kong)中數(shu)據、高分(fen)(fen)影像(xiang)、實時視(shi)頻的(de)采集與存儲，通(tong)過寬(kuan)帶(dai)無線(xian)通(tong)信和控(kong)制接(jie)口(kou)，與車載中繼系(xi)統(tong)(tong)的(de)連接(jie)與信息交互(hu)。其(qi)各子部分(fen)(fen)功能(neng)和接(jie)口(kou)要求(qiu)如下：
l 1、GPS信息(xi)：通過(guo)GPS接收器獲取GPS坐標信息(xi)，通過(guo)RS232接口將GPS信息(xi)傳輸給“前端工控機”；
l 2、其它傳感設備：支(zhi)持預(yu)留傳感器(qi)，通過(guo)RS232接口將傳感信息傳輸給“前端工控(kong)機”；
l 3、高(gao)分(fen)(fen)相機(ji)：利(li)用高(gao)分(fen)(fen)相機(ji)的自主(zhu)拍(pai)(pai)攝功能(neng)，自動間隔獲(huo)取(qu)高(gao)分(fen)(fen)圖像，并進行存儲(chu)備份，高(gao)分(fen)(fen)相機(ji)通過USB接口和“前端(duan)工控機(ji)”連(lian)接，以便“前端(duan)工控機(ji)”可(ke)以通過用戶程(cheng)序獲(huo)取(qu)所拍(pai)(pai)攝的高(gao)分(fen)(fen)圖像；
l 4、攝(she)像(xiang)機(ji)：利用(yong)(yong)攝(she)像(xiang)機(ji)拍攝(she)連續(xu)視頻(pin)(pin)信(xin)息(xi)，并通過“無(wu)線傳輸(shu)(shu)設(she)備”的(de)AV接口將拍攝(she)的(de)連續(xu)視頻(pin)(pin)信(xin)息(xi)接入“無(wu)線傳輸(shu)(shu)設(she)備”，“無(wu)線傳輸(shu)(shu)設(she)備”將連續(xu)視頻(pin)(pin)信(xin)息(xi)編碼，并利用(yong)(yong)“無(wu)線鏈路”將信(xin)息(xi)傳輸(shu)(shu)給(gei)“車載中繼系統(tong)”；
; l 5、前端工控機：支持用戶進行應用程(cheng)序(xu)開發(fa)，完成所有機上(shang)數(shu)據、高(gao)分影像信息(xi)的(de)(de)接(jie)(jie)口和(he)采集處(chu)理，并將采集的(de)(de)信息(xi)進行匯(hui)聚，通(tong)過(guo)“無線傳輸設備(bei)”的(de)(de)RJ45接(jie)(jie)口接(jie)(jie)入(ru)“無線傳輸設備(bei)”，通(tong)過(guo)“無線鏈(lian)路”傳輸給“車載中(zhong)繼系統(tong)”；同時可接(jie)(jie)收從(cong)“無線傳輸設備(bei)”接(jie)(jie)受“車載后中(zhong)繼系統(tong)”的(de)(de)指令，控制設備(bei)動作。
; l 6、無(wu)線(xian)傳輸(shu)設備：完(wan)成(cheng)連續視頻信息的(de)采集、編碼和(he)實(shi)時傳輸(shu)；接收“前端工控(kong)機”通過(guo)RJ45傳輸(shu)的(de)數據信息，并(bing)通過(guo)“無(wu)線(xian)鏈路”的(de)進行傳輸(shu)。
l 7、 固(gu)定機架：可將(jiang)上述設備包括天線、獨(du)立供電電源等固(gu)定連接，并提供掛(gua)鉤，方便無(wu)人機攜帶。
（二）中繼車載系(xi)統：完成數據從無人機到地(di)的(de)傳輸、接收(shou)和存儲，并(bing)能通過3G網絡與(yu)地(di)面(mian)后端系(xi)統進(jin)行雙(shuang)向語音交流和視頻傳輸。其各(ge)子部分功(gong)能和接口(kou)要(yao)求(qiu)如下：
l 1、文件存(cun)儲：由車載“無(wu)線傳輸(shu)設備”將接收的(de)高(gao)分照片數據和傳感數據以文件的(de)形式(shi)存(cun)儲，并(bing)交由“中繼工控機(ji)”根據需要讀取；
l 2、3G傳輸：由車載(zai)“無線(xian)傳輸設備(bei)”和地面“無線(xian)傳輸設備(bei)”進行雙向(xiang)語音通信，或可選擇同時進行單向(xiang)視頻通信。
l 3、實(shi)視頻輸(shu)(shu)(shu)出：將車載“無(wu)線傳(chuan)輸(shu)(shu)(shu)設(she)備”接收的(de)視頻解碼輸(shu)(shu)(shu)出到自身攜帶的(de)顯(xian)示屏輸(shu)(shu)(shu)出。
l 4、車載(zai)中(zhong)繼工控機：支(zhi)持用戶進(jin)行應(ying)用程(cheng)序開(kai)發(fa)(fa)。車載(zai)“中(zhong)繼工控機”和(he)車載(zai)“無(wu)線傳輸設備(bei)”通(tong)(tong)過RJ45通(tong)(tong)信，接(jie)收(shou)(shou)信息或發(fa)(fa)送指(zhi)令。并(bing)將有(you)關信息包括數據、高分圖(tu)像和(he)前(qian)端設備(bei)的(de)運行狀(zhuang)態進(jin)行存儲和(he)顯示，接(jie)收(shou)(shou)用戶操作控制(zhi)指(zhi)令，并(bing)進(jin)行上傳，以控制(zhi)前(qian)端系統設備(bei)。
; l 5、數(shu)據顯示：由(you)車(che)載“中(zhong)繼(ji)工(gong)控機”控制進(jin)行傳感數(shu)據、高分圖像(xiang)和(he)前端設(she)備的狀態信(xin)息的顯示。
l 6、3G雙向(xiang)通(tong)(tong)道(dao)：提供(gong)3G雙向(xiang)語(yu)音通(tong)(tong)道(dao)，和(he)單(dan)向(xiang)視頻通(tong)(tong)道(dao)，在(zai)車(che)載和(he)地面(mian)之間進行通(tong)(tong)訊。
（三）后端系(xi)統：從前端系(xi)統獲取數據，并(bing)將信息保存在服務器中。并(bing)能根據用戶操(cao)作，完成對采(cai)集信息的展示、控制等。其各子(zi)部(bu)分功能和接口要(yao)求如下：
l 地(di)面(mian)無線接收設(she)備：通過“3G雙向通道(dao)”和車載中(zhong)繼(ji)系統進行語音、視頻通信，便于地(di)面(mian)控(kong)制(zhi) 中(zhong)心實時指(zhi)揮；
2、系統設計方案
為實(shi)現上述系統功(gong)能(neng)，考(kao)慮(lv)到設備的移動(dong)、便(bian)攜(xie)、無(wu)人(ren)機(ji)平(ping)衡、重(zhong)量、傳(chuan)輸距(ju)離(li)、續(xu)航時間等因素，無(wu)人(ren)機(ji)寬帶無(wu)線(xian)傳(chuan)輸系統設備分成(cheng)三個(ge)部分設計(ji)：
（一）前(qian)端設備(bei)：（具體(ti)設備(bei)為無人機(ji)無線雙(shuang)向數據傳輸(shu)設備(bei)）
前(qian)端設備的邏輯構成(cheng)如下：
GPS、攝像機(ji)和高分相(xiang)機(ji)不(bu)包括(kuo)在此設備中。
（二）車載中(zhong)繼(ji)設備(bei)(bei):（具體設備(bei)(bei)為(wei)便攜式(shi)接收(shou)機和3G便攜式(shi)發射機）
車載中繼設備的邏輯構成(cheng)如下：
設備為便(bian)攜箱式，緊湊集(ji)成，便(bian)于進行車載裝(zhuang)卸(xie)。
(三)后端設備:
后端(duan)設備(bei)具體(ti)設備(bei)包括一臺3G多媒體(ti)通信(xin)系統，一臺后端(duan)服(fu)務器，一臺移動計(ji)算處理(li)(li)終端(duan)，配置有關(guan)數據處理(li)(li)軟(ruan)件。
在監控(kong)中心機房，配置1臺服務器分別作為中心服務器（無線視(shi)頻網(wang)關）、存儲服務器、以及監控(kong)主機，實現對各圖像采(cai)集(ji)點視(shi)頻的管理、存儲和視(shi)頻瀏覽。
（1）中心服務(wu)器(qi)上安裝“服務(wu)器(qi)管理(li)平臺軟(ruan)件”，負責(ze)對(dui)整個(ge)系統的管理(li)；
（2）監控主機(ji)安(an)裝“視(shi)頻監控管理軟件(jian)”，負(fu)責各監控點視(shi)頻資料的(de)圖像(xiang)(xiang)(xiang)。可(ke)進行(xing)錄(lu)(lu)像(xiang)(xiang)(xiang)、抓拍、語(yu)音對講(jiang)、GPS軌跡監控查詢、視(shi)頻下(xia)載回放等操作(zuo)。錄(lu)(lu)像(xiang)(xiang)(xiang)所需硬盤空間大小由錄(lu)(lu)像(xiang)(xiang)(xiang)視(shi)頻數目、錄(lu)(lu)像(xiang)(xiang)(xiang)時間長(chang)短(duan)、錄(lu)(lu)像(xiang)(xiang)(xiang)保存周期(qi)，圖像(xiang)(xiang)(xiang)質量、幀率以(yi)及畫面(mian)復雜度等決定。通(tong)常3G便攜式發(fa)射機(ji)設備(bei)1路運(yun)動畫面(mian)1小時的(de)錄(lu)(lu)像(xiang)(xiang)(xiang)文件(jian)大小在800M左右。例(li)如：3G便攜式發(fa)射機(ji)設備(bei)10路視(shi)頻錄(lu)(lu)像(xiang)(xiang)(xiang)3天(tian)，每天(tian)錄(lu)(lu)像(xiang)(xiang)(xiang)3小時，所需磁盤空間：800M/H×3H×3天(tian)×10路≈72G；
（3）監控中心(xin)安裝大(da)屏液晶電(dian)視，將前端視頻圖像顯示(shi)(shi)出來。可接(jie)大(da)屏顯示(shi)(shi)，支持100路以(yi)上同(tong)時(shi)顯示(shi)(shi)。
3、系統描述
在(zai)無(wu)人機上安(an)裝微型(xing)航拍(pai)照相(xiang)(xiang)(xiang)機、無(wu)人機無(wu)線雙向(xiang)數(shu)據(ju)傳輸設(she)(she)備(bei)、吊艙(cang)。由地(di)面移(yi)動指揮(hui)(hui)車(che)上的便攜(xie)式接收機接收無(wu)人機無(wu)線雙向(xiang)數(shu)據(ju)傳輸設(she)(she)備(bei)發(fa)射的視(shi)(shi)頻(pin)以及數(shu)據(ju)信號(hao)并(bing)保存(cun)數(shu)據(ju)，便攜(xie)式接收機通(tong)過(guo)RJ45接口(kou)輸入給(gei)3G便攜(xie)式發(fa)射機，3G便攜(xie)式發(fa)射機處理后會(hui)利用(yong)3G(EVDO,TD,WCDMA)傳輸視(shi)(shi)頻(pin)信號(hao)到(dao)指揮(hui)(hui)中心，輕松(song)實現(xian)隨(sui)時隨(sui)地(di)的遠程視(shi)(shi)頻(pin)監控(kong)，視(shi)(shi)頻(pin)資料(liao)可以隨(sui)時進行(xing)(xing)錄像，方便檢索查(cha)閱(yue)。另外指揮(hui)(hui)中心能夠直(zhi)接通(tong)過(guo)雙向(xiang)語音指揮(hui)(hui)前方工作(zuo)人員。系(xi)(xi)統(tong)的設(she)(she)計充分考慮了(le)系(xi)(xi)統(tong)擴展(zhan)性，系(xi)(xi)統(tong)擴展(zhan)時只需添加相(xiang)(xiang)(xiang)應設(she)(she)備(bei)，即可在(zai)同一平(ping)臺集中管理，既不影響系(xi)(xi)統(tong)的正常運行(xing)(xing)，又能實現(xian)系(xi)(xi)統(tong)的方便擴展(zhan)。相(xiang)(xiang)(xiang)比傳統(tong)視(shi)(shi)頻(pin)監 控(kong)具有不可替代的優(you)勢。
無人機寬帶無線傳輸(shu)系統需(xu)要根據(ju)系統的總(zong)體(ti)架構，基(ji)于不(bu)同空、地設備的通信(xin)差(cha)異性，進(jin)行設備選型和(he)適配(pei)，集成(cheng)，并在(zai)選擇的型號(hao)基(ji)礎上支持采(cai)購方(fang)進(jin)行軟件二次開發，以支持應用示范(fan)系統的整體(ti)設計和(he)實現(xian)。
