自2015年無人機(jī)涌入中國市場并在隨后幾年迅速崛起后，逐漸在植保、航測、巡檢、基礎(chǔ)測繪、應(yīng)急救災(zāi)、體育助力、VR直播、專業(yè)攝影、藝術(shù)表演等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)、民生、科技、商業(yè)、軍事等眾多行業(yè)帶來了極大的便利，創(chuàng)造了極其可觀的社會價值。

無人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域

無人機(jī)主要包含了飛控系統(tǒng)、云臺+相機(jī)、無線圖傳三大系統(tǒng)。如果說飛控是無人機(jī)的“大腦”，那么圖傳系統(tǒng)就是無人機(jī)的“眼睛”，它可以將無人機(jī)所搭載的攝像機(jī)拍攝到的視頻以無線方式實(shí)時傳輸?shù)竭h(yuǎn)距離接收器端。

無人機(jī)圖傳原理

無人機(jī)圖傳系統(tǒng)如果按設(shè)備通信機(jī)制類型來分類，通?？梢苑譃?strong>模擬圖傳和數(shù)字圖傳兩大類。模擬圖像傳輸是指對時間（包括空間）和幅度連續(xù)變化的模擬圖像信號作信源和信道處理，通過模擬信道傳輸或通過模擬記錄裝置實(shí)現(xiàn)存儲的過程。數(shù)字圖像傳輸是指數(shù)字化的圖像信號經(jīng)信源編碼和信道編碼，通過數(shù)字信道（電纜、微波、衛(wèi)星和光纖等）傳輸，或通過數(shù)字存儲、記錄裝置存儲的過程。

#概念解讀#

上面的概念是比較抽象的，所以我們引用一個通俗的例子來描述模擬傳輸和數(shù)字傳輸過程：

1，假如：A對B說一句話：123456789，需要B完整地描述給C,那么通常情況下B會將A的語氣聲調(diào)都記錄下來，盡可能完全地將這句話轉(zhuǎn)述給C，但是又由于B和C是不同地方的人，或者當(dāng)時外界很嘈雜，那么C聽到這句話可能就變成了113456789。

2，類似的：B可以將A的這句話記在本子上，然后再遞給C，那么正常情況下C所看到的就是：123456789，但是這就可能漏掉了當(dāng)時A說這句話時所包含的喜怒哀樂等各種情緒。

同樣的，模擬圖傳和數(shù)字圖傳也存在類似的關(guān)系，下面從物理原理和應(yīng)用特性來進(jìn)行詳細(xì)分析：

數(shù)字信號由于在傳輸中可以多次再生恢復(fù)而不降低質(zhì)量。還具有易于處理、調(diào)度靈活、高質(zhì)量、穩(wěn)定可靠、維護(hù)方便等優(yōu)于模擬傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，所以工業(yè)級應(yīng)用中通常都采用數(shù)字圖傳。

#答疑小科普1

既然數(shù)字傳輸是目前性能更優(yōu)的主流傳輸方法，那么為什么模擬傳輸還會繼續(xù)存在呢？

一是因?yàn)楝F(xiàn)存的一些通信系統(tǒng)依然是模擬的，有歷史遺留的也有新建立的，另一個更重要的原因是：現(xiàn)代許多的先進(jìn)數(shù)字通信系統(tǒng)，其中的一些單元仍然需要而且很適合于用模擬傳輸方法來實(shí)現(xiàn)，模擬傳輸?shù)闹饕夹g(shù)與方法，深刻地影響著后來的傳輸系統(tǒng)，是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

無人機(jī)圖傳常用頻段

根據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》及我國頻譜使用情況，規(guī)劃840.5-845MHz、1430-1444MHz和2408-2440MHz頻段用于無人駕駛航空器系統(tǒng)。

1、840.5-845MHz可用于無人駕駛航空器系統(tǒng)的上行遙控鏈路。其中，841-845MHz也可采用時分方式用于無人駕駛航空器系統(tǒng)的上行遙控和下行遙測鏈路。

2、1430-1444MHz頻段可用于無人駕駛航空器系統(tǒng)下行遙測與信息傳輸鏈路，其中，1430-1438MHz頻段用于警用無人駕駛航空器和直升機(jī)視頻傳輸，其他無人駕駛航空器使用1438-1444MHz頻段。

3、2408-2440MHz頻段可作為無人駕駛航空器系統(tǒng)上行遙控、下行遙測與信息傳輸鏈路的備份頻段。相關(guān)無線電臺站在該頻段工作時不得對其他合法無線電業(yè)務(wù)造成影響，也不能尋求無線電干擾保護(hù)。

此外，很多人為了追求穿透力會選擇433MHz這個開放性頻段，但是較難滿足高清圖傳的帶寬要求。另外由于其成本低，天線易小型化，便攜易安裝，因此成為業(yè)余無線電中最為擁擠的頻段，應(yīng)用環(huán)境相對較為混亂。

1.2GHz波頻最連貫，大多傳輸器都可處理主、輔兩種波頻，大多1.2GHz信號的發(fā)射器都不受溫差相位漂移的影響，也是微波無線視頻傳輸器里最適合陸對陸傳輸?shù)摹?strong>但是1.2GHz是管制頻段（一般指在空中），沒有開放性的業(yè)余頻段，在國內(nèi)通常服役于軍方和政府機(jī)構(gòu)，或者提供給取得資格證書的無線電愛好者合法使用。

對于高頻圖傳，常見頻段是5.8GHz，這個頻段國家劃分了開放的業(yè)余頻段，另外頻率高天線可以更加小型化，目前在5.8GHz工作的設(shè)備很少，這個頻段相對比較純靜，在干擾方面，可以在一定程度上彌補(bǔ)穿透力差的不足。但有利有弊，頻率越高電子元器件的造價越高，對天線等精度要求更高，更容易發(fā)熱，對靠近發(fā)射機(jī)的導(dǎo)磁體比低頻更敏感，做大功率更困難等。

#答疑小科普2

淺析頻率與穿透力、繞射能力的關(guān)系

在上面關(guān)于頻段的描述中，細(xì)心的朋友可能注意到了一個理論關(guān)系，即頻率與穿透力、繞射能力的關(guān)系。因?yàn)橛腥苏f“頻率越低，穿透力越強(qiáng)”，也有人說“頻率越高，穿透力越強(qiáng)”，所以在這個話題上，大家容易混亂。今天我們就針對這個問題做一個說明：

對于X射線，γ射線這類高頻高能射線（也是電磁波）來說，因其頻率高的同時能量也極高，且波長短，投射到介質(zhì)上時，僅一小部分被介質(zhì)的原子“擋住”，大部分經(jīng)由原子之間的縫隙“穿過”，從而表現(xiàn)出很強(qiáng)的穿透能力。墻面等障礙物可以視為不均勻的有電阻率的介質(zhì)。

對于通信行業(yè)用到的無線電波來說，由于頻率并不夠高，波長遠(yuǎn)大于介質(zhì)的分子間隙，所以在穿透時會發(fā)生很大的能量損耗。電磁波頻率越高，則波長越短，波峰和波谷離得越近，介質(zhì)中某一點(diǎn)附近電場的差異就越大，相應(yīng)電流就越大，所以損耗在介質(zhì)里的能量就越多。所以高頻的穿透能力比低頻弱。

無線電波還有衍射現(xiàn)象（即繞射）。頻率越高，波長越短，衍射越不明顯，繞射能力越弱。頻率越低，波長越長，衍射越明顯，繞射能力越強(qiáng)。

所以對于手機(jī)信號來說，低頻的穿透能力和繞射能力都強(qiáng)于高頻。

無人機(jī)圖傳主流技術(shù)

無人機(jī)圖傳系統(tǒng)采用了適當(dāng)?shù)?strong>視頻壓縮、信號處理、信道編碼以及調(diào)制解調(diào)技術(shù)。

其中涉及到的OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)是最為典型的實(shí)現(xiàn)多載波傳輸方案的技術(shù)之一，它可以有效對抗多徑干擾(ISI)，且可以自適應(yīng)選擇調(diào)制與編碼從而提高系統(tǒng)容量，因此被廣泛引用于多種圖/數(shù)傳產(chǎn)品中。

此外，QPSK （正交相移鍵控），也是一種常見的數(shù)字信號調(diào)制方式，具有較高的頻譜利用率、較強(qiáng)的抗干擾性，在電路上實(shí)現(xiàn)也較為簡單。

MIMO（多入多出），是一種相當(dāng)復(fù)雜的天線分集技術(shù)，主要有兩種表現(xiàn)形式，即空間復(fù)用和空時編碼。它利用多徑效應(yīng)來改善通信質(zhì)量，極大地提高了信道容量，具有極高的頻譜利用效率，因此被廣泛開發(fā)應(yīng)用到各種高速無線通信系統(tǒng)中。

除了以上的信道編碼及調(diào)制解調(diào)技術(shù)，部分無人機(jī)圖傳場景也可能涉及到Wi-Fi等無線局域網(wǎng)技術(shù)。Wi-Fi早年采用擴(kuò)頻方案，后隨著技術(shù)發(fā)展開始采用OFDM、CCK（補(bǔ)碼鍵控調(diào)制）等調(diào)制方案，近年來又逐漸引入MIMO概念。Wi-Fi無線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)自1997年開始也經(jīng)過了802.11、802.11a/b/g/n/ac/ax等各種版本的演變，并逐步實(shí)現(xiàn)了更大的帶寬、更高的傳輸速率。但基于TCP/IP協(xié)議的雙向握手機(jī)制很容易導(dǎo)致Wi-Fi圖傳無法實(shí)時傳輸航拍畫面，通常無法解決大延時的多徑問題，其協(xié)議為了追求傳輸速度和成本，只考慮了小空間范圍內(nèi)的傳播延時，這也是Wi-Fi不適合遠(yuǎn)距離實(shí)時通訊的一個重要原因。

//技術(shù)科普之——OFDM

OFDM技術(shù)是有效應(yīng)對寬帶信道復(fù)雜情況、實(shí)現(xiàn)多載波通信最常見的方法， 其基本原理是：把寬帶信道分割為窄小的正交子帶，把一條高速傳輸流變?yōu)椴⑿械亩鄺l低速流。串行流中的某個信號從不平坦的復(fù)雜寬信道轉(zhuǎn)換到子信道傳輸時，它的頻響就近似于平坦，接收信號就相當(dāng)于是一個簡單的增益的一個噪聲，這樣碼間干擾問題就容易解決了。從時域上來講，因?yàn)槭歉咚俚拇辛?，原來的時序相當(dāng)窄，信道的展寬明顯寬于它，這樣碼間干擾就很嚴(yán)重。如果我們劃分為K個子信道，每個子信道的傳輸速率就只需要分?jǐn)?/K，而它的碼元寬度就可以擴(kuò)寬K倍，恰當(dāng)選擇K值，就可以使碼元寬度明顯寬于信道展寬，這樣碼間干擾就削弱了?，F(xiàn)代的OFDM技術(shù)又應(yīng)用了正交子載波方案和快速傅立葉變換（FFT）兩個措施，解決了子信道之間留保護(hù)間隔造成的頻帶浪費(fèi)以及并行單元導(dǎo)致的系統(tǒng)龐雜問題，更趨于實(shí)用化。

無人機(jī)圖傳系統(tǒng)構(gòu)成

在無人機(jī)場景時，通常將位于機(jī)載平臺上的圖傳模塊稱為天空端，位于地面控制站的圖傳模塊稱為地面端，單向大碼流數(shù)據(jù)的通信方向?yàn)樘炜斩说降孛娑恕?/p>

天空端到地面端：通過 IP 網(wǎng)口支持大碼流數(shù)據(jù)發(fā)送，可用于視頻通信等業(yè)務(wù)；同時通過控制接口支持獨(dú)立的控制信道，可用于控制信息的通信。

地面端到天空端：通過 IP 網(wǎng)口支持小碼流數(shù)據(jù)發(fā)送，可用于與天空端 IP 網(wǎng)口的數(shù)據(jù)形成雙向通信；同時通過控制接口支持控制信息，與天空端發(fā)送的控制信息可形成雙向通信。

無人機(jī)圖傳產(chǎn)品選擇

目前市面上的無線圖傳模塊層出不窮，但產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。是否具有經(jīng)得起市場考驗(yàn)的核心技術(shù)至為關(guān)鍵。希諾麥田的點(diǎn)對點(diǎn)無線圖像/數(shù)據(jù)通信模塊（簡稱“無線圖/數(shù)傳”）——LENA系列產(chǎn)品，是基于全自主知識產(chǎn)權(quán)研發(fā)、專門針對行業(yè)級應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，可以廣泛應(yīng)用于無人機(jī)、地面機(jī)器人以及其他通信數(shù)據(jù)鏈場景。

（以上所列證書僅為部分）

LENA融合了4G、5G、WIFI等通信制式的優(yōu)點(diǎn)，采用軟件無線電架構(gòu)及OFDM技術(shù)，具有抗多徑干擾、遠(yuǎn)距離傳輸、低延時、繞射性能強(qiáng)、大數(shù)據(jù)帶寬通信、應(yīng)用靈活等特性。適用于1.40-1.46GHz工作頻段（其余頻段可定制），信號帶寬4MHz、8MHz、10MHz、14MHz、20MHz可選，采用AES 256bit加密標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行物理層加密。

按照不同的型號和功率等級，可以分別支持空地30km、50km、70km、100km、200km等中遠(yuǎn)距離傳輸場景（一般為帶寬5Mbps以上）；同時也可以支持30Mbps以上的超大帶寬數(shù)據(jù)回傳的通信場景。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景需求，可配置全向天線或定向天線及天線伺服轉(zhuǎn)臺實(shí)現(xiàn)傳輸目標(biāo)。

無人機(jī)組網(wǎng)應(yīng)用

除了點(diǎn)對點(diǎn)圖傳，希諾麥田基于全自研的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層研發(fā)的HEPBURN系列產(chǎn)品也可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的無線自組網(wǎng)功能，是適配于多種復(fù)雜通信場景的 Mesh 自組網(wǎng)模塊。（無線Mesh組網(wǎng)詳解指路Sinomartin前期推文：一文看懂Mesh組網(wǎng)，安排！

無人機(jī)組網(wǎng)示意圖

該系列產(chǎn)品采用軟件定義無線電架構(gòu)，可臨時、動態(tài)、快速構(gòu)建分布式無中心的自治性網(wǎng)絡(luò)，具有自組織、自恢復(fù)、高抗毀等許多優(yōu)點(diǎn)，可以支持無人機(jī)臨時加入和退出，多跳自動路由中繼，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化，速率自適應(yīng)，帶寬按需分配等，非常適合無人機(jī)集群協(xié)同通信。應(yīng)用領(lǐng)域包括但不限于環(huán)保、消防、電力巡檢、公路巡線、水文監(jiān)測、應(yīng)急通信、無人機(jī)集群協(xié)同工作統(tǒng)一控制等。

本文相關(guān)閱讀：無人機(jī)圖傳及組網(wǎng)功能如何實(shí)現(xiàn)？適用頻段有哪些？傳輸模塊如何選擇？

– END –

部分信息參考源：

中國大學(xué)MOOC《通信原理》、

大疆社區(qū)《模擬圖傳VS數(shù)字圖傳》、

CSDN、宇宙解碼、通信人家園等

僅供分享學(xué)習(xí)。

Sinomartin希諾麥田

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