无人机数据链的主要技术参数解析

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一说到无人机数据链，就牵涉到不少关于射频的概念，对这些概念也总是模模糊糊，说不清道不明，今天就索性来好好梳理下吧。

无人机的常用数据链路

目前，无人机常用的三条数据链路，三个都是传数据，但是特点差异太大：
1、实时控制链路，即遥控器；数据量极少（sbus协议只有25个字节），但实时性要求极高（要求14ms发送一次），据说几十ms延迟高手就能体会出来。
2、遥控遥测数据链路，即数传；数据量比较小（某度飞控是200ms下发99个字节的数据包；但是在磁罗盘校准的时候，需要下发给地面站的数据量比较大），但是要求双向传输，而且要保证质量和距离余量，这是无人机的命脉（在没有遥控器的时候，也是控制无人机的链路）。
3、图像下传链路，即图传；带宽要求很高（要传输高清视频嘛），延迟不能太大。

如果使用RTK，就又增加了一个链路：RTK基站每秒向流动站发送300~800个字节的数据包一次（某飞控使用的RTK，是每秒向流动站发送400个字节的数据包一次），主要包括基站坐标信息和基站接收到的卫星信息等。如何保障这一数据安全可靠的无线传输，是野外测量精准定位作业的关键。

无人机数传电台的主要技术参数

无人机数传电台选型时，需要关注的主要技术参数：
1、工作频率：常见的是902~928MHz。
2、组网模式：点对点、点对多点、中继、对等网等。
3、工作方式：常见的是跳频(FHSS)。比如Digi XBee模块的扩频技术，主要有两种FHSS和DSSS，还有一种Digi独有的CSS。简单记忆就是：2.4GHz的模块，采用的是DSSS，900MHz模块采用的是FHSS，特殊的XLR是采用CSS。
4、通信距离，这个指标很关键，不能只看厂家的标称，需要自己实测，以装到整机上实际测试的结果为准。
5、体积和重量：指数传电台机载端的体积和重量，这两个指标越小，越容易集成到无人机机架上。数传电台地面端的体积和重量一般与数传电台机载端区别不大，常见的仅接口方式不同。
6、供电电压和电流：常见是12V供电，最大电流在1A以内。
7、接口：常见的是RS232或TTL接口，也有RS422接口的，波特率常用的是115200、57600或38400，取决于飞控或任务载荷。
8、空中速率，这个指标也很关键。比如Digi SX Pro模块的空中速率是250kbps，Microhard P900模块的空中速率是276kbps。
9、方便调试，就是说不需要复杂的参数设置。
10、保密性好、抗干扰性强。


无人机数传电台的技术参数解析：
1、数传电台的调制方式主要有以下几类：
（1）GMSK：高斯滤波最小频移键控。GMSK调制是在MSK(最小频移键控)调制器之前插入高斯低通预调制滤波器这样一种调制方式。GMSK提高了数字移动通信的频谱利用率和通信质量。
（2）CPFSK：连续相位频移键控。采用CPFSK调制方式使接收机易于实现，与QPSK的调制方式相比对相位稳定度要求不高，不易受外界温度噪声的影响，而且在信号解调处理时实现低功耗。
（3）QAM：正交振幅调制。QAM是用数字信号去调制载波的幅度和相位，使载波的輻度和相位受控于数字信号，常用有16QAM、32QAM、64QAM等。这种调制由于载波的幅度和相位都带有信息，所以它比QPSK方式所能传输的数码率高。
（4）QPSK：四进制相移键控调制。QPSK是一种四进制的相位键控调制方式，可以看成是两正交的二相调制合成。把相继码元的四种组合(00、01、10、11)对应于载波的四个相位（0、±π/2、π）。
2、信道和信道间隙。信道指发射、接收时占用的频率值。相邻信道之间的频率差值称为信道间隙。规定的信道间隙有25KHz（宽带）、20KHz、12.5KHz（窄带）等。针对Digi XBee Pro 900HP模块，将频段902.4~927.6MHz分成了64个频道，其信道间隙就是40KHz。
3、时延：从发送端接收到第一个字节数据到接收端串口输出数据的第一个字节所需要的时间。数据传输延时是无线数据传输与有线数据传输的最大区别。无人机数传电台正常传输时的时延比较小（某数传电台给出的收发时延是7ms），比图传时延小很多，所以一般不用考虑该指标；但是，若是发生数据拥堵的时候，时延会大大增加，甚至是秒级的，这时候就影响使用了。
4、误码率（BER=bit error）是衡量数传电台数据在规定时间内数据传输精确性的指标。通常数传电台的误码率应该：BER≤10e-6。

无人机数字图传的主要技术参数

无人机数字图传选型时，需要关注的主要技术参数：
1、时延：图传的时延主要来自图传编码和摄像机成像。实际应用中，选型要求为相机到显示器之间的延时小于500ms，小于300ms更好。无人机数字图传在正常使用时，时延是相对固定的，可以看到的视频也会比较流畅；但是，在受到干扰或有遮挡的时候，时延会大大增加，甚至是秒级的，这时候看到的视频就是卡顿的了。
2、通信距离，这个指标很关键，不能只看厂家的标称，需要自己实测，以装到整机上实际测试的结果为准。
3、频段：图传的工作频段，常见的是300~600MHz之间的，也有2.4GHz和5.8GHz的图传。
4、发射功率：指图传发射端的发射功率。针对工业级多旋翼无人机，要求发射功率≤1W，否则容易对飞控或数传模块造成干扰。
5、体积和重量：指图传发射端的体积和重量，这两个指标越小，越容易集成到无人机机架上。对于图传接收端，一般要求不高。
6、供电电压和电流：常见是12V供电，最大电流在1.5A以内。
7、接口：图传发射端的视频接口最好是HDMI，接收端的视频接口是HDMI最好，网口的也可以使用。
8、方便调试，就是说不需要复杂的参数设置。
9、保密性好、抗干扰性强。


无人机数字图传的技术参数解析：
1、先用形象的方式介绍几个名词（学通讯相关的同学可以跳过这一部分）：
信道：通信系统中传输的通道，好比是高架桥。
信源：信源是产生各类信息的实体，好比是载满水泥的大卡车。
编码：好比是快递与打包，为了传输过程中有无损坏。
扩频：是一种信息处理改善传输性能的技术，好比是八路，隐蔽性高、抗干扰能力强。　
调制：好比是新的交通工具，减少传递步骤。
具体来说，图传就是要把一个东西准确、快速地从一个地方传递到另一个地方，要抗干扰，还要抓重点。所以信源和信道就要改善，关于信道技术就是抓重点的基础，比如目前常见的MPEG-2、MPEG-4等技术，简单地说就是把图片的重点压缩，抓住重点传输。信道编码就是为了减少码元数率，减少带宽占用，因为传输跟带宽有关系，抓住重点可以避免浪费功率。目前无人机图传主流的技术由OFDM、WiFi等。
2、带宽：带宽又叫频宽，是指在固定的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹来表示。描述带宽时常常把“比特/秒”省略。例如，带宽是10M，实际上是10 Mb/s。语音一般来说都是3K左右，因为普通人说话3K就够了，如果能够压缩的话几百K就够了，所以语音的传输带宽是非常小的。而现在无人机的带宽都是以M起步，这对远距离传输的挑战就大了很多。传输距离取决于灵敏度，根据香农公式，带宽增加十倍，灵敏度就下降十倍，带宽对于无线传输来说是很珍贵的。所以，单独评估带宽这个参数没有意义，要综合考虑传输距离、灵敏度和带宽等参数，通过实际测试，观察接收到的视频的流畅性，满足实际需要的就是合适的参数。

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