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無線信道圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計

2011年08月16日 10:19 現(xiàn)代電子技術(shù) 作者:李秀坤 用戶評論(0

?????? ?引 言

  在某紅外圖像傳輸系統(tǒng)中,存在多信道通信狀況,需將紅外圖像及其他信息通過空中信道傳回指控平臺,以進行戰(zhàn)場狀態(tài)評估、目標(biāo)選擇和控制指令的發(fā)送。傳輸系統(tǒng)設(shè)計時既要采用有效的數(shù)據(jù)壓縮方法來降低傳輸碼率,盡量節(jié)省傳輸信道帶寬,同時又要引入差錯控制方式來抵制信道噪聲的干擾。

  本文考慮了系統(tǒng)的綜合要求:系統(tǒng)容量、作用距離、收發(fā)時延及算法實現(xiàn)復(fù)雜度,采用了8倍圖像壓縮、RS編碼加交織的方式進行了無線鏈路的設(shè)計,采用大規(guī)模FPGA完成發(fā)送端及接收端的算法實現(xiàn),并通過試驗驗證設(shè)計指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求。

  1 無線信道圖像傳輸系統(tǒng)設(shè)計

  1.1 系統(tǒng)特點

  系統(tǒng)容量有限 實際使用環(huán)境中圖像發(fā)送端和接收端都處于空中平臺中,考慮系統(tǒng)中有多個數(shù)據(jù)流通信,圖像實際使用帶寬過大,一方面影響整個系統(tǒng)容量,另外會帶來接收端諸多問題,為滿足實際工程應(yīng)用,必須控制每組信道的使用帶寬,故而需將圖像壓縮后傳輸。

  實時性 由于圖像發(fā)送和接收的實時性要求高,使用體積有限,故而選擇的圖像壓縮和解壓縮算法必須高效、易于實現(xiàn),同時時延小。

  高保真圖像顯示 由于接收端需要對圖像進行分辨從而做出正確的選擇,因而圖像壓縮算法必須選用高保真的壓縮算法。

  干擾信道環(huán)境 使用環(huán)境為戰(zhàn)時復(fù)雜的電磁環(huán)境,信道中存在著各種噪聲、突發(fā)干擾和隨機干擾。

  1.2 系統(tǒng)方案

  由于系統(tǒng)容量要求,采用頻分體制完成多個信道的同時工作,同時將紅外圖像壓縮后傳輸以減小每個信道使用帶寬。

  考慮到使用環(huán)境的體積有限,實時性及高保真要求,選擇多分辨率重采樣圖像壓縮算法解決方案,壓縮采用硬件實現(xiàn),解壓縮使用軟件在計算機內(nèi)處理后顯示。

  由于實際信道存在突發(fā)干擾和隨機干擾,而壓縮后的圖像數(shù)據(jù)非常敏感,一個誤碼就能導(dǎo)致一幀數(shù)據(jù)的重放失敗,影響接收端使用,故必須使用糾錯編碼來抵制信道中的干擾。選擇糾錯編碼不僅需考慮面臨的干擾形式還必須考慮編解碼實現(xiàn)的難易度、效率、時延。通過對比和仿真,采用戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中通用的RS編碼并進行交織以提高系統(tǒng)抗干擾能力。同時選擇合適的發(fā)送天線,合理分配各組件增益,根據(jù)系統(tǒng)使用需求,使用控制電路完成對發(fā)射信號的發(fā)送控制。無線信道圖像傳輸系統(tǒng)原理框圖見圖1。

無線信道圖像傳輸系統(tǒng)原理框圖

  1.2.1 發(fā)送端設(shè)計

  發(fā)送端包括三部分:綜合基帶、發(fā)射機和天線。綜合基帶是其中的關(guān)鍵部件,完成對圖像數(shù)據(jù)的采集、壓縮、編碼和交織,完成對狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、編碼,完成對傳送數(shù)據(jù)的組幀輸出及對發(fā)射信號的發(fā)送控制。考慮功耗、體積和實際耗費資源,選擇一片大規(guī)模FPGA完成所有信號處理。

  發(fā)射機完成數(shù)據(jù)調(diào)制、放大輸出。

  天線完成微波信號的輻射。

  1.2.2 接收端設(shè)計

  接收端包括四部分:接收天線、信號處理機、接收處理組件。

  接收天線完成微波信號的接收。

  信號處理機完成圖像數(shù)據(jù)的解交織、解碼和狀態(tài)數(shù)據(jù)的解碼,同時完成解碼數(shù)據(jù)的組幀和USB數(shù)據(jù)同步、緩存及數(shù)據(jù)輸出。考慮功耗、耗費資源和處理時延,采用一片大規(guī)模FPGA加FIFO及接口芯片完成相應(yīng)處理。

  接收處理組件完成數(shù)據(jù)的接收、存盤、圖像數(shù)據(jù)提取、解壓縮和顯示及狀態(tài)數(shù)據(jù)的提取和顯示。解壓縮采用軟件實現(xiàn),解壓縮軟件嵌入到指控平臺接收端的接收軟件中,在接收信號的同時完成壓縮圖像的解碼和實時顯示。

  1.3 關(guān)鍵技術(shù)

  1.3.1 天線設(shè)計

  由于發(fā)送端設(shè)備位于導(dǎo)彈上,接收端設(shè)備位于飛機上,故而存在收發(fā)天線失配問題,設(shè)計時接收端天線采用圓極化形式,發(fā)送端天線采用一對垂直分布的線極化天線,這樣將極化損耗降到最低,有利于接收端的接收。同時考慮通信時抗干擾問題,發(fā)送端天線采用后向天線圖形式,為增加抗干擾性,還要求發(fā)送端天線具有一定的增益。圖2為發(fā)送天線仿真圖。

  1.3.2 信源信道聯(lián)合編解碼技術(shù)

  由于紅外導(dǎo)引頭的圖像格式不是標(biāo)準(zhǔn)的視頻圖像格式,普通的視頻圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)并不適用;紅外導(dǎo)引頭的圖像具有目標(biāo)形狀變化比較快的特點,也不適用幀間壓縮方式;同時考慮到彈上應(yīng)用環(huán)境的特殊性,壓縮算法必須具有硬件實現(xiàn)簡單、體積和功耗小,考慮實際使用環(huán)境,其壓縮和解壓縮算法實現(xiàn)還必須具備實時性強的特點,因此,選用多分辨率重采樣圖像壓縮算法對圖像數(shù)據(jù)進行壓縮。

  根據(jù)壓縮后的圖像比特數(shù),將全幀數(shù)據(jù)分為若干個子幀,對每個子幀進行RS編碼,然后將所有子幀進行交織以打亂信道突發(fā)干擾對傳輸信息的影響。

  接收端若使用軟件對RS碼解碼,會造成較大的時延,故使用硬件完成圖像數(shù)據(jù)的解交織、譯碼和狀態(tài)數(shù)據(jù)的譯碼,使用軟件完成圖像數(shù)據(jù)的解壓縮和圖像顯示。

  

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( 發(fā)表人:小蘭 )

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