警用旋翼机数据处理及传输系统设计

摘要 警用旋翼机系统以小型无人旋翼机为工作平台，主要应用于执勤和处突现场的侦察和监视。其中数据处理及传输系统包括旋翼机平台控制子系统、视频信息采集处理和传输子系统。给出了旋翼机平台控制系统结构框图和视频采集、处理模块的数据接口图。视频采集和处理模块中，分别选用SAA7111A为视频采集芯片和Hi3510为视频处理、压缩芯片，通过高带宽的WIMAX模块进行无线传输。满足图像处理的高压缩比和低失真要求。
关键词 旋翼机；视频处理；无线数据传输

旋翼机是一种介于直升机和固定翼飞机之间的飞行器。早在上世纪二三十年代就开始研制，它产生时间比直升机早，由于军方不重视、驾驶员操作不当、经常引起飞行事故等原因，使得旋翼机的研制一度陷入低谷。近年来，由于其自身一系列优点，旋翼机又成为国内外的研制热点。
设计的数据处理及传输系统以旋翼机为飞行平台，根据任务需求，搭载了CCD高分辨率摄像机，从控制逻辑上分为旋翼机平台控制系统和视频数据采集处理系统两部分，设计上是统一的整体。

1 旋翼机平台简介
旋翼机平台由最基本的机身、动力系统、尾面和起落架构成，其中动力系统由发动机或电源、旋翼系统和螺旋桨组成。旋翼机与直升机和固定翼飞机的最大区别就在于动力系统的不同。
旋翼机的前行动力是由螺旋桨产生的推／拉或其它类似于这种推／拉力的供能方式提供，升力是由前方气流吹动旋翼自转提供。同时，由于旋翼采用自转的方式，不需要像直升机一样用尾桨抵消旋翼产生的扭力，结构比直升机简单很多，其气动效率也比直升机高，具有结构简单、经济性高；操作、维护方便；起降距离短，不需要专门机场；可靠性高等特点曾一度被称为“最安全的飞行器”。

2 系统总体设计
2．1 旋翼机平台控制子系统设计
旋翼机平台控制子系统的设计是整个系统设计基础，优良的任务平台才能确保各种任务载荷正常工作。旋翼机平台控制部分按完成功能的不同可以划分为数传电台、获取平台状态信息传感器部分、平台控制计算机、执行器驱动系统以及电源模块。控制子系统的具体结构如图1所示。

获取平台状态信息的传感器有角速度陀螺仪、气压高度计、加速度计、数字罗盘、GPS导航模块。其中，角速度陀螺仪、气压高度计和加速度计采集模拟信号，需经过模／数转换后传送至平台控制单片机，数字罗盘和GPS导航模块产生的数字信号直接传输至单片机。
平台控制单片机是控制子系统的核心计算部件，它在每个控制周期内利用PID控制算法，实时处理采集的传感器数据，将得到的旋翼机平台姿态和位置信息，通过数传电台传输至地面指挥、遥控中心。同时，根据实际计算出的控制量，转化为相应PWM信号驱动舵机工作，保持平台稳定飞行。
2．2 视频采集与处理电路设计
视频采集与处理模块关键芯片的选取主要考虑3个因素：
(1)旋翼机上CCD摄像机在高空对地面物体进行拍摄，要在远距离采集高质量视频信号，摄像机必须具备良好聚焦和变倍性能。
(2)结合图像传输失真要求和无线传输带宽实际情况，要选择合适的视频编码压缩算法和压缩方式。
(3)为方便搭建逻辑控制电路，选取系列化具有通用无缝接口的采集芯片和编码压缩芯片。