无人机图传系统接收机关键技术研究与实现

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近年来,随着无人机的应用越来越广泛,无人机的相关技术也在飞速发展。无人机图像传输系统作为无人机系统的重要组成部分,迅速成为无人机领域中的一个研究热点。COFDM(编码正交频分复用)是一种多载波调制与信道编码相结合的通信技术,可将无人机传输的高速串行图像信号转换成多路并行的窄带数据流,并将它们调制到相互正交的子载波上发送出去,在有限的带宽中实现大量数据的传输,还可通过信道编码提高抗干扰能力,非常适用于无人机图传信号的传输。  本文在分析了现在无人机图传系统的信道特性、性能要求、关键技术以及结构框架的基础上,完成了无人机图传系统接收机技术方案的设计与实现。首先,根据无人机图传系统接收机的性能需求,制定系统的参数,选择DVB-T作为无人机图传系统的通信协议,基于DVB-T集成化平台设计了一款无人机图传系统接收机。然后,在DVB-T协议的基础上,根据无人机图传系统的特点,对基带系统的参数做了改进,提出了一个基于FPGA的COFDM接收机基带系统的设计方案,并按照方案完成COFDM接收机基带系统的关键模块在FPGA上的实现。  无人机图传系统接收机设计分为硬件设计和软件设计。在硬件设计中,选择Mstar的MSD7828为整个系统的核心;使用DIB9090M调谐解调一体化芯片实现图传信号的调谐解调;以微处理器STM32F103RCT6为核心控制器实现接收机系统的外部控制;系统的电源供电模块以12V输入再对各模块采用单独稳压供电。在软件设计中,主程序是基于Mstar提供的软件开发套件在Linux嵌入式操作系统上进行开发的,分为前端调谐解调器配置、外部控制指令信号接收、信源解码和用户界面切换几部分;外部控制程序设计以keil MDK-uVision4为开发环境,实现控制板对接收机主机的控制。  在COFDM接收机基带系统的设计中,先对其关键技术—时间和载波频率同步进行深入研究,在经典的OFDM时频同步算法的基础上,根据无人机图传系统的特点做进一步改进,提高算法的同步性能,降低算法在FPGA上实现的复杂度,并在Matlab上进行仿真验证。同时根据系统的功能和参数,在Matlab上对COFDM基带系统进行仿真分析,为COFDM接收机基带系统在FPGA上的设计提供仿真激励数据和结果对比参考。最后,以Xilinx FPGA为硬件平台,使用Verilog HDL语言对基带系统进行程序设计,完成COFDM接收机基带系统关键模块在FPGA上的实现。  测试结果表明,本文设计的基于DVB-T集成化平台的无人机图传系统接收机和基于FPGA的COFDM接收机基带系统都满足了方案设定的参数及性能要求。
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