本發(fā)明屬于測控通信領(lǐng)域，尤其是涉及一種多模式無人機測控通信系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

測控通信方法是無人機完成任務(wù)必不可少的部分，將機載的圖像信息、載荷狀態(tài)信息、飛機狀態(tài)信息傳回地面，將地面的載荷控制指令、飛行控制指令、飛行航點等信息傳給機載設(shè)備。

目前的無人機測控通信系統(tǒng)中多采用分立的鏈路，每條鏈路只能傳輸一種數(shù)據(jù)，如機載飛行控制器(以下飛行控制器簡稱“飛控”)的狀態(tài)信息和控制指令、機載載荷的狀態(tài)信息和控制指令，機載載荷的遙感數(shù)據(jù)等，在不同的應(yīng)用中，所能實現(xiàn)的功能是固定的，無法根據(jù)實際使用到的功能進行裁剪或擴展，在使用中或者有功能冗余，或者無法滿足使用需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種多模式無人機測控通信系統(tǒng)及方法，以解決上述問題的不足之處，使無人機測控通信系統(tǒng)功能靈活多樣，適應(yīng)范圍更廣。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種多模式無人機測控通信系統(tǒng)，包括圖像處理模塊、通信模塊和射頻增益模塊，所述圖像處理模塊包括機載圖像處理模塊和地面圖像處理模塊，所述通信模塊包括機載通信模塊和地面通信模塊，所述射頻增益模塊包括機載射頻增益模塊和地面射頻增益模塊，所述機載圖像處理模塊、機載通信模塊和機載射頻增益模塊依次連接，所述地面圖像處理模塊、地面通信模塊和地面射頻增益模塊依次連接。

進一步的，所述機載圖像處理模塊包括圖像采集模塊和與圖像采集模塊連接的圖像壓縮模塊，所述機載通信模塊包括依次連接的數(shù)據(jù)復(fù)接模塊、信道編碼模塊和調(diào)制模塊，所述圖像壓縮模塊與數(shù)據(jù)復(fù)接模塊連接，所述調(diào)制模塊與機載射頻增益模塊中的放大模塊連接，所述地面圖像處理模塊包括圖像解壓縮模塊和與圖像解壓縮模塊連接的圖像顯示模塊，所述地面通信模塊包括依次連接的數(shù)據(jù)解復(fù)接模塊、信道解碼模塊和解調(diào)模塊，所述數(shù)據(jù)解復(fù)接模塊和圖像解壓縮模塊連接，所述解調(diào)模塊與地面射頻增益模塊中的放大模塊連接。

進一步的，所述數(shù)據(jù)復(fù)接模塊連接飛控和載荷，所述數(shù)據(jù)解復(fù)接模塊連接地面站計算機，所述圖像采集模塊和圖像顯示模塊分別連接載荷和顯示器，所述機載射頻增益模塊和地面射頻增益模塊的放大模塊上均連接有天線。

本發(fā)明提供的第二實施例，一種如上所述的多模式無人機測控通信系統(tǒng)的全功能通信方法，包括以下模式：

所述通信模塊單獨工作時可實現(xiàn)數(shù)傳通信模式；

所述通信模塊和圖像處理模塊一起使用時，可實現(xiàn)數(shù)傳、圖傳一體化通信模式。

進一步的，所述數(shù)傳通信模式和圖傳通信模式的切換過程包括以下步驟：

A.首先在通信模塊的軟件中，預(yù)設(shè)通信模式，根據(jù)通信模式，判斷是數(shù)傳還是圖傳；

B.然后通信模塊監(jiān)聽地面指令，當(dāng)?shù)孛姘l(fā)出模式切換指令，則進行切換；

C.切換后，繼續(xù)監(jiān)聽地面指令，重復(fù)步驟B。

進一步的，若步驟A中判斷為圖傳模式后，步驟B的切換過程為：

B1.圖像處理模塊停止編碼；

B2.通信模塊關(guān)閉圖像接口；

B3.通信模塊幀結(jié)構(gòu)刪除圖像數(shù)據(jù)；

B4.最終切換為數(shù)傳模式；

若步驟A中判斷為數(shù)傳模式后，步驟B的切換過程為：

B11.圖像處理模塊開始編碼；

B22.通信模塊打開圖像接口；

B33.通信模塊幀結(jié)構(gòu)添加圖像數(shù)據(jù)；

B44.最終切換為圖傳模式。

本發(fā)明提供的第三實施例，一種如上所述的多模式無人機測控通信系統(tǒng)的傳輸距離/數(shù)據(jù)速率切換方法，包括自主降速率和地面控制降速率兩種方式，

所述自主降速率的具體步驟如下：

I.通信模塊判斷所接收到信號的信噪比，若信噪比較差，則進行延時，進入步驟II；若信噪比較好，則重復(fù)步驟I；

II.判斷信噪比恢復(fù)情況，若信噪比無法恢復(fù)，則數(shù)據(jù)速率下降一檔，或傳輸距離提高一檔，進入步驟III；若信噪比恢復(fù)了，則重復(fù)步驟I；

III.判斷信噪比是否變好，若沒有變好，則繼續(xù)進行延時，并重復(fù)步驟II；若信噪比變好，則重復(fù)步驟I；

所述地面控制降速率的具體步驟如下：

S1.首先監(jiān)聽地面指令，若地面發(fā)出降速率指令，則數(shù)據(jù)速率下降一檔，或傳輸距離提高一檔，進入步驟S2；若地面未發(fā)出指令，則進入步驟S2；

S2.然后機載回報當(dāng)前狀態(tài)；

S3.重復(fù)步驟S1。

進一步的，所述數(shù)據(jù)速率下降一檔的具體步驟如下：

a.在圖像處理模塊中判斷對載荷圖像數(shù)據(jù)進行壓縮的圖像壓縮率是否已達到最高，若已達到最高，則禁用圖像數(shù)據(jù)，并進入步驟b；若未達到最高，則圖像壓縮率提高一檔，并進入步驟b；

b.在通信模塊中判斷通信模塊的通信數(shù)據(jù)速率是否已達最低，若已達最低，則返回警告；若未達最低，則通信數(shù)據(jù)速率下降一檔，或傳輸距離提高一檔。

本發(fā)明提供的第四實施例，一種如上所述的多模式無人機測控通信系統(tǒng)的雙向通信方法，位于機載和地面的所述天線均通過雙工器將自身的發(fā)送信號和接收到對方的信號區(qū)分開，并且發(fā)送和接收之間保持足夠的隔離度。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的多模式無人機測控通信系統(tǒng)及方法具有以下優(yōu)勢：

(1)本發(fā)明所述的測控通信系統(tǒng)通信模式可切換，通信模式包括超近程數(shù)傳模式，超近程圖傳模式，中遠程數(shù)傳模式和中遠程圖傳模式，應(yīng)用更靈活，適用范圍更廣泛；且通信模塊單獨工作可實現(xiàn)數(shù)傳通信模式，配合圖像處理模塊一起使用，可實現(xiàn)數(shù)傳、圖傳一體化通信模式，解決數(shù)傳和圖傳通信鏈路相互干擾，且通信系統(tǒng)無法裁剪和擴展的問題。

(2)本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)速率可動態(tài)調(diào)整，相應(yīng)地改變傳輸距離，可以根據(jù)需要調(diào)整圖像清晰度，并且可以通過更換射頻增益模塊獲得不同的傳輸距離，解決傳統(tǒng)測控通信方法的傳輸速率和距離不可更改的問題。

(3)本發(fā)明所述的雙向通信方法采用頻分雙工的方式進行雙向通信，具備地面部分給機載部分發(fā)送控制指令的能力，能肩負更重要的通信任務(wù)，解決傳統(tǒng)測控通信方法只能單向通信的問題。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例所述的全功能通信中下行通信流程框圖；

圖2為本發(fā)明實施例所述的數(shù)傳/圖傳通信模式切換流程圖；

圖3為本發(fā)明實施例所述的圖傳模式切換為數(shù)傳模式的流程圖；

圖4為本發(fā)明實施例所述的數(shù)傳模式切換為圖傳模式的流程圖；

圖5為本發(fā)明實施例所述的自主降速率流程圖；

圖6為本發(fā)明實施例所述的地面控制降速率流程圖；

圖7為本發(fā)明實施例所述的數(shù)據(jù)速率下降一檔的流程圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

如圖1所示，一種多模式無人機測控通信系統(tǒng)，包括圖像處理模塊、通信模塊和射頻增益模塊，所述圖像處理模塊包括機載圖像處理模塊和地面圖像處理模塊，所述通信模塊包括機載通信模塊和地面通信模塊，所述射頻增益模塊包括機載射頻增益模塊和地面射頻增益模塊，所述機載圖像處理模塊、機載通信模塊和機載射頻增益模塊依次連接，所述地面圖像處理模塊、地面通信模塊和地面射頻增益模塊依次連接。

所述通信模塊，負責(zé)機載部分與地面部分的雙向通信，用于將飛控和載荷的控制指令從地面部分發(fā)送給機載部分的設(shè)備，將機載部分的設(shè)備狀態(tài)信息返回地面；所述射頻增益模塊，將發(fā)送和接收的射頻信號放大，提高通信距離。

所述機載圖像處理模塊包括圖像采集模塊和與圖像采集模塊連接的圖像壓縮模塊，所述機載通信模塊包括依次連接的數(shù)據(jù)復(fù)接模塊、信道編碼模塊和調(diào)制模塊，所述圖像壓縮模塊與數(shù)據(jù)復(fù)接模塊連接，所述調(diào)制模塊與機載射頻增益模塊中的放大模塊連接，所述地面圖像處理模塊包括圖像解壓縮模塊和與圖像解壓縮模塊連接的圖像顯示模塊，所述地面通信模塊包括依次連接的數(shù)據(jù)解復(fù)接模塊、信道解碼模塊和解調(diào)模塊，所述數(shù)據(jù)解復(fù)接模塊和圖像解壓縮模塊連接，所述解調(diào)模塊與地面射頻增益模塊中的放大模塊連接，在本實施例中，所述圖像采集模塊為TVP7002，所述圖像壓縮模塊和圖像解壓縮模塊均為DM368，所述放大模塊為AH323。

所述數(shù)據(jù)復(fù)接模塊連接飛控和載荷，所述數(shù)據(jù)解復(fù)接模塊連接地面站計算機，所述圖像采集模塊和圖像顯示模塊分別連接載荷和顯示器，所述機載射頻增益模塊和地面射頻增益模塊的放大模塊上均連接有天線。

本發(fā)明提供的第二實施例，一種如上所述的多模式無人機測控通信系統(tǒng)的全功能通信方法，包括以下模式：

所述通信模塊單獨工作時可實現(xiàn)數(shù)傳通信模式；

所述通信模塊和圖像處理模塊一起使用時，可實現(xiàn)數(shù)傳、圖傳一體化通信模式。

如圖2所示，所述數(shù)傳通信模式和圖傳通信模式的切換過程包括以下步驟：

A.首先在通信模塊的軟件中，預(yù)設(shè)通信模式，根據(jù)通信模式，判斷是數(shù)傳還是圖傳；

B.然后通信模塊監(jiān)聽地面指令，當(dāng)?shù)孛姘l(fā)出模式切換指令，則進行切換；

C.切換后，繼續(xù)監(jiān)聽地面指令，重復(fù)步驟B。

若步驟A中判斷為圖傳模式后，如圖3所示，步驟B的切換過程為：

B1.圖像處理模塊停止編碼；

B2.通信模塊關(guān)閉圖像接口；

B3.通信模塊幀結(jié)構(gòu)刪除圖像數(shù)據(jù)；

B4.最終切換為數(shù)傳模式；

若步驟A中判斷為數(shù)傳模式后，如圖4所示，步驟B的切換過程為：

B11.圖像處理模塊開始編碼；

B22.通信模塊打開圖像接口；

B33.通信模塊幀結(jié)構(gòu)添加圖像數(shù)據(jù)；

B44.最終切換為圖傳模式。

本發(fā)明提供的第三實施例，一種如上所述的多模式無人機測控通信系統(tǒng)的傳輸距離/數(shù)據(jù)速率切換方法，包括自主降速率和地面控制降速率兩種方式，

如圖5所示，所述自主降速率的具體步驟如下：

I.通信模塊判斷所接收到信號的信噪比，若信噪比較差，則進行延時，進入步驟II；若信噪比較好，則重復(fù)步驟I；

II.判斷信噪比恢復(fù)情況，若信噪比無法恢復(fù)，則數(shù)據(jù)速率下降一檔，或傳輸距離提高一檔，進入步驟III；若信噪比恢復(fù)了，則重復(fù)步驟I；

III.判斷信噪比是否變好，若沒有變好，則繼續(xù)進行延時，并重復(fù)步驟II；若信噪比變好，則重復(fù)步驟I；

如圖6所示，所述地面控制降速率的具體步驟如下：

S1.首先監(jiān)聽地面指令，若地面發(fā)出降速率指令，則數(shù)據(jù)速率下降一檔，或傳輸距離提高一檔，進入步驟S2；若地面未發(fā)出指令，則進入步驟S2；

S2.然后機載回報當(dāng)前狀態(tài)；

S3.重復(fù)步驟S1。

如圖7所示，所述數(shù)據(jù)速率下降一檔的具體步驟如下：

a.在圖像處理模塊中判斷對載荷圖像數(shù)據(jù)進行壓縮的圖像壓縮率是否已達到最高，若已達到最高，則禁用圖像數(shù)據(jù)，并進入步驟b；若未達到最高，則圖像壓縮率提高一檔，并進入步驟b；

b.在通信模塊中判斷通信模塊的通信數(shù)據(jù)速率是否已達最低，若已達最低，則返回警告；若未達最低，則通信數(shù)據(jù)速率下降一檔，或傳輸距離提高一檔。

通信模塊和射頻增益模塊之間使用標(biāo)準(zhǔn)接口，通過更換射頻增益模塊來改變通信距離，使用發(fā)射功率較大的射頻增益模塊可實現(xiàn)中遠程通信，使用發(fā)射功率小的射頻增益模塊或不使用射頻增益模塊可實現(xiàn)超近程通信。

本發(fā)明提供的第四實施例，一種如上所述的多模式無人機測控通信系統(tǒng)的雙向通信方法，由于圖傳的通信方向是機載部分到地面部分，數(shù)傳為雙向通信，機載部分將遙測信號傳回地面部分，地面部分將遙控指令發(fā)送給機載部分，為同時滿足數(shù)傳和圖傳的需求，機載部分和地面部分同時發(fā)射信號，同時接收信號，為確保同一側(cè)的發(fā)射和接收信號不相互干擾，機載部分和地面部分采用不同的發(fā)射頻率，而接收端頻率與之對應(yīng)，通過射頻增益模塊中射頻器件的頻率選擇性和通信模塊中產(chǎn)生不同頻率本振信號，來保證只接收到對方發(fā)來的信號，而不被自身信號干擾，因此，位于機載和地面的天線均通過雙工器將自身的發(fā)送信號和接收到對方的信號區(qū)分開，并且發(fā)送和接收之間保持足夠的隔離度。

實施例二的具體工作過程如下：

在全功能通信方法中，所述通信模塊單獨實現(xiàn)超近程遙控、遙測數(shù)據(jù)傳輸，所述通信模塊配合射頻增益模塊實現(xiàn)中遠程遙控、遙測數(shù)據(jù)傳輸，所述通信模塊配合圖像處理模塊實現(xiàn)超近程圖像數(shù)據(jù)傳輸功能，所述通信模塊、圖像處理模塊和射頻增益模塊共同使用，實現(xiàn)中遠程圖像數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備。

當(dāng)通信模塊、圖像處理模塊和射頻增益模塊共同工作時，如圖1所示的下行通信中，圖像處理模塊從圖像接口處采集圖像信息，進行圖像壓縮編碼，編碼后的圖像碼流發(fā)送給通信模塊；通信模塊除了接收圖像碼流外，還接收飛控和載荷的狀態(tài)信息，通信模塊將圖像碼流和狀態(tài)信息整合后，經(jīng)過信道編碼和調(diào)制，形成射頻信號，經(jīng)射頻增益模塊放大，通過天線發(fā)射給地面；地面射頻增益模塊將機載發(fā)來的射頻信號放大并發(fā)給通信模塊，通信模塊接到此信號后，對其進行解調(diào)和信道解碼，并對信號進行解析，將圖像碼流和狀態(tài)信息分開，狀態(tài)信息輸出給地面的飛控、載荷控制設(shè)備，圖像碼流發(fā)送給圖像處理模塊，圖像處理板對碼流進行圖像解壓縮，恢復(fù)出原始視頻信號，輸出顯示。上行通信過程與所述下行通信類似，區(qū)別只在于上行通信沒有圖像數(shù)據(jù)，只有飛控和載荷的控制信息。

實施例三的工作原理如下所示：

傳輸距離與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系式為，

[P_r](dB)＝[EIRP](dB)+[G_r](dB)-[L_s](dB)-[L₀](dB)

L_s＝32.4+20lgd+20lgf

其中M為鏈路余量，為實際接收信號的信噪比，為系統(tǒng)實現(xiàn)所需的信噪比，P_r為接收功率，R為數(shù)據(jù)傳輸速率，K為玻爾茲曼常量，T₀為噪聲溫度，EIRP為等效全向輻射功率，G_r為接收天線增益，L_s為自由空間路徑損耗，L₀為其他損耗，d為傳輸距離，f為載波頻率。

在上述公式中，除數(shù)據(jù)傳輸速率R和傳輸距離d之外的其他參數(shù)保持不變，為保證相同的鏈路余量M，數(shù)據(jù)傳輸速率R降低到1/4時，傳輸距離d將提高一倍。

所述圖像處理模塊通過更改圖像壓縮率來更改傳輸圖像信號時的圖像質(zhì)量和數(shù)據(jù)速率，通信條件較差時犧牲圖像質(zhì)量保證通信質(zhì)量；所述射頻增益模塊通過更改擴頻比例來更改傳輸遙控、遙測數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)速率；在其他條件不變的情況下，通過減小所述數(shù)據(jù)速率來提高通信距離；通過提高所述射頻增益模塊的增益來提高通信距離。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。