一种无人机无中心自组网图像和数据传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无人机无中心自组网图像和数据传输系统，主要结构是：无人机自组网接入模块结构为：第一通信天线、第一双向TDD功放、无中心自组网双向通信基带单元和第一数据打包/拆分单元依次连接，第一GPS天线通过第一GPS接入单元连接到第一数据打包/拆包单元，第一数据打包/拆包单元还分别连接有高清HDMI编码单元、高清SDI编码单元和外接数据接口等；图像处理地面站接入模块结构为：第二通信天线、第二双向TDD功放、2×MIMO无中心自组网双向通信基带单元和第二数据打包/拆包单元依次相连等。本发明实现无人机无中心自组网，每台机载设备可接入2路高清信号，实现电力巡线无人机的同频组网长距离无线数据图像传输业务。
【专利说明】
一种无人机无中心自组网图像和数据传输系统
技术领域
[0001]本发明涉及无人机无中心同频自组网宽带通信领域，特别涉及一种长距离电力巡线无人机无中心自组网图像和数据传输系统。
【背景技术】
[0002]目前，电力巡线绝大部分采用租赁有人直升机开展巡线工作，通过直升机携带的高清摄像机、红外热成像仪、离子监测等设备发现输电线路的缺陷或者可能发生的故障，这些数据一般回到地面在进行处理或者以无线跳频的方式传输到最近通信车。采用这种方式，具有成本非常高、山区飞行极其危险、飞机无线传输通信距离短以及延迟高等不足，在受到大山阻挡时，通信就会中断，这严重影响到实际的使用效果。
[0003]随着各种长航程、长时间巡航的固定翼无人机技术成熟，迫切需要一种能够实现无中心灵活自组网的宽带通信设备，既能满足长距离的自由接力传输，又实现高清图像接入、高速数据接入，这种电力巡线通信设备更经济、更可靠、更安全、以及具有更远的传输距离。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种无人机无中心自组网图像和数据传输系统，实现无人机无中心自组网，每台机载设备可接入2路高清信号(摄像相机+红外热成像仪)、其他设备网络接入接口，并自带GPS/北斗帮助地面站实时定位无人机所处位置，实现电力巡线无人机的同频组网长距离无线数据图像传输业务。
[0005 ]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:
一种无人机无中心自组网图像和数据传输系统，包括无人机自组网接入模块和图像处理地面站接入模块；
所述无人机自组网接入模块结构为:第一通信天线、第一双向TDD功放、无中心自组网双向通信基带单元和第一数据打包/拆分单元依次连接，第一 GPS天线通过第一 GPS接入单元连接到第一数据打包/拆包单元，所述第一数据打包/拆包单元还分别连接有高清HDMI编码单元、高清SDI编码单元和外接数据接口，还设置有控制所述第一GPS接入单元、无中心自组网双向通信基带单元、第一数据打包/拆包单元、高清HDMI编码单元和高清SDI编码单元的第一控制单元；
所述高清HDMI编码单元或者高清SDI编码单元，用于将摄像机或热成像仪传来的信号进行图像压缩，以便于无线传输;所述第一数据打包/拆分单元，用于将外接数据接口、高清HDMI编码单元、高清SDI编码单元、第一 GPS接入单元的数据按照规定好的协议打成一个数据包送给无中心自组网双向通信基带单元，同时把来自无中心自组网双向通信基带单元的数据按照协议格式解析通过外部数据接口送给其他设备，包括计算机和网络硬解码器;所述无中心自组网双向通信基带单元，用于通过无线方式让其他设备接入或者拆除，建立起安全可靠的无线链路，接收和发送有效的数据，根据无线信道状况自适应调制解调模式，RF输出和RF接收，数模/模数转换;所述第一控制单元，用于负责各个单元参数配置，协调工作，状态参数获取，人机交互；
所述图像处理地面站接入模块结构为:第二通信天线、第二双向TDD功放、2 X M頂O无中心自组网双向通信基带单元和第二数据打包/拆包单元依次相连，所述第二数据打包/拆包单元还分别连接到第二 GPS接入单元、数据接口扩展单元以及高清解码单元，所述第二 GPS接入单元连接到第二GPS天线，还设置有控制第二数据打包/拆包单元和2 X MINO无中心自组网双向通信基带单元的第二控制单元；
所述2 XMHTO无中心自组网双向通信基带单元，用于通过无线方式让其他设备接入或者拆除，建立起安全可靠的无线链路，接收和发送有效的数据，根据无线信道状况自适应调制解调模式，RF输出和RF接收，数模/模数转换;所述第二数据打包/拆包单元，用于将数据接口扩展单元的输入数据、第二 GPS接入单元的输入数据打包送给2 XMHTO无中心自组网双向通信基带单元，通过无线方式传输给其他监控点，对来自2 XMHTO无中心自组网双向通信基带单元接收的数据完成拆包，完成解码显示输出；所述第二控制单元，用于负责各个模块参数配置，协调工作，状态参数获取，人机交互。
[0006]根据上述方案，在所述第一通信天线与第一双向TDD功放之间还连接有第一双向滤波器，所述第一双向滤波器用于完成信号的带外杂散滤除，避免干扰其他通信设备，并保证阻抗匹配。
[0007]根据上述方案，在所第二通信天线与第二双向TDD功放之间连接有第二双向滤波器，所述第二双向滤波器用于完成信号的带外杂散滤除，避免干扰其他通信设备，并保证阻抗匹配。
[0008]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
1、采用Wimax调制解调技术，在MAC层增加自组网快速无线接入和移出，节点的切换速度小于5ms，优于国内很多厂家采用WIFI MESH协议的自组网产品，有良好的非视距传输和高速移动的传输特性。
[0009]2、可保证最多6架空中无人机和地面站实现无中心同频自组网，实现跨区无线网络覆盖，当网络拓扑为链状状态下保证了高清图像和高速数据传输距离大于300km。尤其是无人机空中自组网接入模块创新的设计了 2路高清接入编码，解决了其他厂家实现同样功能需要两套设备，成本高，使用繁琐，稳定性差等缺点，满足电力巡线高清摄像机接入和高清红外热成像仪同时接入难题。同时编码速率会根据网络带宽状况自适应，保证了图像的流畅性，设备不仅支持高清图像的接入，也提供其他设备的数据接入接口。
[0010]3、地面站通过网络接口一并输出给计算端完成显示和信息处理，地面站SDI接口输出可和监视直接连接，方便用户直接使用，通过软件设置可直接选择其中一路视频输出或者一屏多路输出。
【附图说明】
[0011 ]图1是本发明中无人机自组网接入模块结构示意图。
[0012]图2是本发明中图像处理地面站接入模块结构示意图。
[0013]图3是本发明中无人机自组网接入模块在无人机上的接入示意图。
[0014]图4是本发明中图像处理地面站接入模块在地面站接入示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。本发明提供的一种无人机无中心自组网图像和数据传输系统包括无人机自组网接入模块和图像处理地面站接入模块。
[0016]如图1所示，所述无人机自组网接入模块结构为:第一通信天线、第一双向TDD功放、无中心自组网双向通信基带单元和第一数据打包/拆分单元依次连接，第一GPS天线通过第一 GPS接入单元连接到第一数据打包/拆包单元，所述第一数据打包/拆包单元还分别连接有高清HDMI编码单元、高清SDI编码单元和外接数据接口，还设置有控制所述第一GPS接入单元、无中心自组网双向通信基带单元、第一数据打包/拆包单元、高清HDMI编码单元和高清SDI编码单元的第一控制单元。
[0017]在图1中，高清HDMI编码单元可接入HDMI接口的摄像机或热成像仪，把输入信号变成标准的YCbCr 4: 2: 2信号给H264编码CPU，完成图像的压缩处理，方便无线传输。高清SDI编码单元可接入SDI接口的摄像机或热成像仪，把输入信号变成标准的YCbCr 4:2:2信号给H264编码CPU，完成图像的压缩处理，方便无线传输。数据打包/拆包单元有两个来自编码单元的单向数据接口，I个双向的数据接口(外接数据接口 RJ45 )，I个和无中心自组网双向通信基带单元传输数据双向接口，一个GPS接入单元接口，它可把来自外接数据接口的数据、2个编码单元、GPS数据按照规定好的协议打成一个数据包送给无中心自组网双向通信基带单元，同时它把来自无中心自组网双向通信基带单元的数据按照协议格式解析通过外部数据接口送给其他设备(如计算机，网络硬解码器)APS接入单元集成北斗/GPS定位模块，以实现指挥中心可实时看到任何一个设备的地理位置信息。
[0018]无中心自组网双向通信基带单元是实现无中心自组网的核心，它主要是通过无线方式如何让其他设备接入或者拆除，建立起安全可靠的无线链路，接收和发送有效的数据，根据无线信道状况自适应调制解调模式，进行RF输出、RF接收和数模/模数转换等工作，由于是同频组网，它需要根据算法和接入设备状况来控制收发时隙的控制。双向TDD功放主要完成接收/发送判断并作出具体硬件切换;接收时，需要把小信号放大、滤波器处理送给无中心自组网双向通信基带单元，发送时，它需要把来自无中心自组网双向通信基带单元的小信号放大到适合无线传输的大功率，并把接收和发送合成在同一射频线上接入滤波器。双向滤波器完成信号的带外杂散滤除，避免干扰其他通信设备，并保证阻抗匹配。控制单元是整个系统大脑，它负责各个模块参数配置，协调工作，状态参数获取，人机交互等功能。
[0019]如图3所示，无人机自组网接入模块在无人机上安装时，每架无人机都是按照相同配置安装，多架无人机在空中形成一个同频的自主网络，其拓扑状态根据每个单元无线信号状态和位置自动演变成点对多点星形网络或者链状网络。
[0020]如图2所示，所述图像处理地面站接入模块结构为:第二通信天线、第二双向TDD功放、2XMM0无中心自组网双向通信基带单元和第二数据打包/拆包单元依次相连，所述第二数据打包/拆包单元还分别连接到第二 GPS接入单元、数据接口扩展单元以及高清解码单元，所述第二GPS接入单元连接到第二GPS天线，还设置有控制第二数据打包/拆包单元和2X MINO无中心自组网双向通信基带单元的第二控制单元。
[0021]在图2中，双向滤波器主要完成信号的带外杂散滤除，避免干扰其他通信设备，并保证阻抗匹配。双向TDD功放主要完成接收/发送判断并作出具体硬件切换，接收时，需要把小信号放大、滤波器处理送给2XMM0无中心自组网双向通信基带单元，发送时，它需要把来自2XMM0无中心自组网双向通信基带单元的小信号放大到适合无线传输的大功率，并把接收和发送合成在同一射频线上接入滤波器。2 XMIMO无中心自组网双向通信基带单元是实现无中心自组网的核心单元之一，它通过无线方式如何让其他设备接入或者拆除，建立起安全可靠的无线链路，接收和发送有效的数据，根据无线信道状况自适应调制解调模式，进行RF输出、RF接收和数模/模数转换等工作，由于是同频组网，它需要根据算法和接入设备状况来控制收发时隙的控制，同无人机空中自组网接入模块最大不同是，此单元支持多天线发送和接收进一步提高了抗干扰和传输的吞吐率。数据打包/拆包单元把数据接口扩展单元的输入数据、GPS接入单元的输入数据打包送给2 XMHTO无中心自组网双向通信基带单元，通过无线方式传输给其他监控点，对来自2 XMIMO无中心自组网双向通信基带单元接收的数据完成拆包，搞清楚哪些数据是通过数据接口扩展单元送出去，哪些是图像的数据需进入高清解码单元器，最终完成解码显示输出。控制单元是整个系统大脑，负责各个模块参数配置，协调工作，状态参数获取，人机交互等功能。
[0022]如图4所示，本发明中图像处理地面站接入模块安装在地面指挥大楼或者通信指挥车上，包括连接自组网全向通信天线，连接GPS北斗双模天线，连接220V电源，连接计算机网口，连接液晶SDI监视器等。这样，装在车上或者地面指挥大楼的图像处理地面站接入模块就和空中无人机上装备的无人机自组网接入模块形成天地一体的自组网同频宽带通信系统，地面站根据信号状态和空中任意一架或者多架互通互联。
[0023]本发明整个系统最大提供了SOMps吞吐率，可同时满足6架无人机高清视频数据传输到地面。安装了图像处理地面站接入模块的图像综合处理地面站可和空中的多架无人机形成任意通信网络，完全取决于空中无人机相互位置距离，以及无人机与地面站的位置和距离，最极端状况是形成无人机之间的状网络，极大拓展了空间的传输距离。多个无人机自组网接入模块和图像处理地面站接入模块根据节点间信号状态自由组网，每个节点关系都是平等的，且同频进行组网。
【主权项】
1.一种无人机无中心自组网图像和数据传输系统，其特征在于，包括无人机自组网接入模块和图像处理地面站接入模块； 所述无人机自组网接入模块结构为:第一通信天线、第一双向TDD功放、无中心自组网双向通信基带单元和第一数据打包/拆分单元依次连接，第一 GPS天线通过第一 GPS接入单元连接到第一数据打包/拆包单元，所述第一数据打包/拆包单元还分别连接有高清HDMI编码单元、高清SDI编码单元和外接数据接口，还设置有控制所述第一GPS接入单元、无中心自组网双向通信基带单元、第一数据打包/拆包单元、高清HDMI编码单元和高清SDI编码单元的第一控制单元； 所述高清HDMI编码单元或者高清SDI编码单元，用于将摄像机或热成像仪传来的信号进行图像压缩，以便于无线传输;所述第一数据打包/拆分单元，用于将外接数据接口、高清HDMI编码单元、高清SDI编码单元、第一 GPS接入单元的数据按照规定好的协议打成一个数据包送给无中心自组网双向通信基带单元，同时把来自无中心自组网双向通信基带单元的数据按照协议格式解析通过外部数据接口送给其他设备，包括计算机和网络硬解码器;所述无中心自组网双向通信基带单元，用于通过无线方式让其他设备接入或者拆除，建立起安全可靠的无线链路，接收和发送有效的数据，根据无线信道状况自适应调制解调模式，RF输出和RF接收，数模/模数转换;所述第一控制单元，用于负责各个单元参数配置，协调工作，状态参数获取，人机交互； 所述图像处理地面站接入模块结构为:第二通信天线、第二双向TDD功放、2 XMMO无中心自组网双向通信基带单元和第二数据打包/拆包单元依次相连，所述第二数据打包/拆包单元还分别连接到第二 GPS接入单元、数据接口扩展单元以及高清解码单元，所述第二 GPS接入单元连接到第二GPS天线，还设置有控制第二数据打包/拆包单元和2 X MINO无中心自组网双向通信基带单元的第二控制单元； 所述2XMM0无中心自组网双向通信基带单元，用于通过无线方式让其他设备接入或者拆除，建立起安全可靠的无线链路，接收和发送有效的数据，根据无线信道状况自适应调制解调模式，RF输出和RF接收，数模/模数转换;所述第二数据打包/拆包单元，用于将数据接口扩展单元的输入数据、第二 GPS接入单元的输入数据打包送给2 XMHTO无中心自组网双向通信基带单元，通过无线方式传输给其他监控点，对来自2 XMHTO无中心自组网双向通信基带单元接收的数据完成拆包，完成解码显示输出；所述第二控制单元，用于负责各个模块参数配置，协调工作，状态参数获取，人机交互。2.如权利要求1所述的无人机无中心自组网图像和数据传输系统，其特征在于，在所述第一通信天线与第一双向TDD功放之间还连接有第一双向滤波器，所述第一双向滤波器用于完成信号的带外杂散滤除，避免干扰其他通信设备，并保证阻抗匹配。3.如权利要求1或2所述的无人机无中心自组网图像和数据传输系统，其特征在于，在所第二通信天线与第二双向TDD功放之间连接有第二双向滤波器，所述第二双向滤波器用于完成信号的带外杂散滤除，避免干扰其他通信设备，并保证阻抗匹配。
【文档编号】H04W84/18GK105933653SQ201610309816
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】邓创, 王圣伟, 张万宁
【申请人】国网四川省电力公司电力应急中心, 国家电网公司