应用于无人机图传的DVB-T算法研究及FPGA实现

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liguiming321
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随着无人机及其相关技术的飞速发展,其应用场合变得越来越广泛。目前,无人机已应用在农药喷洒、电力检测、地质勘探、灾害应急、地图测绘、环境监测等诸多领域。这其中的绝大部分应用场景都会涉及到无线图像传输模块。传统的无线图传以模拟图像为主,其在稳定性,传输距离,画面质量等方面均处于劣势。如今,数字图传已成为主要发展趋势,但目前基于CPU或者DSP的数字图传依然面临着成本高,功耗高,可靠性低等诸多问题。因此,无人机数字无线图传仍有很大的优化与发展空间。针对以上背景,本文提出了一种新的无人机数字无线图传解决方案。研究的核心内容为图传方案中的信道编码与调制部分。本文以欧洲地面数字电视标准DVB-T为主要参考,针对无人机图传这一特定应用场景进行算法设计与优化。在卷积交织部分增大了交织深度,使其在移动环境下具有更强的抗干扰能力,同时保证了实现复杂度、延迟时间仍然在可接受的范围内。在OFDM模块,针对保护间隔提出了一种以固定的伪随机序列充当前缀的方案。这极大地减少了接收端的同步时间,提高了无线图传的实时性。本文采用MATLAB软件完成了信道编码与调制部分的加扰、RS编码、卷积编码、卷积交织、比特交织和符号交织、星座映射、帧适应、OFDM所有模块的仿真,以及部分模块的改进后的性能仿真。并完成了所有模块的电路设计,对其中部分模块进行多种方案的电路设计,通过比较分析,使其消耗更少的FPGA片内资源并提高了系统时钟频率,减小了部分模块的时钟延迟。最终采用Spartan6系列FPGA芯片搭建了硬件系统,设计了完整的验证方案。在由视频压缩,信道编码与调制,DAC等芯片组成的无线图传发射系统上,验证了其功能的正确性。最终得到了可以支持1080P分辨率、60 fps帧率的实时图像传输,端到端最小延迟时间35 ms和抗多径干扰能力更强的数字无线图传系统。完成了低功耗,低成本,高比特率,抗干扰能力强的无人机数字无线图传的实物设计。且本设计采用FPGA芯片进行电路实现,满足了微型无人机对图传系统的体积和面积的严格要求。
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