航拍無人機(jī)的研發(fā)趨勢：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人機(jī)的內(nèi)部電路板拆解開來后，您會發(fā)現(xiàn)無人機(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+相機(jī)、圖像傳輸系統(tǒng)。而我們的這一無人機(jī)電路系統(tǒng)系列的三篇文章也將分別對應(yīng)這三個部分。
無人機(jī)能夠一躍進(jìn)入大眾視野并迅速在大眾市場火熱發(fā)展，是很多人始料未及的。從剛開始的空中攝錄，到后來的實(shí)時攝錄，方便的圖像傳輸功能無疑為無人機(jī)加足了籌碼，賺足了眼球。在第一篇文章中，將為您分析無人機(jī)的圖傳實(shí)現(xiàn)技術(shù)。
在無人機(jī)的視頻傳輸方面，深圳大疆無人機(jī)早就是航拍無人機(jī)市場的領(lǐng)導(dǎo)者。他們可以無線傳輸1080P高清視頻，這是其它眾多國內(nèi)娛樂無人機(jī)廠商目前沒有解決的問題。一般的做法是在云臺搭載相機(jī)，高空拍攝再飛回地面檢查。這種方式由于不能即時看到拍攝畫面，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)字信號傳輸?shù)竭b控器顯示屏上，技術(shù)上也較復(fù)雜，并且畫面會有馬賽克、停頓或卡死。畫面質(zhì)量也不夠好，用到專業(yè)航拍還有距離，適合普通愛好者娛樂。
2.4GHz2.4GHz是目前無人機(jī)市場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)分無人機(jī)檔次的一個關(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，來看目前市場上無人機(jī)圖傳系統(tǒng)的技術(shù)水平。Phantom 3的用戶只需將移動設(shè)備與遙控器相連接，即可使用 DJI Pilot App 實(shí)時查看 720P 的高清航拍畫面。即使在傳輸距離高達(dá)2公里時，畫質(zhì)仍然至臻至美，無可挑剔。并且可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)互聯(lián)，協(xié)同拍攝，增加攝影樂趣和穩(wěn)定度。
簡而言之，無人機(jī)圖像傳輸系統(tǒng)就是將天空中處于飛行狀態(tài)的無人機(jī)所拍攝的畫面實(shí)時穩(wěn)定的發(fā)射給地面無線圖傳遙控接收設(shè)備。圖像傳輸?shù)膶?shí)時性、穩(wěn)定性是關(guān)鍵。如下圖4所示為目前主流的無人機(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)對內(nèi)部器件的選型要求2.4GHz傳輸器是無人機(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)都還沒有開發(fā)出這種遠(yuǎn)距離無線高清視頻傳輸?shù)男酒?。但是無人機(jī)市場如此火熱，無線芯片廠商已經(jīng)在著手計(jì)劃推出專用芯片。未來我們也許會看到能同時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工程師可以通過分立器件去實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高帶寬的無線視頻傳輸。應(yīng)用于無人機(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)距離高帶寬的無線傳輸?shù)姆桨讣葟?fù)雜成本也很高，開發(fā)時間太長，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公司的軟件定義無線電(SDR)技術(shù)能夠解決無線遠(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)無人機(jī)的較遠(yuǎn)距離的高清無線圖傳。同時它還可以傳輸指令，無人機(jī)的無線傳輸可省去2.4GHz的RF收發(fā)IC。
電源和晶體振蕩器為電路系統(tǒng)提供動力和時鐘參考。而無人機(jī)對電源的要求十分苛刻，除了要確保低功耗高效率外，在無人機(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)用場景一般都是戶外，客戶勢必會做全溫范圍內(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(愛普生)的高精度溫補(bǔ)晶振(TCXO)技術(shù)，它也是無人機(jī)圖傳系統(tǒng)的理想選擇，其精度高達(dá)2ppm，完全能夠滿足無人機(jī)工作場景的環(huán)境要求。
盡管現(xiàn)在的無人機(jī)市場還比較小眾，不過自2014年已經(jīng)開始了爆發(fā)式增長的階段。在大疆之后，更多的企業(yè)進(jìn)入了這一高速成長的市場。出貨量從以前的百K級以內(nèi)增長到現(xiàn)在的百K/年，相比以前已經(jīng)有10倍的增長。不過，續(xù)航時間，載重能力仍然是現(xiàn)在無人機(jī)廠商需要面對的挑戰(zhàn)。但可以預(yù)見，無人機(jī)市場的潛力仍然巨大，前途依舊不可估量。
