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1、远程无线通信系统第1章 绪论1.1 引言1.2 课题研究背景1.2.1 国内外研究现状1.2.2 市场需求1.3 研究内容和意义1.3.1 研究内容1.3.2 研究意义1.4 本文结构第2章 无人机中继系统概述2.1 无人机中继系统的总体结构2.2 无人机的控制系统2.3 无人机的实时图像传输系统2.4 本章小结第3章 实时图像传输系统3.1 摄像头 3.1.1 DSP控制芯片 3.1.2 图像传感器 3.1.3 镜头 3.3 摄像头的选择3.4 图传频率 3.4.1 我国无线频率规划 3.4.2 无线图传频率选择3.5 图传天线 3.5.1 天线的介绍 3.5.2 天线的选择3.6 图传系统
2、传输距离的估算第4章 动力系统4.1 电机4.2 舵机4.2 电池第5章 GPS定位及飞机控制系统5.1 GPS模块5.2 飞控模块 第1章 绪论1.1 引言无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反覆使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜
3、、电子干扰等。本课题研究一套无人机中继系统，该系统是由目前市面上可购买到的不同模块组成。本课题研究的中继系统包括：摄像头模块、图像传输模块、动力模块、GPS定位模块及飞控模块；该无人机搭载此中继系统可实现手动遥控和飞机自主飞行两种飞行模式，飞机在飞行过程中，可以将机载摄像头所拍摄到的视频信息实时的传回地面控制台。具备此功能的无人机具有广阔的应用前景，不仅成本低还可以派到非常恶劣的环境中执行任务而不用担心人员损失。1.2课题研究背景 随着控制技术的不断提高和智能控制理论的完善，在飞机中出现了一类不需要人驾驶就能够执行任务的飞机无人机。无人机以其优越的性能，在现代高科技战争中发挥着独特的作用。无人
4、飞机，顾名思义，就是不用驾驶员驾驶，而依靠嵌在飞机内的自动飞机驾驶仪器或地面无线电遥控飞行的飞机。无人机可以专门实际造型制作，也可以由普通飞机改造制成。无人飞机跟普通飞机一样，必须具备起落装置，机身、机翼、机载控制系统等，还因无人驾驶，必须配备自动驾驶仪、电子计算机、自动起落装置、程序控制装置等，因要求实现远距离控制，必须装有遥控接收机、电子摄像机等实时控制设备，相应的在遥控站设有机外遥控站、起飞装置和监测系统。1.2.1 国内外研究现状 无人机出现在1917年，早期的无人驾驶飞行器的研制和应用主要用作靶机，应用范围主要是在军事上，后来逐渐用于作战、侦察及民用遥感飞行平台。 20世纪80年代以
5、来，随着计算机技术、通讯技术的迅速发展以及各种数字化、重量轻、体积小、探测精度高的新型传感器的不断面世，无人机的性能不断提高， 应用范围和应用领域迅速拓展。世界范围内的各种用途、各种性能指标的无人机的类型已达数百种之多。续航时间从一小时延长到几十个小时，任务载荷从几公斤到几百公斤，这为长时间、大范围的遥感监测提供了保障，也为搭载多种传感器和执行多种任务创造了有利条件。1. 国内研究现状 我国无人机发展起步于上世纪50年代末。上世纪90年代以来，西北工业大学、北京航空航天大学和南京航空航天大学三所高校无人机事业蓬勃发展，并相继成立了无人机专门研究机构。迄今，上述三所高校已为国家研发了几十个型号上
6、千架无人机。2000年以来，中航工业集团、航天科工集团、航天科技集团、电子科技集团公司下属一些院所也开始无人机研制，加快了我国无人机的发展步伐。据不完全统计，国内从事无人机的单位超过300家，从事无人机总体（提供无人机系统）的单位超过40家。据了解，目前绝大部分还只是停留在研制、生产阶段， 更多的是满足特定的个别用户的定制应用服务需求，大批量产品生产和产业化发展的还很少。虽然近年来我国的无人机研制、应用取得了长足进展，但距离美国、以色列等国家还有较大差距。其中，动力装置是中国飞机的一大软肋，无人机研发也遇到类似瓶颈。2. 国外研究现状国外的研究主要有以下几类：（1）Attitude Headi
7、ng Reference System（AHRS）由斯坦福大学航空航天学院研制，利用惯性传感器技术和GPS卫星定位接收机，实时计算飞机在飞行时的准确方位和飞机机身姿态。（2）以Delft技术大学的R.M.Rademaker和E.Theunissen 提出的 Synthetic Vision System（SVS）虚拟现实系统为代表，显示终端可以提供实时数据显示、根据数据库中原有基础数据，由传感器和数据链组成并进行数据三维处理。（3） 以Visual Cueing and Control（VCC）系统为代表，由Honeywell实验室和Honewell BRGAOlathe组织机构联合开发。类似
8、于现代汽车导航系统，根据存在的基础信息，执行预定的飞行线路，实现可视化管理。根据包括经纬度、坐标转换、垂直速度、飞行速度等本机信息，以及基础数据的空间信息、适航信息等实现自动飞行管理，更重要的是可以在VFR（visual flight rules 目视飞行规则）到IFR（Instrument Flight Rules 仪表飞行规则）飞行转换过程和由VFR飞行岛着陆阶段可提供可视帮助。但是，他有一个很大的缺点，就是不能实现飞行线路和地面的三维画面显示，稍显画面单调。（4）以Tallec在Onera设计研究的Converging Traffic Alert System（CATAC）为代表，分别与
9、1998年和2001年在法国和美国获得专利，采用了ADS-B技术，GPS接收装置接收关于飞行器的实时坐标数据，并根据基础数据分析数据，可实时估计本航空器的具体方位和速率，判断潜在的危险和问题，并通过语音告警控制人员；具备无线电接收装置，能获取人机互动显示画面，适合目视飞行规则（VFR）；飞机小巧，成本低廉。（5）以适合通用飞机的飞行保障系统为代表的FLIGHT CONFLECT MANAGEMENT SYSTEM(FCMS)，利用无线网络连接技术，实现飞机与地面控制系统之间的连接和数据交换，利用网络点对点服务，实现飞机的飞行控制，减轻飞行员和空中交通管制人员的负担。1.2.2 市场需求 无人驾
10、驶飞机结构简单、重量轻、隐蔽性好，与执行有人飞机的任务相比，使用无人机能够大大减少费用。另一方面，它可以作为高危险性任务的执行者，例如：敌后纵深侦查，美国的全球鹰就是其中的典型代表：可以进行中继制导为己方攻击武器提供瞄准点；可以携带炸弹直接攻击目标等。可见，无人机在执行任务时的环境都比较危险，避免大量的人员培训和投入，所以无人机虽在功能上不能完全和普通飞机相比，但是它在执行危险任务中的作用却是人们考虑的首选。除此之外，无人机还可以用于民用，比如大兴安岭的森林防火灭火、汶川地震的航拍和实情考察、气象行业的人工降雨、农场的庄稼灭虫、沙漠戈壁的飞播造林等；可以用于日本福岛核电站事故中取得大气样本；也
11、可以用于新的航天器的设计和技术验证等，现在，无人机还不能完全替代通常的各种飞机，普通的飞机因为人的存在而能够完成更加复杂的任务，不过随着以智能控制技术为首的技术群的发展，无人机将会有能力完成更多不同种类的任务，在更大程度上替代普通飞机来执行任务。市场中类似飞机一般情况下适用于军事，在民用方面很少，本课题研究的中继系统，如果进一步将硬件优化，即可用于生活中。前段时间的雅安地震，由于天气因素的影响，卫星或载人飞机难以及时获取对灾难救助指挥的实时地面影像，采用无人机系统，可超低空云下作业，对天气的依赖非常小，而且不需要专用机场，可以快速准确的获取地面影像。无人机还可以在一些比较危险，不适合人类到达的
12、地方完成任务。如：毒气泄漏的地方，有放射性物质的地方，病菌滋生的地方等。如果是对硬件进行精简，则可用于娱乐。现有市场上的飞机不多，而且昂贵，所以该研究有很大的市场潜力。1.3研究内容和意义 本课题研究的无人飞机的中继系统重在调查市场上现有材料，从机载设备的总体结构出发，将整个机载设备分解为若干部分，再分别对各个部分进行调查研究，找到性能优良，符合无人机要求的部件。 该中继系统的核心是飞机控制系统，它将其他各部分连接在一起，使得无人机可以更好的飞行和实施空中拍摄。此系统设计的飞机有两种飞行模式：手动遥控和自主飞行，手动遥控飞机飞行需要加载数传电台，在此基础上增加功率放大器以实现远距离通信；自主飞
13、行则需要在飞控模块上加载自动导航模块，通过编写程序来控制飞机的在空中的高度、航速、航向等信息。 此外，卫星定位也是无人机的一项重要功能。卫星定位是目前航空、导航等行业中广泛应用的技术，是指通过人造卫星根据物体的经度，纬度，高度，速度等确定物体的具体位置，目前世界上使用最为广泛的卫星定位系统是美国的GPS(Global Positioning System)系统和俄罗斯的GLONASS( Global Navigation Satellite System)系统，而由我国自主研发的北斗卫星导航系统也在逐步投入使用。精确的定位是无人机执行任务必不可少的条件之一，更多的卫星同时通信，更高的刷新频率都
14、是无人机精确定位的前提。目前“无人机”以其造型独特，小巧轻便，主要用于军事方面，很多国家军事顾问早在上个世纪就预言在未来的战争中，无人机将广泛应用于侦查、攻击等各个电子战环节，而在现代快速电子战争中正被一一实现，成为决定战争胜负的关键，为此各国争相投入更大的力量发展。随着技术的普及和成本的降低，无人飞机开始在民用领域崭露头角。航拍是无人飞机的一项重要任务，在地震、海啸、泥石流、火灾等危险的环境和状况下，如果使用无人机做航拍工具能大大降低人员以及费用的投入。1.4 本文结构 本文共分为7章： 第1章 绪论，主要内容是：关于课题的概况，国内外研究现状、研究的内容和意义，本文结构。第2章 系统的总体
15、设计，主要内容是：系统的总体需求及系统的组成。第3章 第2章 无人机中继系统概述2.1 无人机中继系统的总体结构本课题研究的无人机中继系统，是在飞机上搭载的整套控制系统，包括飞机控制系统、动力系统、远程控制系统、定位系统及实时图像传输系统，其核心为飞机控制系统，在此系统上加载其他系统的模块，使得飞机可以正常飞行。整个无人机中继系统的结构如图2-1所示，系统采用两块电池供电，其中电池2#专门给电机供电，因为电机是飞机最主要的动力系统，其功率高，耗电量大，是制约飞机飞行的主要因素。与电池2#相连的电流计主要用来测量电池剩余电量信息，通过飞控模块加载到图像上，一并传输给地面控制台，让地面操控者可以及
16、时的了解电量剩余情况，以作出正确的判断；而电池1# 给飞控模块及其他设备供电，使各模块可以正常工作。舵机也是飞机正常飞行所必不可少的组件，它可以控制飞机姿态转变及高度变化等；摄像头的作用是采集视频信息并进行处理，相当于飞机的“眼睛”；GPS模块用来准确定位，可以确定飞机的飞行高度、飞机的航行方向等重要信息；图传发射模块是传输视频信息到地面控制台的重要设备；控制信号接收模块是用来接收地面遥控信号，以控制飞机飞行。2.2 无人机的控制系统 无人机的飞行控制系统有两部分组成：一是自动飞行控制系统，二是远程控制系统。自动飞行控制系统是一个典型的反馈控制系统，通常由传感器系统、飞行控制计算机和执行机构三
17、大部分组成，如图2-2所示。传感器测量各种状态信息，包括飞行速度、飞行高度、飞行姿态、飞行方向、地理坐标等。飞行控制计算机对传感器测量到的信息根据飞行导航的控制率进行计算处理，转变成为能被飞行控制计算机使用的状态信息，同时根据所需的飞行状态计算出对执行机构的输出量。 远程控制系统也是无人机的重要组成部分，它由地面控制中心和机载系统组成，如图2-3所示。无人机的地面控制中心发送控制指令，通过无线链路传输，由机载控制信号接收模块接收，来控制飞机改变飞行状态。 远程控制系统的传输链路是无线电，在固定的发射功率和天线增益下，无线电的传输有一定的距离限制，超过其传输距离，地面控制中心就无法通过遥控器控制
18、飞机飞行，此时就需要自动驾驶系统来控制飞机继续飞行或自动返航。自动驾驶系统和远程控制系统之间相互交织，拥有共同的组成部分如执行机构，传感器等部件。两个系统既可单独运行，保障飞机的飞行；又可以协调工作，共同控制飞机。2.3 无人机的实时图像传输系统本课题研究的无人机系统，图像的实时传输是一项重要功能。实时图像传输系统的结构框图如图2-4所示。飞机上携带的摄像头，可以采集的图像信息并进行处理，传送到无线传输模块中，再通过无线链路传回地面控制站。飞机在空中高速飞行，机载的摄像头模块可以快速的捕捉图像信息，并将获取到的模拟视频信号转换为数字信号，摄像头的清晰度越高，获得的视频信息的信息量就越大，然而，
19、无线链路的传输速率达不到传输要求，这就使得视频信息必须经过飞控模块的压缩处理，才能够传输给图传发射模块，发射模块与地面的接收模块通过无线链路连接，传输拍摄到的视频信息。2.4 本章小结本章对无人机的整个中继系统进行了介绍。首先介绍了本文所研究的无人机中继系统的整体结构，然后介绍了无人机控制系统及其实时图像传输系统，分别给出了各系统的结构框图，并简单说明了其基本的工作过程。本章介绍的内容总领全篇，下面各章将对这个设计方案进行详细的阐述和实现。第3章 实时图像传输系统3.1 摄像头 摄像头(CAMERA)又称为电脑相机、电脑眼等，它作为一种视频输入设备，在过去被广泛的运用于视频会议、远程医疗及实时
20、监控等方面。无人机的图像采集需要通过摄像头来完成。摄像头的三个重要组成部分是：DSP 控制芯片（DIGITAL SIGNAL PROCESSING）、图像传感器（SENSOR）和镜头（LENS）。3.1.1 DSP控制芯片 目前市面上较为流行的DSP控制芯片有： VIMICRO（中星微）301P/L、禾瑞亚、SONIX（松瀚）102/120/128、ST（罗技LOGITECH的DSP提供商）、 SUNPLUS（SUN+重点发展单芯片的CIF和VGA，但图像质量一般）、PIXART（原相）PAC207单芯片CIF、SQ（倚强）SQ930C 等。其中应用最广泛的是中星微的301P和禾瑞亚的EM27
21、10芯片，而中星微的芯片占有相当大市场份额。 VIMICRO301L：为301P的替代产品，是在控制成本下的优化产品，中星微公司在301P产品的成功以及经验的积累，这颗芯片效果也相当不错。从技术角度来讲，中星微301通过采用影像光源 自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，搭配COMS感光芯片使各项技术指标都能与CCD芯片相媲美。采用中星微301的产品可使CMOS与CCD在数码摄像头上的应用没有图像性能差别。 EM2800/2710：是禾瑞亚的一颗硬件130万像素的DSP，EM2800主要用做电视卡的采集芯片，但国内也有一些大的摄
22、像头厂商将他做成摄像头产品，此类产品速度是普通摄像头的两倍左右。EM2710主要用做摄像头产品，其产品性能与EM2800在摄像头的应用上效果相当，产品效果和速度将相当优秀，主要用于高端摄像头。不同品牌的摄像头采用的DSP控制芯片也是各不相同的，在选择摄像头时，选用处理速度快的芯片，可以获得更高的帧捕获速率，从而得到更清晰的图像；其次，更快的处理速度能够保证视频实时传输的稳定性。3.1.2 图像传感器 图像传感器，是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide
23、Semiconductor，金属氧化物半导体元件）两大类。CCD具备光电转换、信息存贮和传输等功能。CCD图像传感器的结构如图3-1，一个完整的CCD器件由光敏元、转移栅、移位寄存器及一些辅助输入、输出电路组成。 CCD工作时，在设定的积分时间内，光敏元对光信号进行取样，将光的强弱转换为各光敏元的电荷量。取样结束后，各光敏元的电荷在转移栅信号驱动下，转移到CCD内部的移位寄存器相应单元中。移位寄存器在驱动时钟的作用下，将信号电荷顺次转移到输出端。输出信号可接到示波器、图象显示器或其他信号存储、处理设备中，可对信号再现或进行存储处理。CMOS图像传感器是采用互补金属-氧化物-半导体工艺制作的另一
24、类图像传感器，简称 CMOS。CMOS 图像传感器的,结构如图3-2，一般由像素阵列、行选通逻辑、列选通逻辑、定时和控制电路、在片模拟信号处理器（ASP）构成，高级的CMOS 图像传感器还集成有在片模数转换器（ADC）。 CMOS与CCD图像传感器相比,具有功耗低、摄像系统尺寸小、可将信号处理电路与MOS图像传感器集成在一个芯片上等优点。但其图像质量(特别是低亮度环境下)与系统灵活性与CCD的相比相对较低。由于具有上述特点,它适合大规模批量生产,适用于要求小尺寸、低价格、摄像质量无过高要求的应用,如保安用小型/微型相机、手机、计算机网络视频会议系统、无线手持式视频会议系统、条形码扫描器、传真机
25、、玩具、生物显微计数、某些车用摄像系统等大量商用领域。CCD与CMOS图像传感器相比,具较好的图像质量和灵活性,仍然保持高端的摄像技术应用,如天文观察、卫星成像、高分辨率数字照片、广播电视、高性能工业摄像、大部分科学与医学摄像等应用。CCD器件的灵活性体现为与采用CMOS器件相比,用户可构建更多不同的摄像系统。两者特性比较：1）灵敏度 灵敏度代表传感器的光敏单元收集光子产生电荷信号的能力。CCD 的感光信号以行为单位传输，电路占据像素的面积比较小，这样像素点对光的感受就高些；而 CMOS 图像传感器的每个像素由多个晶体管与一个感光二极管构成 (含放大器与 A /D 转换电路)，使得每个像素的感
26、光区域只占据像素本身很小的面积，像素点对光的感受就低。因此，在像素尺寸相同的情况下，CCD 图像传感器的灵敏度要高于CMOS 图像传感器。2）分辨率 CMOS 图像传感器上集成有放大器、定时器和ADC 等电路，每个像素都比 CCD 复杂，因而电路所占像素的面积也大，所以相同尺寸的传感器，CCD 可以做得更密。通常 CCD 图像传感器的分辨率会优于CMOS 图像传感器。 3）噪声 CCD 与 CMOS 图像传感器在结构上的不同，使得它们的读出噪声有很大的差别。CCD 中的噪声主要是在最高带宽产生的，而 CMOS 图像传感器由于采用的是列并行结构，因此噪声带宽是由行读出带宽决定的。CCD 中噪声随
27、视频频率的增加而增加，而 CMOS图像传感器的噪声与视频频率无关。由于 CMOS 图像传感器每个像元都需搭配一个放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的放大器。而放大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致。因此与只有一个放大器放在芯片边缘的 CCD 图像传感器相比，CMOS 图像传感器的噪声就会增加很多，这将会影响到图像品质。4）响应均匀性 理想状态下各个像元在均匀光照的条件下的输出应当是相同的，但是由于硅圆片工艺的微小变化、硅片及工艺加工引入缺陷、放大器变化等导致图像传感器光响应不均匀。响应均匀性包括有光照和无光照（暗环境）两种环境条件。CMOS 图像传感器由于每个像元
28、中均有开环放大器，器件加工工艺的微小变化导致放大器的偏置及增益产生可观的差异，且随着像元尺寸进一步缩小，差异将进一步扩大，这使得在有光照和暗环境两种条件下 CMOS 图像传感器的响应均匀性较 CCD 有较大差距。尽管CMOS 图像传感器研制者投入大量的努力降低暗环境下器件响应的非均匀性，但是现在它仍然无法达到CCD 的水平。这个参数在高速应用中尤为重要，因为在高速应用中由于信号弱，暗环境条件下的非均匀性将显著降低图像质量。5）速度 由于 CCD 采用串行连续扫描的工作方式，必须一次性读出整行或整列的像素数据。而 CMOS 图像传感器由于采用单点信号传输，通过简单的 X-Y 寻址技术，允许从整个
29、排列、部分甚至单元来读出数据，从而提高寻址速度，实现更快的信号传输，而且能对局部像素图像进行随机访问，增加了工作灵活性。通常的CCD图像传感器的信号读出速率不超过 70 Mpixels/s，CMOS 图像传感器信号读出速率可达 1000 Mpixels/s。 6）集成性 目前，绝大部分 CCD 的驱动电路及模拟、数字处理电路尚未集成在同一芯片上。而 CMOS 图像传感器同 VLSI 之间具有良好的兼容性，可以把驱动与控制系统（CDS）、ADC 和信号处理等电路集成在一块芯片上，形成单片高集成度数字成像系统。这一点对于日益得到广泛应用的微型成像系统尤其重要。随着微加工技术的不断发展，系统的集成度
30、将不断提高。 7）功耗 CMOS 图像传感器的图像采集方式为主动式，即感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出；而 CCD 为被动式采集，必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要 1218 V。因此,CCD 还必须有更精密的电源线路设计和耐压强度。由此可见，CCD 需要外部控制信号和时钟信号来获得满意的电荷转移效率，还需要多个电源和电压调节器，因此功耗大。CMOS 图像传感器使用单一工作电压，功耗低，仅相当于 CCD 功耗的 1/ 8，在节能方面具有很大的优势，有利于延长便携式、机载或星载电子设备的使用时间。8）成本 由于 CMOS 图像传感器采用标准的半导体制造
31、工艺，可以轻易地将周边电路（如 AGC，CDS，时钟和DSP 等）集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的成本；而 CCD 图像传感器需要特殊工艺，使用专用生产流程，而且控制 CCD 图像传感器的成品率会比 CMOS 图像传感器困难的多。因此，与 CCD 相比，CMOS 图像传感器在制造成本上具有优势。9）响应范围 CMOS 图像传感器除了对可见光，对红外光也非常敏感，在 890980 nm 范围内其灵敏度远高于 CCD图像传感器的灵敏度，并且随波长增加而衰减的梯度也相对较慢。10）可靠性 CMOS 图像传感器和 CCD 在商用及工业应用领域具有等价的可靠性。在极端恶劣的应用环境中,由于 C
32、MOS 图像传感器将大部分相机电路集成在一个芯片上，焊点与接头大大减少，其可靠性要优于 CCD图像传感器。11）抗辐射性 由于 CCD 的像素由 MOS 电容构成，电荷激发的量子效应易受辐射线的影响；而 CMOS 图像传感器的像素由光电二极管或光栅构成，因此，CMOS 图像传感器的抗辐射能力比 CCD 大十多倍，这有利于军用和强辐射环境下应用。图像传感器的选择 无人机的机载重量是有限的，故使用在无人机上的摄像头只能是微型摄像头，质量、体积都要在一定的范围内，因此，无论是CCD传感器还是CMOS传感器，其成像质量不会有太大的差距。综上所述，选择CMOS图像传感器，来捕获图像信息，有效的降低功耗，
33、提高能源的利用率。3.1.3 镜头 镜头相当于人眼的晶状体，如果没有晶状体，人眼看不到任何物体；如果没有镜头，那么摄像头所输出的 图像就是白茫茫的一片，没有清晰的图像输出。 摄像头的镜头是将拍摄景物在传感器（CCD或CMOS）上成像的器件，它通常由由几片透镜组成。从材质上看，摄像头的镜头可分为塑胶透镜（Plastic）和玻璃透镜（Glass）。透镜越多，成本越高；玻璃透镜比塑胶贵。因此一个品质好的摄像头应该是采用玻璃镜头，成像效果就相对塑胶镜头会好， 玻璃透光性以及成像质量都具有较大优势，比较常使用在较为高端的摄像头上。镜头的各项参数：1）焦距 焦距就是从镜头的中心点到传感器平面上所形成的清晰
34、影像之间的距离。焦距的大小决定着视场角的大小，焦距数值小，视场角大，所观察的范围也大，但距离远的物体分辨不很清楚；焦 距数值大，视场角小，观察范围小，距离远的物体可以分辨清楚。2）光圈系数 光圈系数即光通量，用F表示，以镜头焦距f和通光孔径D的比值来衡量。每个镜头上都标有最大F值，例如6mm/F1.4代表最大孔径为4.29毫米。光通量与F值的平方成反比关系，F值越小，光通量越大。3）镜头分辨率 镜头分辨率是描述镜头成像质量的内在指标，以每毫米能够分辨的黑白条纹数为计量单位，计算公式为： 镜头分辨率N180 / 画幅格式的高度。镜头的分类：1）以镜头规格分类 摄像头镜头规格应视摄像头的图像传感器
35、尺寸而定，两者应相对应。即摄像头的图像传感器靶面大小为1/2英寸时，镜头应选1/2英寸。摄像头的图像传感器靶面大小为1/3英寸时，镜头应选1/3英寸。如果镜头尺寸与摄像头图像传感器靶面尺寸不一致时，观察角度将不符合设计要求，或者发生画面在焦点以外等问题。2）以镜头光圈分类 镜头有手动光圈（manual iris）和自动光圈（auto iris）之分，配合摄像头使用，手动光圈镜头适合于亮度不变的应用场合，自动光圈镜头因亮度变更时其光圈亦作自动调整，故适用亮度变化的场合。3）以镜头的视场大小分类标准镜头：视角30度左右，在1/2英寸摄像头中，标准镜头焦距定为12mm，在1/3英寸摄像头中，标准镜头
36、焦距定为8mm。广角镜头：视角90度以上，焦距可小于几毫米，可提供较宽广的视景。远摄镜头：视角20度以内，焦距可达几米甚至几十米，此镜头可在远距离情况下将拍摄的物体影响放大，但使观察范围变小。变倍镜头（zoom lens）：也称为伸缩镜头，有手动变倍镜头和电动变倍镜头两类。可变焦点镜头（vari-focus lens）：它介于标准镜头与广角镜头之间，焦距连续可变，即可将远距离物体放大，同时又可提供一个宽广视景，使监视范围增加。针孔镜头：镜头直径几毫米，可隐蔽安装。4）从镜头焦距上分短焦距镜头：因入射角较宽，可提供一个较宽广的视野。中焦距镜头：标准镜头，焦距的长度视图像传感器的尺寸而定。长焦距镜
37、头：因入射角较狭窄，故仅能提供狭窄视景，适用于长距离监视。 变焦距镜头：通常为电动式，可作广角、标准或远望等镜头使用。无人机镜头选择方案 为使无人机能够更好地观测地面目标，其镜头的选择也很关键，首先，镜头的规格要与所选的图像传感器的靶面大小一致；其次，镜头要选取自动光圈镜头，自动光圈的镜头可有较宽的动态范围，自动光圈镜头有比固定光圈镜头更大的景深。在阳光直射的情况下，光圈的自动调整能够有效的保护图像传感器；为更好地空中拍摄，无人机的高度往往不是固定不变的，故应选取变焦距镜头。 彩色摄像头的分辨率是用电视线（简称线TV LINES）来表示的，彩色摄像头的分辨率在330500线之间。分辨率与图像传
38、感器和镜头有关，还与摄像头电路通道的频带宽度直接相关，通常规律是1MHz的频带宽度相当于清晰度为80线。 频带越宽，图像越清晰，线数值相对越大。一般480线以上的摄像头都称为高清摄像头，故在最终选择摄像头时，应选取480线及其更高分辨率的摄像头。3.4 图传频率3.4.1 无线电频谱资源无线电频谱是指3000GHz以下的电磁频谱具体频带见表3-1带号频带名称频带范围波段名称波长范围-1至低频（TLF）0.03-0.3Hz至长波或千兆米波10000-1000兆米（Mm）0至低频（TLF）0.3-3 Hz至长波或百兆米波1000-100兆米（Mm）1极低频（ELF）3-30 Hz极长波100-10
39、兆米（Mm）2超低频（SLF）30-300 Hz超长波10-1兆米（Mm）3特低频（ULF）300-3000 Hz特长波1000-100千米（km）4甚低频（VLF）3-30kHz甚长波100-10千米（km）5低频（LF）30-300 kHz长波10-1千米（km）6中频（MF）300-3000 kHz中波1000-100米（m）7高频（HF）3-30MHz短波100-10米（m）8甚高频（VHF）30-300 MHz米波10-1米（m）9特高频（UHF）300-3000 MHz分米波10-1分米（dm）10超高频（SHF）3-30GHz厘米波10-1厘米（cm）11极高频（EHF）30-3
40、00 GHz毫米波10-1毫米（mm）12至高频（THF）300-3000 GHz丝米波或亚毫米波10-1丝米（dmm） 频谱划分表对应的是各种无线电业务共用频段所做的划分。影响划分表的因素是无线电的本质特性，主要体现在其传播特性及资源的业务容纳能力，同时也体现了技术及应用发展的历史和现状。下表从无线电电波传播特性的角度来分析划分表的特点。下表是各个频段的电波传播特性及主要应用。频段名称主要传播特性主要应用甚低频主要是地波，地球和电离层的波导模式使用全球通信成为可能，有较好的衍射和透射海水的性能，稳定性和可靠性强主要用于海岸和远航船舶/潜艇间的通信、水上导航、固定、频率和时间信号，特别是国际性
41、长距离无线电导航通信低频主要是地波，亦有天波，有较好的衍射和透射海水的性能，稳定性和可靠性强主要用于在大气层的中程通信、地下通信、水上导航、固定、特别是国际性长距离无线电导航通信中频主要是地波，亦有天波，稳定性和可靠性强主要用于国内广播和导航、固定、移动，特别是中距离点对点广播和航海高频主要是长距离的天波通信，但容易受到电离层的影响主要用于导航、广播、固定、移动和其他业务，特别是远程或短程点对点通信、广播和移动甚高频电离层散射通信频率一般为30-60MHz；人工电离层通信一般为30-144MHz；流行余迹通信频率一般为30-1000MHz（40-80MHz最合适）主要用于导航、电视、FM广播、
42、雷达、固定、移动业务，特别是短距和中等距点对点、移动、LAN、广播（TV），以及与大气层内外的飞行目标（例如卫星/导弹）通信特高频对流层散射通信的频率一般为700-10000MHz。视距、非视距用于导航、电视、雷达、固定、移动、空间、对流层散射业务，特别是短距离和中等距离点对点、移动、LAN、广播（TV）、卫星通信超高频视距、非视距用于导航、电视、雷达、固定、移动、空间、航空业务，特别是短距离和中等距离点对点、LAN、广播（TV）、移动/个人可操作通信、卫星通信极高频视距传播用于导航、固定、移动、空间业务，特别是短距离点对点、蜂窝网、LAN、移动/个人通信、卫星通信、重返大气层通信3.4.2
43、图传频率的选择ISM设备是指在局部范围内产生并利用射频能量用于工业（Industrial）、科学（Scientific）、医疗（Medical）目的的设备。ITU(国际无线电委员会)无线电规则第15条的15.13款对ISM设备产生的干扰提出了要求。要求无线电管理部门采取切实可行和必要的步骤，以保证使ISM设备产生的辐射最小，并保证在指定由这些设备使用的频带之外，这些设备的辐射电平不会对按照本规则条款运行的无线电通信业务，特别是无线电导航或任何其它安全业务造成有害干扰。CISPR 11 标准规定了各类 ISM 设备的骚扰发射电平限值。但各国无线电部门亦能依据本国的情况进行必要的修订。我国ISM频
44、段划分：下列频带：6765-6795 kHz (中心频率为6780 kHz) 433.05-434.79 MHz (中心频率为 433.92 MHz) 61-61.5 GHz (中心频率为61.25 GHz) 122-123 GHz (中心频率为122.5 GHz) 和244-246 GHz (中心频率为245 GHz) 指定给工业、科学和医疗(ISM)使用，但须经有关部门与那些无线电通信业务可能受到影响的主管部门达成协议后给予特别批准。下列频带：13553-13567 kHz (中心频率为13560 kHz) 26957-27283 kHz (中心频率为27120 kHz) 40.66-40
45、.70 MHz (中心频率为40.68 MHz) 9 02-928 MHz (中心频率为915 MHz)2400-2500 MHz (中心频率为2450 MHz) 5725-5875 MHz (中心频率为5800 MHz) 和24-24.25 GHz (中心频率为24.125 GHz) 也指定给工业、科学和医疗(ISM)使用。在这些频带内工作的无线电通信业务必须承受由于这些应用可能产生的有害干扰。在这些频带内操作的ISM设备应遵守相应的规定。我国基本上所有的ISM频段上都规划了无线电应用，这些应用在满足我国的规则外，同时必须满足ITU无线电规则。结合ISM免费使用频段及目前市场上适合远程遥控飞
46、机的设备给出以下图传频段选择方案。方案一：2.4GHz的无线传输模块采用GFSK/FSK的调制方式，最高空中传输速率可达到11Mbps。目前2.4GHz频段的WI-FI网络被广泛使用，无线模块在使用时干扰源相对较多，信号传输速率会受到一定的干扰，但如果选用调制方式为OFDM的模块，其传输速率可达到几兆每秒的范围内，增加其发射功率并加载高增益天线，其传输距离在几千米到几十千米的范围。方案二：5.8GHz的无线传输模块采用FM调制方式，抗干扰能力强，最高空中传输速率可达到54Mbps，净速率为20Mbps左右，在适当的发射功率和天线增益下，其传输距离可达到几十公里。无人机载重是有一定限制的，这限定了其所携带的电池重量，故图传模块的发射功率需在一定的范围内。在相同的发射功率下，频率低，传输距离远。且2.4G频段的设备频率较5.8G低，波长较长，衍射能力相对较高，由此选择2.4G的频段作为实时图像传输系统的工作频段。3.5 图传天线3.5.1 天线的介绍 天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。 按照天线结构的不同可以
