[发明专利]高分辨率的实时无线图像传输功能的无人机载荷装置

说明书

技术领域

本发明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，具有图像及工程参数数据进行打包、组帧、信道编码、调制、功放、微波发送的嵌入式无线通信设备。

背景技术

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参数数据。

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接口传输到地面计算机服务器中，如图1中所示，虚线部分为地面PC机；第二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参数，配置好图像编码器的压缩格式、速率等图像压缩系统参数。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。如果是方案模式二，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。

发明内容

本发明的目的在于，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，增加新的高速压缩功能模块和接口，以完成大幅高分辨率图像实时图传的相关处理功能。

为实现上述发明目的，本发明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。

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参数数据。

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口存储编码后的图像数据。