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    2. 某公司無人機寬帶無線傳輸系統

      時間: 2017-08-17
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      項目背景

      公司計劃建設一套無人機寬帶無線數據傳輸系統,此系統是基于無人機的空、中繼車、地通信示范系統,可完成空、天、地信息交互和遠程控制操作。其中寬帶無線通信模塊部分向第三方購買,通過合作共同完成此系統的研發設計。

      需要實現的系統總體框架如下:

      1.jpg

       

      系統總體方案設計

             根據客戶需求,我司制作的無人機寬帶無線通信系統方案,采用TDD無線移動傳輸技術和3G無線傳輸技術相結合的方式實現。通過同頻雙向的方式建立無人機與中繼車之間的傳輸鏈路,工作頻段UHF。通過公網3G傳輸的方式建立中繼車與地面監控站之間的遠程傳輸鏈路。

      1、技術分析

      根據項目系統需求和總體框架分析,系統有以下主要功能,表述如下:

             本系統包含三大部分:

             (一)前端系統:將安裝在無人機的系統,完成空中數據、高分影像、實時視頻的采集與存儲,通過寬帶無線通信和控制接口,與車載中繼系統的連接與信息交互。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坐標信息,通過RS232接口將GPS信息傳輸給“前端工控機”;

             l  2、其它傳感設備:支持預留傳感器,通過RS232接口將傳感信息傳輸給“前端工控機”;

             l  3、高分相機:利用高分相機的自主拍攝功能,自動間隔獲取高分圖像,并進行存儲備份,高分相機通過USB接口和“前端工控機”連接,以便“前端工控機”可以通過用戶程序獲取所拍攝的高分圖像;

             l  4、攝像機:利用攝像機拍攝連續視頻信息,并通過“無線傳輸設備”的AV接口將拍攝的連續視頻信息接入“無線傳輸設備”,“無線傳輸設備”將連續視頻信息編碼,并利用“無線鏈路”將信息傳輸給“車載中繼系統”;

             l  5、前端工控機:支持用戶進行應用程序開發,完成所有機上數據、高分影像信息的接口和采集處理,并將采集的信息進行匯聚,通過“無線傳輸設備”的RJ45接口接入“無線傳輸設備”,通過“無線鏈路”傳輸給“車載中繼系統”;同時可接收從“無線傳輸設備”接受“車載后中繼系統”的指令,控制設備動作。

             l  6、無線傳輸設備:完成連續視頻信息的采集、編碼和實時傳輸;接收“前端工控機”通過RJ45傳輸的數據信息,并通過“無線鏈路”的進行傳輸。

             l 7、 固定機架:可將上述設備包括天線、獨立供電電源等固定連接,并提供掛鉤,方便無人機攜帶。

             (二)中繼車載系統:完成數據從無人機到地的傳輸、接收和存儲,并能通過3G網絡與地面后端系統進行雙向語音交流和視頻傳輸。其各子部分功能和接口要求如下:

             l  1、文件存儲:由車載“無線傳輸設備”將接收的高分照片數據和傳感數據以文件的形式存儲,并交由“中繼工控機”根據需要讀??;

             l  2、3G傳輸:由車載“無線傳輸設備”和地面“無線傳輸設備”進行雙向語音通信,或可選擇同時進行單向視頻通信。

             l  3、實視頻輸出:將車載“無線傳輸設備”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:支持用戶進行應用程序開發。車載“中繼工控機”和車載“無線傳輸設備”通過RJ45通信,接收信息或發送指令。并將有關信息包括數據、高分圖像和前端設備的運行狀態進行存儲和顯示,接收用戶操作控制指令,并進行上傳,以控制前端系統設備。

             l 5、數據顯示:由車載“中繼工控機”控制進行傳感數據、高分圖像和前端設備的狀態信息的顯示。

             l 6、3G雙向通道:提供3G雙向語音通道,和單向視頻通道,在車載和地面之間進行通訊。

      (三)后端系統:從前端系統獲取數據,并將信息保存在服務器中。并能根據用戶操作,完成對采集信息的展示、控制等。其各子部分功能和接口要求如下:

            l  地面無線接收設備:通過“3G雙向通道”和車載中繼系統進行語音、視頻通信,便于地面控制           中心實時指揮;

       

      2、系統設計方案

             為實現上述系統功能,考慮到設備的移動、便攜、無人機平衡、重量、傳輸距離、續航時間等因素,無人機寬帶無線傳輸系統設備分成三個部分設計:

       (一)前端設備:(具體設備為無人機無線雙向數據傳輸設備)

      前端設備的邏輯構成如下:

      2.jpg

       

      GPS、攝像機和高分相機不包括在此設備中。

       

      (二)車載中繼設備:(具體設備為便攜式接收機和3G便攜式發射機)

      車載中繼設備的邏輯構成如下:

      3.jpg

      設備為便攜箱式,緊湊集成,便于進行車載裝卸。

       

      (三)后端設備:

             后端設備具體設備包括一臺3G多媒體通信系統,一臺后端服務器,一臺移動計算處理終端,配置有關數據處理軟件。

             在監控中心機房,配置1臺服務器分別作為中心服務器(無線視頻網關)、存儲服務器、以及監控主機,實現對各圖像采集點視頻的管理、存儲和視頻瀏覽。

             (1)中心服務器上安裝“服務器管理平臺軟件”,負責對整個系統的管理;

             (2)監控主機安裝“視頻監控管理軟件”,負責各監控點視頻資料的圖像??蛇M行錄像、抓拍、語音對講、GPS軌跡監控查詢、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目、錄像時間長短、錄像保存周期,圖像質量、幀率以及畫面復雜度等決定。通常3G便攜式發射機設備1路運動畫面1小時的錄像文件大小在800M左右。例如:3G便攜式發射機設備10路視頻錄像3天,每天錄像3小時,所需磁盤空間:800M/H×3H×3天×10路≈72G;

             (3)監控中心安裝大屏液晶電視,將前端視頻圖像顯示出來??山哟笃溜@示,支持100路以上同時顯示。

      3、系統描述

             在無人機上安裝微型航拍照相機、無人機無線雙向數據傳輸設備、吊艙。由地面移動指揮車上的便攜式接收機接收無人機無線雙向數據傳輸設備發射的視頻以及數據信號并保存數據,便攜式接收機通過RJ45接口輸入給3G便攜式發射機,3G便攜式發射機處理后會利用3G(EVDO,TD,WCDMA)傳輸視頻信號到指揮中心,輕松實現隨時隨地的遠程視頻監控,視頻資料可以隨時進行錄像,方便檢索查閱。另外指揮中心能夠直接通過雙向語音指揮前方工作人員。系統的設計充分考慮了系統擴展性,系統擴展時只需添加相應設備,即可在同一平臺集中管理,既不影響系統的正常運行,又能實現系統的方便擴展。相比傳統視頻監 控具有不可替代的優勢。

             無人機寬帶無線傳輸系統需要根據系統的總體架構,基于不同空、地設備的通信差異性,進行設備選型和適配,集成,并在選擇的型號基礎上支持采購方進行軟件二次開發,以支持應用示范系統的整體設計和實現。


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