航拍無(wú)人機(jī)的研發(fā)趨勢(shì)：圖像傳輸系統(tǒng)轉(zhuǎn)載自網(wǎng)絡(luò)
當(dāng)我們把目前主流的無(wú)人機(jī)的內(nèi)部電路板拆解開(kāi)來(lái)后，您會(huì)發(fā)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的電路控制系統(tǒng)主要由三大部分組成：飛控系統(tǒng)、云臺(tái)+相機(jī)、圖像傳輸系統(tǒng)。而我們的這一無(wú)人機(jī)電路系統(tǒng)系列的三篇文章也將分別對(duì)應(yīng)這三個(gè)部分。
無(wú)人機(jī)能夠一躍進(jìn)入大眾視野并迅速在大眾市場(chǎng)火熱發(fā)展，是很多人始料未及的。從剛開(kāi)始的空中攝錄，到后來(lái)的實(shí)時(shí)攝錄，方便的圖像傳輸功能無(wú)疑為無(wú)人機(jī)加足了籌碼，賺足了眼球。在第一篇文章中，將為您分析無(wú)人機(jī)的圖傳實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
在無(wú)人機(jī)的視頻傳輸方面，深圳大疆無(wú)人機(jī)早就是航拍無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)者。他們可以無(wú)線傳輸1080P高清視頻，這是其它眾多國(guó)內(nèi)娛樂(lè)無(wú)人機(jī)廠商目前沒(méi)有解決的問(wèn)題。一般的做法是在云臺(tái)搭載相機(jī)，高空拍攝再飛回地面檢查。這種方式由于不能即時(shí)看到拍攝畫(huà)面，所以還不能滿足航拍的要求。
目前有不少方案是采用5.8GHz頻段傳輸模擬視頻到地面，最遠(yuǎn)距離能達(dá)600多米。但這種方式需要在飛行器上將高清(1080P或4K)轉(zhuǎn)碼成720P，再轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)竭b控器顯示屏上，技術(shù)上也較復(fù)雜，并且畫(huà)面會(huì)有馬賽克、停頓或卡死。畫(huà)面質(zhì)量也不夠好，用到專業(yè)航拍還有距離，適合普通愛(ài)好者娛樂(lè)。
2.4GHz2.4GHz是目前無(wú)人機(jī)市場(chǎng)比較主流采用的頻段。在大疆最新發(fā)布的Phantom 3上，就搭載了使大疆在攝影行業(yè)都備受好評(píng)的DJI Lightbridg全高清數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)，內(nèi)置 2.4G 遙控器鏈路。圖像傳輸系統(tǒng)的性能是區(qū)分無(wú)人機(jī)檔次的一個(gè)關(guān)鍵因素。圖像傳輸距離的遠(yuǎn)近，圖像傳輸質(zhì)量的好壞，圖像傳輸?shù)姆€(wěn)定性等是衡量無(wú)人機(jī)圖傳性能的關(guān)鍵因素。
以DJI Lightbridg全高清數(shù)字圖像傳輸系統(tǒng)為例，來(lái)看目前市場(chǎng)上無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)的技術(shù)水平。Phantom 3的用戶只需將移動(dòng)設(shè)備與遙控器相連接，即可使用 DJI Pilot App 實(shí)時(shí)查看 720P 的高清航拍畫(huà)面。即使在傳輸距離高達(dá)2公里時(shí)，畫(huà)質(zhì)仍然至臻至美，無(wú)可挑剔。并且可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)互聯(lián)，協(xié)同拍攝，增加攝影樂(lè)趣和穩(wěn)定度。
簡(jiǎn)而言之，無(wú)人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)就是將天空中處于飛行狀態(tài)的無(wú)人機(jī)所拍攝的畫(huà)面實(shí)時(shí)穩(wěn)定的發(fā)射給地面無(wú)線圖傳遙控接收設(shè)備。圖像傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性、穩(wěn)定性是關(guān)鍵。如下圖4所示為目前主流的無(wú)人機(jī)遙控器/高清圖傳線路框圖。其組成部分主要由發(fā)射端、接收端和顯示端三部分組成。
圖傳系統(tǒng)對(duì)內(nèi)部器件的選型要求2.4GHz傳輸器是無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)的核心器件。雖然433MHz頻段穿透性強(qiáng)，通訊距離遠(yuǎn)，可以最遠(yuǎn)傳輸達(dá)2公里，但由于其抗干擾能力弱，遙控?zé)o人機(jī)或飛行器上都不太采用。目前專業(yè)WiFi芯片廠商(包括博通與高通)都還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出這種遠(yuǎn)距離無(wú)線高清視頻傳輸?shù)男酒?。但是無(wú)人機(jī)市場(chǎng)如此火熱，無(wú)線芯片廠商已經(jīng)在著手計(jì)劃推出專用芯片。未來(lái)我們也許會(huì)看到能同時(shí)與控制器和顯示器建立鏈路的雙模芯片組。
在專用芯片推出之前，RF工程師可以通過(guò)分立器件去實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高帶寬的無(wú)線視頻傳輸。應(yīng)用于無(wú)人機(jī)上的2.4GHz傳輸器IC必須具備高接收靈敏度、低功耗、小體積以及各種先進(jìn)的信道管理能力。此外我們還需要高性能的PA/LNA/ FILTER IC與2.4GHz的傳輸器IC相配合。據(jù)悉，Avago的一系列PA/LNA/ FILTER IC已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大疆無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)中。
另一方面，采用分立器件去實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高帶寬的無(wú)線傳輸?shù)姆桨讣葟?fù)雜成本也很高，開(kāi)發(fā)時(shí)間太長(zhǎng)，不太適合用于消費(fèi)類的產(chǎn)品上。目前市面上比較成熟的是ADI公司的軟件定義無(wú)線電(SDR)技術(shù)能夠解決無(wú)線遠(yuǎn)距離和高帶寬傳輸?shù)拿堋?/p>
例如AD9561/64系列集成式RF收發(fā)器已經(jīng)被大量應(yīng)用到無(wú)人機(jī)。AD9561/64擁有高性能2x2I/Q收發(fā)器，可以實(shí)現(xiàn) 70MHz至6.0GHz可調(diào)頻率范圍，200kHz至56HHz的通道帶，可輕松實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)的較遠(yuǎn)距離的高清無(wú)線圖傳。同時(shí)它還可以傳輸指令，無(wú)人機(jī)的無(wú)線傳輸可省去2.4GHz的RF收發(fā)IC。
電源和晶體振蕩器為電路系統(tǒng)提供動(dòng)力和時(shí)鐘參考。而無(wú)人機(jī)對(duì)電源的要求十分苛刻，除了要確保低功耗高效率外，在無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)中，還必須具有高的紋波抑制比。
另一方面，由于飛行器的應(yīng)用場(chǎng)景一般都是戶外，客戶勢(shì)必會(huì)做全溫范圍內(nèi)的溫度補(bǔ)償，目前晶體振蕩器行業(yè)里比較領(lǐng)先的是EPSON(愛(ài)普生)的高精度溫補(bǔ)晶振(TCXO)技術(shù)，它也是無(wú)人機(jī)圖傳系統(tǒng)的理想選擇，其精度高達(dá)2ppm，完全能夠滿足無(wú)人機(jī)工作場(chǎng)景的環(huán)境要求。
盡管現(xiàn)在的無(wú)人機(jī)市場(chǎng)還比較小眾，不過(guò)自2014年已經(jīng)開(kāi)始了爆發(fā)式增長(zhǎng)的階段。在大疆之后，更多的企業(yè)進(jìn)入了這一高速成長(zhǎng)的市場(chǎng)。出貨量從以前的百K級(jí)以內(nèi)增長(zhǎng)到現(xiàn)在的百K/年，相比以前已經(jīng)有10倍的增長(zhǎng)。不過(guò)，續(xù)航時(shí)間，載重能力仍然是現(xiàn)在無(wú)人機(jī)廠商需要面對(duì)的挑戰(zhàn)。但可以預(yù)見(jiàn)，無(wú)人機(jī)市場(chǎng)的潛力仍然巨大，前途依舊不可估量。
