将飞行控制数据与 COFDM 视频传输系统集成

在快速发展的无人机系统领域 (THAT), 可靠的视频传输和准确的遥测对于任务成功都至关重要. 空中平台——无论是公安无人机, 火灾反应, 交通监控, 或军事侦察 - 必须传输高质量视频，同时还将实时飞行控制数据传回地面站.

远程最有效的技术之一, 低延迟视频传输是 COFDM图传 (编码正交频分复用). COFDM提供强大的, 抗干扰数字链路, 即使在复杂的多路径环境中也能确保清晰的视频. 但随着越来越多的运营商需要集成态势感知, 出现一个常见问题:

飞控数据如何与COFDM视频流叠加或一起传输?

本文探讨了可用的方法, 比较他们的优势, 并解释了 COFDM 发射机如何与流行的遥测协议（例如 MSP）配合使用 (MultiWii 串行协议) 通过 UART — 创建无缝视频和数据链路解决方案.

仅视频即可提供态势感知, 但没有遥测, 操作员可能缺乏重要信息，例如:

将视频与遥测相结合可确保地面操作员能够实时做出数据驱动的决策, 提高安全性和效率.

最直接的方法是 将飞行数据直接嵌入到视频流中 传输前. 这是使用 OSD 完成的 (屏幕显示) 模块.

它是如何运作的:
飞控输出遥测数据 (mavlink, MSP, 国家海洋环境局, 脉宽调制, 等等). OSD 模块读取数据并生成图形叠加文本, 仪表, 图标——然后叠加在视频信号上. 组合后的视频流发送至COFDM发射机进行无线传输.
优点:
- 用最少的硬件进行简单的集成.
- 地面站不需要额外的软件——数据在视频中可见.
- 即使 COFDM 发射机不支持数据直通也能正常工作.
缺点:
- 数据被“烧录”到视频中，无法提取进行处理.
- 占用屏幕空间.
- 高级数据应用的灵活性有限.

如果目标只是 在视频屏幕上显示遥测数据, 无需在地面站单独分析或记录数据.

现代 COFDM 系统不仅设计用于视频传输，还用于 双向数据通信. 许多 COFDM 发射机包括专门用于此目的的串行或 IP 端口.

它是如何运作的:
- 视频采用 H.264 或 H.265 编码并通过主 COFDM 信道传输.
- 来自飞行控制器的遥测数据通过 UART 输入发射器 (RS232/485) 或以太网.
- 在地面接收器处, 系统将视频和数据流分开. 视频转到监视器或解码器, 遥测数据通过相应的UART/以太网口输出.
- 地面控制软件可实时解析并显示遥测数据.
优点:
- 视频和遥测分开传输，互不干扰.
- 可记录数据, 分析过的, 或用于闭环控制.
- 支持 双向通讯: 地面站可以将命令发送回飞机 (例如, 改变航路点, 调整参数).
- 高级应用程序的高度可扩展性.
缺点:
- 需要具有数据直通支持的 COFDM 模块.
- 集成可能需要仔细的协议匹配 (例如, 波特率, 数据包成帧).

这是构建时的首选解决方案 专业无人机系统, 特别是对于公共安全, 防御, 以及遥测与视频同样重要的工业应用.

在数字系统占主导地位之前, 遥测技术通常被嵌入作为 模拟信号 进入视频通道的辅助子载波. 这项技术今天仍然可以使用:

虽然此方法可能仍然适用于遗留系统, 大多数新设计使用 OSD 叠加或数字复用.

当今最常见的要求之一是将 COFDM 系统与使用 MSP (MultiWii 串行协议). MSP得到Betaflight等开源飞控软件的广泛支持, inav, 和清洁飞行, 它还与许多 OSD 模块和显示器兼容.

以下是如何将 MSP 遥测集成到 COFDM 链路中:

飞控输出
- 配置飞行控制器通过专用 UART 端口发送遥测数据.
- 将协议设置为 MSP 并将波特率与您的 COFDM 发射器或 OSD 相匹配.
COFDM 发射机输入
- 将飞控的UART TX连接到COFDM发射器的数据输入端口 (通常为RS232, TTL, 或以太网适配器).
- 确保适当的电压电平匹配 (例如, 3.3在 vs. 5V).
通过 COFDM 链路传输
- COFDM系统将MSP数据包视为原始串行数据并与视频流一起传输.
- 潜伏期很小, 对于遥测数据包通常不到几毫秒.
地面站接收
- 在 COFDM 接收器处, UART数据输出至地面站.
- 兼容 MSP 的显示设备 (例如 MSP OSD 或遥测软件) 可以解码数据包并显示实时航班信息.
可选视频叠加
- 如果需要的话, 相同的 MSP 数据可以输入到空中侧的 OSD 模块, 因此视频源本身包含飞行数据作为备份.

这种双重方法确保了冗余: 遥测可作为原始数据进行分析和控制, 并且还可以作为实时视频源上的叠加层可见.

想象一下携带 COFDM 发射机的固定翼无人机. 该无人机使用运行 iNav 的飞行控制器, 通过 UART 输出 MSP 遥测数据.

空气侧:
- 无人机摄像头将视频输入 COFDM 发射机.
- 飞控通过UART将MSP数据发送到COFDM发射机的数据端口.
- 可选, OSD 模块覆盖关键数据 (高度, 速度, 电池) 到视频上.
地面一侧:
- COFDM接收器将视频输出到监视器.
- 遥测数据通过 UART 同时输出到笔记本电脑或 GCS 软件.
- 操作员可以在屏幕上查看实时航班状态并稍后分析记录的数据.

这种配置提供了最大的灵活性: 实时视频感知加上准确的遥测以进行决策.

将飞行控制数据与 COFDM 视频叠加或一起传输不仅是可能的，而且对于现代无人机操作至关重要. 运营商有三个主要选择:

集成时 通过 UART 的 MSP 显示, COFDM 系统可以以最小的延迟同时传输遥测和视频, 为地面站提供可靠的实时飞行数据. 通过将强大的视频链接与遥测相结合, 无人机操作员获得安全有效地执行复杂任务所需的态势感知.

对于构建下一代航空系统的组织, 具有集成遥测功能的 COFDM 是公共安全领域成功的基础, 紧急响应, 工业检查, 和国防申请.

将飞行控制数据与COFDM视频传输集成