無(wú)線(xiàn)信道圖像傳輸系統設計

引 言

　　在某紅外圖像傳輸系統中，存在多信道通信狀況，需將紅外圖像及其他信息通過(guò)空中信道傳回指控平臺，以進(jìn)行戰場(chǎng)狀態(tài)評估、目標選擇和控制指令的發(fā)送。傳輸系統設計時(shí)既要采用有效的數據壓縮方法來(lái)降低傳輸碼率，盡量節省傳輸信道帶寬，同時(shí)又要引入差錯控制方式來(lái)抵制信道噪聲的干擾。

　　本文考慮了系統的綜合要求：系統容量、作用距離、收發(fā)時(shí)延及算法實(shí)現復雜度，采用了8倍圖像壓縮、RS編碼加交織的方式進(jìn)行了無(wú)線(xiàn)鏈路的設計，采用大規模FPGA完成發(fā)送端及接收端的算法實(shí)現，并通過(guò)試驗驗證設計指標滿(mǎn)足系統要求。

　　1 無(wú)線(xiàn)信道圖像傳輸系統設計

　　1.1 系統特點(diǎn)

　　系統容量有限 實(shí)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，考慮系統中有多個(gè)數據流通信，圖像實(shí)際使用帶寬過(guò)大，一方面影響整個(gè)系統容量，另外會(huì )帶來(lái)接收端諸多問(wèn)題，為滿(mǎn)足實(shí)際工程應用，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(shí)時(shí)性 由于圖像發(fā)送和接收的實(shí)時(shí)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(shí)現，同時(shí)時(shí)延小。

　　高保真圖像顯示 由于接收端需要對圖像進(jìn)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)境為戰時(shí)復雜的電磁環(huán)境，信道中存在著(zhù)各種噪聲、突發(fā)干擾和隨機干擾。

　　1.2 系統方案

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

　　考慮到使用環(huán)境的體積有限，實(shí)時(shí)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(shí)現，解壓縮使用軟件在計算機內處理后顯示。

　　由于實(shí)際信道存在突發(fā)干擾和隨機干擾，而壓縮后的圖像數據非常敏感，一個(gè)誤碼就能導致一幀數據的重放失敗，影響接收端使用，故必須使用糾錯編碼來(lái)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(shí)現的難易度、效率、時(shí)延。通過(guò)對比和仿真，采用戰術(shù)數據鏈中通用的RS編碼并進(jìn)行交織以提高系統抗干擾能力。同時(shí)選擇合適的發(fā)送天線(xiàn)，合理分配各組件增益，根據系統使用需求，使用控制電路完成對發(fā)射信號的發(fā)送控制。無(wú)線(xiàn)信道圖像傳輸系統原理框圖見(jiàn)圖1。

　　1.2.1 發(fā)送端設計

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

　　發(fā)射機完成數據調制、放大輸出。

　　天線(xiàn)完成微波信號的輻射。

　　1.2.2 接收端設計

　　接收端包括四部分：接收天線(xiàn)、信號處理機、接收處理組件。

　　接收天線(xiàn)完成微波信號的接收。

　　信號處理機完成圖像數據的解交織、解碼和狀態(tài)數據的解碼，同時(shí)完成解碼數據的組幀和USB數據同步、緩存及數據輸出?？紤]功耗、耗費資源和處理時(shí)延，采用一片大規模FPGA加FIFO及接口芯片完成相應處理。

　　接收處理組件完成數據的接收、存盤(pán)、圖像數據提取、解壓縮和顯示及狀態(tài)數據的提取和顯示。解壓縮采用軟件實(shí)現，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(shí)完成壓縮圖像的解碼和實(shí)時(shí)顯示。

　　1.3 關(guān)鍵技術(shù)

　　1.3.1 天線(xiàn)設計

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

　　1.3.2 信源信道聯(lián)合編解碼技術(shù)

　　由于紅外導引頭的圖像格式不是標準的視頻圖像格式，普通的視頻圖像壓縮標準并不適用;紅外導引頭的圖像具有目標形狀變化比較快的特點(diǎn)，也不適用幀間壓縮方式;同時(shí)考慮到彈上應用環(huán)境的特殊性，壓縮算法必須具有硬件實(shí)現簡(jiǎn)單、體積和功耗小，考慮實(shí)際使用環(huán)境，其壓縮和解壓縮算法實(shí)現還必須具備實(shí)時(shí)性強的特點(diǎn)，因此，選用多分辨率重采樣圖像壓縮算法對圖像數據進(jìn)行壓縮。

　　根據壓縮后的圖像比特數，將全幀數據分為若干個(gè)子幀，對每個(gè)子幀進(jìn)行RS編碼，然后將所有子幀進(jìn)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(huì )造成較大的時(shí)延，故使用硬件完成圖像數據的解交織、譯碼和狀態(tài)數據的譯碼，使用軟件完成圖像數據的解壓縮和圖像顯示。