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微小型無人機無線數字視頻傳輸系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

發(fā)布日期:2015-01-02我要投稿我要評論

   主控芯片選取的是Imagia公司的MCP4010-32位RISC嵌入式微處理器,見圖3。它使用.ARM 922 T核,工作頻率高達200 MHz,內部帶有存儲器管理單元(MMU),具有高性能、低功耗、接口豐富和體積小等優(yōu)良特性,是視頻采集和處理模塊的核心,可達到D1分辨率實時編碼壓 縮的效能。

  無線傳輸模塊采用Ralink公司提供的RT2561芯片方案的無線網卡,符合IEEE 802.11b/g/n標準,傳輸速率高達128 Mb/s(自適應)。支持標準32位Mini-PCI接口;具有MIMO天線技術,使傳輸更穩(wěn)定距離更廣;支持Windows/Linux/WinCE等 操作系統(tǒng);工作頻率范圍為2.412~2.484 GHz;傳輸功率為18 dBm(典型值)。MCU4010和MCP440A如圖4所示,RT2561如圖5所示。

MCU4010和MCP440A如圖

地面站采用便攜式設計,主要用來接收無人機實時發(fā)送回的視頻信號,并將其顯示出來,包括接收天線、筆記本計算機或PDA。該系統(tǒng)采用的接收天線為 TDJ-2400BKC-Y室外板狀定向天線,其具有增益高、前后輻射比大、三維尺寸小、結構緊湊等優(yōu)點,是一種高質量的室外通信天線,非常符合無人機在 野外條件下的戰(zhàn)術需求。其頻率范圍為2 400~2 483 MHz,增益為10 dBi,水平面波瓣寬度為110°。

  3 軟件設計

   該設計采用基于Web服務器的B/S(Browser/Server)服務機制,B/S服務機制是隨著Internet技術的興起,對 C/S(Client/Server)服務機制的改進,由于其先進的開發(fā)技術、優(yōu)越的可管理性和可維護性及簡單方便的應用模式,正成為視頻監(jiān)控系統(tǒng)最流行 的應用方式。它能將地面站的視頻偵察系統(tǒng)控制、偵察視頻瀏覽、開關量的控制、攝像云臺控制等在IE瀏覽器中予以實現(xiàn),不用另行安裝軟件,使視頻偵察系統(tǒng)的 操作、配制簡單化,實現(xiàn)了跨平臺性,客戶端在普通PC機、PDA等操作系統(tǒng)上均能運行,非常適合戰(zhàn)術無人機的野外作業(yè)。下面分別介紹本系統(tǒng)服務器端和客戶 端的主要功能:

  (1)服務器端主要功能:響應Web連接服務,采集視頻數據,通過網絡傳輸數據。

   (2)機載微處理器作為服務器,響應客戶端的連接請求,并提供ActiveX控件的下載,利用Linux視頻子系統(tǒng)提供的API函數編寫數據采集代碼, 接收MPG-440A傳送的MPEG-4格式二進制視頻數據。將接收到的數據整理后,通過Socket通訊以組播方式通過網絡發(fā)送到瀏覽器客戶端。

  (3)客戶端部分的主要功能:連接機載Web服務器并下載ActiveX控件。

   (4)為了減輕視頻服務器客戶端操作的負擔,提高軟件升級和維護的方便性,設計中將地面站的視頻圖像接收和視頻圖像顯示部分封裝在ActiveX控件 中,在運行Linux的ARM串臺上移植嵌入式Web服務器Boa,響應地面站的連接請求,并將ActiveX控件嵌入到網頁中發(fā)布。地面站通過瀏覽器訪 問Web服務器時,ActiveX控件就會經過網頁傳輸到客戶端并自動下載安裝。一旦視頻偵察系統(tǒng)服務器端部分和ActiveX控件建立通信,就可通過 Socket進行視頻數據的組播傳輸,實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控。

  4 飛行實驗

   該系統(tǒng)在某戰(zhàn)術無人機上進行了搭載飛行試驗,飛行高度約為200 m,攝像鏡頭的視角45°,平均飛行速度約為15 m/s。發(fā)射模塊將攝像頭拍攝到的數字視頻信號實時發(fā)送回地面,通過瀏覽器顯示的視頻截圖如圖6所示。機載飛行試驗表明,在3 km范圍內,機載攝像與無線傳輸系統(tǒng)能較好地完成MAV攝像和傳輸任務,該系統(tǒng)尺寸小、重量輕、功耗低、工作穩(wěn)定,滿足MAV有效載荷的基本要求。但由于 無人機本身的重量輕,慣性很小,在低速飛行狀態(tài)時,氣流擾動和機體本身的振動對攝像和傳輸的質量有影響,還需適當采取減振措施,減少圖像在傳輸過程中產生 的抖動。

視頻截圖

  5 結語

   本文設計的基于ARM的嵌入式微小型無人機無線數字視頻傳輸系統(tǒng),包括硬件設計和Linux下的軟件設計。該系統(tǒng)在MCU4010嵌入式微處理器的協(xié)調 和調度下統(tǒng)一工作,采甩專用MPEG-4音視頻編碼芯片MPG-440A將采集生成的數字視頻予以編碼壓縮處理,穩(wěn)定可靠,成本低,采用B/S結構設計, 以組播方式傳輸,節(jié)省系統(tǒng)資源,易于維護,升級方便,使用簡單。通過機載實驗證明該系統(tǒng)基本滿足微小型無人機的要求,能夠做到實時傳輸回無人機偵察范圍內 的視頻圖像。

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