本實用新型屬于測控通信領域，尤其是涉及一種微小型模塊化機載測控通信裝置。

背景技術：

測控通信系統(tǒng)是無人機完成任務必不可少的部分，將機載的圖像信息、載荷狀態(tài)信息、飛機狀態(tài)信息傳回地面，將地面的載荷控制指令、飛行控制指令、飛行航點等信息傳給機載設備。

目前的數(shù)據(jù)鏈產(chǎn)品，采用上變頻的方式設計發(fā)射鏈路，成本較高，電路復雜，并且每款產(chǎn)品只針對固定的應用，可擴展性不強。現(xiàn)有的無人機測控通信系統(tǒng)由分立設備組成，每種設備只能傳輸一種數(shù)據(jù)，如機載飛控的狀態(tài)信息和控制指令、機載載荷的狀態(tài)信息和控制指令，機載載荷的遙感數(shù)據(jù)等，需要的安裝空間較大，且只針對特定的飛控和載荷，更換飛控或載荷時，需要同時更換測控通信系統(tǒng)，在不同的應用中，所能實現(xiàn)的功能是固定的，無法根據(jù)實際使用到的功能進行裁剪或擴展。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本實用新型旨在提出一種微小型模塊化機載測控通信裝置，以解決上述問題的不足之處，實現(xiàn)模塊化、體積小、功能可靈活替換、擴展性高的功能。

為達到上述目的，本實用新型的技術方案是這樣實現(xiàn)的：

一種微小型模塊化機載測控通信裝置，包括數(shù)據(jù)處理單元和微波前端模塊，所述數(shù)據(jù)處理單元包括電源板、圖像板和基帶板，所述基帶板分別通過對插連接器與電源板、圖像板堆疊連接，所述數(shù)據(jù)處理單元和微波前端模塊堆疊連接。

進一步的，所述基帶板包括基帶處理模塊、射頻發(fā)射模塊、射頻接收模塊和接口模塊，所述基帶處理模塊與圖像板連接，并分別通過射頻發(fā)射模塊、射頻接收模塊連接微波前端模塊，所述接口模塊通過電阻陣列與基帶處理模塊連接。

進一步的，所述微波前端模塊包括功率放大器、低噪聲放大器和雙工器，所述功率放大器和低噪聲放大器分別與雙工器連接，所述功率放大器與射頻發(fā)射模塊連接，所述低噪聲放大器與射頻接收模塊連接。

進一步的，所述電源板包括依次連接的電源芯片、DCDC電源芯片和LDO電源芯片。

進一步的，所述圖像板為視頻壓縮芯片，且所述圖像板上設有接口芯片。

進一步的，所述基帶板和圖像板之間采用三條線的串行接口。

進一步的，所述基帶處理模塊的主控芯片采用FPGA，所述射頻發(fā)射模塊采用直接調(diào)制芯片，所述射頻接收模塊采用SIP射頻接收模塊。

進一步的，所述接口模塊包括RS232接口芯片和RS422接口芯片。

進一步的，所述數(shù)據(jù)處理單元和微波前端模塊堆疊連接方式為水平堆疊、垂直堆疊中的一種。

相對于現(xiàn)有技術，本實用新型所述的微小型模塊化機載測控通信裝置具有以下優(yōu)勢：

(1)本實用新型所述的微小型模塊化機載測控通信裝置采用了直接變頻技術、SIP技術，并使用具有盲埋孔和盤中孔的高密度印制板，使用較小的電路板實現(xiàn)通信、圖像處理和射頻放大等功能，整體呈微小型連接架構(gòu)，體積小、質(zhì)量輕、功耗低、模塊化、功能可靈活替換，且改變了機載設備格局，特別適合載荷空間和載重能力有限的小型無人機使用。

(2)本實用新型所述的微小型模塊化機載測控通信裝置通過功能劃分模塊，將設備分為多個電路板，電路板間采用堆疊結(jié)構(gòu)和串行板間接口，減小設備整機尺寸，需要的安裝空間減小一半。并且各功能模塊間也可以采用各種堆疊結(jié)構(gòu)，進一步降低安裝所需空間。

(3)本實用新型所述的微小型模塊化機載測控通信裝置使用可切換的數(shù)據(jù)接口與圖像接口，當使用不同的飛控和載荷時，只需要更換接口部分電路以及相關處理軟件即可，解決通信系統(tǒng)只針對特定的飛控和載荷，而如果要兼容多種接口，則設備尺寸較大的問題。

(4)本實用新型所述的微小型模塊化機載測控通信裝置實現(xiàn)了機載和地面設備互換使用，應用形式靈活。

附圖說明

構(gòu)成本實用新型的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖中：

圖1為本實用新型實施例所述的微小型模塊化機載測控通信裝置結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實用新型實施例所述的數(shù)據(jù)處理單元堆疊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型實施例所述的接口芯片的切換電路示意圖；

圖4為本實用新型實施例所述的微小型模塊化機載測控通信裝置水平堆疊結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型實施例所述的微小型模塊化機載測控通信裝置垂直堆疊結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記說明：

1-基帶板；2-電源板；3-圖像板；4-對插連接器。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本實用新型。

如圖1至圖5所示，一種微小型模塊化機載測控通信裝置，包括數(shù)據(jù)處理單元和微波前端模塊，所述數(shù)據(jù)處理單元包括電源板、圖像板和基帶板，所述基帶板分別通過對插連接器與電源板、圖像板堆疊連接，形成兩層堆疊結(jié)構(gòu)，所述數(shù)據(jù)處理單元和微波前端模塊堆疊連接。

所述基帶板包括基帶處理模塊、射頻發(fā)射模塊、射頻接收模塊和接口模塊，所述基帶處理模塊與圖像板連接，并分別通過射頻發(fā)射模塊、射頻接收模塊連接微波前端模塊，所述接口模塊通過電阻陣列與基帶處理模塊連接。

為負責將發(fā)射和接收的射頻信號放大，提高通信距離，所述微波前端模塊包括功率放大器、低噪聲放大器和雙工器，所述功率放大器和低噪聲放大器分別與雙工器連接，所述功率放大器與射頻發(fā)射模塊連接，所述低噪聲放大器與射頻接收模塊連接。

所述電源板包括依次連接的電源芯片、DCDC電源芯片和LDO電源芯片，采用高集成度電源芯片接收外部提供的+12V電源，經(jīng)DCDC電源芯片轉(zhuǎn)換為+5V，再經(jīng)過LDO電源芯片轉(zhuǎn)換為各模塊電壓，包括3.3V、1.8V、1.35V等，將無人機的發(fā)動機或電池所提供的波動較大的電源轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定、純凈的電源，負責為整個系統(tǒng)供電，保證系統(tǒng)的電源穩(wěn)定性和電磁兼容性。

所述圖像板為視頻壓縮芯片，負責將無人機載荷采集的原始圖像信號壓縮為H.264碼流，此為信源編碼過程，采用專用視頻壓縮芯片，該芯片內(nèi)置圖像壓縮加速硬核，與傳統(tǒng)的通用高速處理器配合軟件圖像壓縮算法的方案相比，電路體積小，重量輕，功耗低，性能穩(wěn)定；圖像板具備多個版本，版本之間圖像接口不同，可以通過更換不同版本的圖像板，以最快的速度、最小的代價滿足實際應用需求，適應不同視頻接口和分辨率；傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈設備中，機載和地面設備的功能、尺寸、重量、功耗等特性有很大差異，不能互換，本實施例采用了模塊化設計，機載和地面的基帶板硬件完全相同，針對機載和地面設備最大的功能差異，即圖像處理，可以通過簡單的調(diào)整切換為機載模式和地面模式，所選用的圖像板同時具備視頻壓縮和解壓縮的能力，能夠滿足機載和地面的使用功能需求，并且在圖像板上同時預留了視頻采集和顯示的接口芯片，同時連接到對外接口，通過簡單的電阻調(diào)整即可在采集和顯示功能之間切換，配合軟件版本修改，以及更換微波前端模塊，即可配置為機載或地面工作模式，另外，所選用的基帶、射頻器件皆具備寬頻特性，能兼容機載和地面的發(fā)射和接收頻率。

所述基帶板負責將飛控、載荷的遙測信號和圖像板處理好的圖像信號復接、組幀，轉(zhuǎn)換成射頻信號發(fā)送給微波前端模塊；并將經(jīng)過微波前端放大的，地面發(fā)來的遙控射頻信號轉(zhuǎn)換為基帶信號，并解析出其中的遙控指令，分別輸出給飛控和載荷設備。

所述基帶板和圖像板之間采用三條線的串行接口，具備不同圖像接口的圖像板使用相同的串行接口，使得各版本圖像板都能與基帶板兼容，實現(xiàn)圖像板接口的自由更換；利用改進后的串行接口實現(xiàn)突發(fā)的32Mbps速率的通信。傳統(tǒng)的串行接口(SPI接口)無法滿足基帶板和圖像板的通信，因為兩塊板的處理器獨立工作，分別負責通信和圖像壓縮，由于基帶板和圖像板之間的通信機制不同，基帶板為并行處理機制，接口可以勻速傳輸數(shù)據(jù)，圖像板為串行處理機制，處理數(shù)據(jù)的方式為突發(fā)方式，因此在傳統(tǒng)的SPI基礎上，添加控制信號，互相通知數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束，確保數(shù)據(jù)傳輸成功。

所述基帶處理模塊的主控芯片采用FPGA，負責信號組幀、信道編碼，形成基帶信號，此數(shù)字基帶信號經(jīng)過電平調(diào)整和基帶濾波，形成符合射頻發(fā)射模塊要求的模擬基帶信號。

所述射頻發(fā)射模塊采用直接調(diào)制芯片，本實施例中用到的直接調(diào)制芯片型號為ADL5375，將基帶信號直接調(diào)制到射頻信號，代替了傳統(tǒng)技術中二次變頻的方式，精簡掉變頻芯片及外圍電路，減小了發(fā)射模塊電路的體積；在該芯片的作用下，基帶信號直接調(diào)制到本振信號上，完成BPSK調(diào)制。

所述射頻接收模塊采用Linear公司的SIP(system in package)射頻接收模塊，將下變頻、放大、濾波、AD采樣等實現(xiàn)多種功能的芯片集成在一個封裝中，減小了射頻接收模塊電路的體積。

所述接口模塊包括RS232接口芯片和RS422接口芯片，在PCB上預留這兩種接口芯片，在基帶處理模塊、接口模塊和對外接口之間設計可切換的電阻陣列，通過更改電阻，可以改變設備的對外接口形式；基帶處理模塊具備多個串行數(shù)據(jù)接口，可以與RS232和RS422接口芯片同時連接，而為了實現(xiàn)整個系統(tǒng)的微小型設計，外部數(shù)據(jù)接口選用了引腳盡量少的連接器，因此，在信號不沖突的前提下，兩種接口共用了連接器的一部分引腳，通過切換電阻陣列實現(xiàn)兩種接口的切換，如圖3所示，此時為選擇RS232接口時的配置方式?；鶐幚砟K與外部的RS232接口芯片、RS422接口芯片同時連接，但是因為對外接口中RS232和RS422占用共同的引腳，兩接口不能同時工作，在主處理器的軟件上也需要對這兩種接口進行切換，程序開始后，檢查預置的接口類型，根據(jù)預置的接口類型啟用RS232或RS422的程序，如果當前軟件配置的接口類型與實際使用的接口類型不符，可由地面設備發(fā)出指令，更改軟件接口類型。

如圖4和圖5所示，所述數(shù)據(jù)處理單元和微波前端模塊堆疊連接方式為水平堆疊、垂直堆疊中的一種，其中，水平堆疊是將數(shù)據(jù)處理單元和微波前端模塊的底部共同安裝在無人機上，此方式將節(jié)省垂直方向的高度；垂直堆疊是將微波前端模塊的底部安裝在無人機上，數(shù)據(jù)處理單元安裝在微波前端模塊頂部。這兩種堆疊方式都需要通過內(nèi)部接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理單元和微波前端的信號交互。

本實施例的工作過程如下：

裝置上電后，電源板為裝置的各模塊提供合適的電壓，圖像板從圖像接口接收載荷的圖像信號，進行圖像壓縮，通過改進的SPI接口發(fā)送給基帶板，基帶板從改進的SPI接口接收壓縮后的圖像信號，從串口接收載荷發(fā)來的遙測信號，將這兩種信號復接后進行信道編碼和調(diào)制，通過功率放大器放大，雙工器濾波，最后通過無線信號發(fā)射。

地面設備接收到機載設備發(fā)來的無線信號后，進行解調(diào)、信道接碼、解復接，分離出的遙測信號發(fā)送給地面計算機，對分離出的壓縮后的圖像信號進行解壓縮，并顯示。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。