多轴飞行器无人机无线控制与视频传输挑战

Xuxingfu · 发表于 2015-3-8 19:52

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作为娱乐级的无人机，可能只需要用到传输的遥控技术，2.4GHz或5.8GHz的无线遥控都可以满足。虽然433MHz频段穿透性强，通讯距离远，可以最远传输达2公里，但由于其抗干扰能力弱，遥控无人机或飞行器上都不太采用。2.4GHz或5.8GHz的无线射频芯片有很多家芯片厂商都可以提供，一直以来都为遥控玩具厂商采用，可供选择的芯片较多。

多轴无人机由于可以非常稳定的飞行，在装戴云台和相机后，可以在高空中拍摄视频，并通过无线通信(5.8G、WIFI或LTE)即时传输到地面，其用途更加广泛。合泰半导体产品技术开发处/马达产品技术部专案处长潘健章认为，四轴航拍飞行器已经从少数的用途(交通监控、大气监控、城市规划、边境巡防、灾情监视、监测农业庄稼生长与病虫害情况、精准喷洒农药、边疆巡航、城市反恐等)，开始走向大众消费者(航拍)，成为一款智能硬件商品。

目前博通公司的Wi-Fi和蓝牙组合芯片已广泛应用于无人机上，在控制信号传输和视频传输上均有涉猎。应用于无人机上的WLAN芯片主要特性为同时维护视频信道和控制信道的可靠性和稳定性。这些芯片拥有先进的接收架构、高接收灵敏度，以及各种先进的信道管理能力，其中就包括针对高速和抗噪连接的MIMO和双频技术。“博通的WICED 开发套件支持Linux，Android和基于RTOS设计的操作系统，”博通公司无线连接组合事业部产品营销高级总监Brian Bedrosia说。

在无人机的视频传输方面，深圳大疆DJI无人机早就是航拍无人机市场的领导者。他们可以无线传输1080P高清视频，这是其它众多国内娱乐无人机厂商目前没有解决的问题。一般的做法是在云台搭载相机，高空拍摄再飞回地面检查。这种方式由于不能即时看到拍摄画面，所以还不能满足航拍的要求。陈一民介绍，目前有不少方案是采用5.8GHz频段传输模拟视频到地面，最远距离能达600多米。但这种方式需要在飞行器上将高清(1080P或4K)转码成720P，再转成数字信号传输到遥控器显示屏上，技术上也较复杂，并且画面会有马赛克、停顿或卡死。画面质量也不够好，用到专业航拍还有距离，适合普通爱好者娱乐。

目前专业WiFi芯片厂商还没有开发出这种远距离无线高清视频传输的芯片，包括博通与高通都没有。但是无人机市场如此火热，无线芯片厂商已经在着手计划推出专用芯片。“未来我们将会看到能同时与控制器和显示器建立链路的双模芯片组，”博通公司 Brian Bedrosian表示。

在专用芯片推出之前，一种采用软件定义无线电的方法解决了无线远距离和高带宽传输的矛盾。在ADI公司的软件定义无线电(SDR)技术问世之前，RF工程师可以通过分立器件去实现远距离高带宽的无线传输，但是方案既复杂成本也很高，开发时间太长，不太适合用于消费类的产品上。

ADI半导体高级客户应用经理章新明介绍，公司的AD9561/64系列集成式RF收发器已经被大量应用到无人机。“AD9561/64拥有高性能2x2I/Q收发器，可以实现 70MHz至6.0GHz可调频率范围，200kHz至56HHz的通道带，可轻松实现无人机的较远距离的高清无线图传。”章新明说，“同时它还可以传输指令，无人机的无线传输可省去2.4GHz的RF收发IC。”

无人机仍将面临的技术难题

虽然无人机前景被一致看好，但事实上无人机仍然还面临很多技术上的难题，包括电池的续航瓶颈、更高效率的旋翼的设计、更远程的控制与通信、以及在软件上如何更方便的操控来普及产品等。这些方面的技术挑战，随着众多公司在无人机上的研发不断投入都有可能解决，但还有一个现实的问题，困扰着无人机，尤其是专业航拍级的无人机厂商。

专业航拍无人机定价动辄高达上万块RMB，同时还搭载高端的相机或摄像机。在使用过程中，哪怕是出现一次故障，造成无人机坠机，都会给消费者带来重大的损失，甚至是地面人员的人身安全。在专业论坛中被发烧友们称为“炸机”的无人机坠机事件不断发生，专业航拍厂家为此最为头痛，主要原因是基本上即使是有事故视频，甚至是飞机“残骸”，技术人员也不能断定事故真正的原因。

无人机制造厂伟力玩具的技术总监翟占超他本人也是一位多年的航模发烧友，他认为“炸机”的原因算归纳起来有两种：一种原因是生产与安装过程中不够好，出现机械方面的问题；另一种是信号与软件算法的问题。

翟占超表示要彻底解决这个无人机飞行器的坠机很难。现在装配的问题比较容易发现和避免的，比如调速器行程不一致，连线不够牢靠，机身震动，结构装配不到位等，这些问题在飞机动作量大时很容易导致失控。最严重的是飞控自身存在的不稳定很可怕，不定时的会出现运算错误，比如由于环境原因造成的磁场错乱、GPS信号弱、遥控器失控以及电池突然没电等。他认为，现在的飞控上需要考虑到以上这些情况下的安全处理。