随着无人机相关技术的逐渐成熟，无人机的应用也越来越普及，而无人机的厂家也是倒下了一波，又起来了一波。真正能存活下来，做个“有想法”的无人机厂家，一定很想掌控飞控技术、高清 图传技术、 云台平稳技术、图像识别以及避障技术。这里我们主要谈谈高清图传技术。 1 无人机通信其实包含两种技术： Ø 遥控端对飞机端的控制数据技术：传输的都是一些遥控飞机的指令信息，数据量很小，一般小于50K，但是实时性和可靠性要求高。 Ø 飞机端回传的高清图像技术：将飞机摄像头拍摄到的图像实时传输回遥控端，数据量非常大，根据图像质量的不同，速率一般在2M~20M之间。 2 无人机的工作频段以及发送功率 无人机是个新兴行业，所以世界上的各个国家并没有为无人机特定预留某个频段，因此无人机只能去使用不需要频谱授权的频段了，2400~2483.5M。是不是看起来很眼熟，这也就是2.4G的WIFI频段。由于2.4G上实在过于拥挤，所以wifi又选择一个公有频段5.125M~5.825M，所以无人机也可以工作在这一频段。关于中国无线资源的频谱划分，可以参考中国官网，里面详细到你不愿意去看。 http://www.srrc.org.cn/kindeditor/attached/file/20180419/20180419092816_2500.pdf 你也可以在百度中搜索“中国无线资源分配详细图”，来了解中国无线频谱资源的分配情况。 在这两个频段上，国家对发送功率有明确规定，不能超过100mw，所以无人机的发送功率也就那么大，这也就限制了消费级无人机的飞行距离。行业级无人机根据工作性质的不同，可以选择其他工作频段，发送功率也可以进一步提高，飞行距离容易突破10公里，最远的甚至达到100公里哦。下面我们对比聊聊现有无人机采用的几种方案，都是成功应用于消费级无人机上的应用技术哦。 3 无人机采用的技术方案 3.1 模拟电视芯片方案 这是一种用在航模和早期无人机的方案。该方案的特点明显，归纳为一下几点： 1. 优点是方案成熟简单，成本低，图像传输时延非常小，实时性强。 2. 缺点是传输距离太近了，完全没有抗干扰的能力，视频质量差。 该方案在现有主流无人机应用中已经基本被淘汰了。 3.2 基于DVBT芯片应用方案 DVBT是欧洲数字电视广播标准，曾经在中国大地上繁衍过。后来因为专利费的问题，被中国官方所放弃，转向研发了中国自己的数字电视地面标准——DTMB，于是DVBT在中国就逐渐消亡了。没想到若干年以后，有人居然把DVBT的技术应用到无人机上，真是焕发了第二春！不过做DVBT方案的产家得小心哦，如果你真把这个技术做大了，嘿嘿，欧洲来找你收专利费的哦。 数字电视广播信道的频率范围是474M~858M，因此DVBT芯片也只能工作在这个频段上。要想应用到无人机上，还得多一道工序，把DVBT的信号搬移到2.4G上。DVBT既然是为广播电视制定的标准，那么它是一个单向连续的系统。信号从广播电视台发送出来，家里装根天线连接到电视上就可以观看了。关于DVBT的标准我们做个简单介绍： 带宽6M，7M，8M三种，速率4Mbit/s~30Mbit/s，OFDM子载波个数2048，4096，8192三种，分别用来覆盖不同区域。2048用于小城区覆盖，8192用于大城区覆盖。 DVBT的输入信号是TS流，因此输出也是TS流。 看到没，要想把DVBT技术应用到无人机，还得有些工作去做。 Ø DVBT只适合用来做下行图传，不适合上行数传。因为还要额外开发一套上行数传系统。因为是低速，市面上也有不少方案可以选择。这里不详细讨论。 Ø DVBT支持的是TS流格式，所以飞机端需要把自己要发送的信号打包成TS流格式，否则DVBT的芯片不认识该信号哟。 Ø DVBT的接收芯片，市面上可以选择的很多，但是DVBT的发送芯片，很可惜没有，谁有那闲工夫去做电视台发送的芯片啊，也卖不了几个。所以飞机端还得用FPGA做一个基带发生器，然后用射频芯片比如AD9363，把它发送出去。所以做DVBT方案的人，一定是早期做过DVBT芯片的人，否则不可能对DVBT协议那么熟悉呀，还要写个发送程序出来。 Ø 地面接收端，首先得有个DDC频率搬移芯片，把2.4G的信号搬移到DVBT芯片能够工作的频段上来；DVBT芯片解调输出TS流后，还得用CPU从TS的信号中分解出事先打包的信号来。 给个简单的框图吧： 接下来我们来看看这种方案的优缺点： 优点： Ø DVBT技术成熟，可以实现远距离通信要求； Ø 有现成的套片可以用，且价格便宜。只要以前用过DVBT芯片做过方案的人，都可以搭一个遥控端起来。 缺点也非常明显 Ø DVBT只能用在飞机端到遥控端的图传系统上，还得增加一个遥控端到飞机端的数传系统，因此是双系统，各自工作，且要不相互干扰，因此只能是FDD模式。 Ø DVBT的信号是专为单向连续系统设计的，所以它没有设计专门的帧用来做同步，如果需要同步，则需要长时间从信号中提取，因此DVBT的同步时间是相对比较长的。当然也与信道环境有关，如果信号质量好，同步的就快，如果信号质量不好，同步就相当慢罗！因此在无人机飞远后，信号变弱的情况下，一旦断链，再建链就很困难了。 Ø DVBT是为电视广播设计的，需要覆盖很大的范围，所以它采用了很大的子载波个数（关于覆盖范围与OFDM的CP的关系，以及OFDM子载波个数的关系以后再做论述）。子载波个数越多，信号的PAPR就越大，这对发射机效率来说是很不利的。但是DVBT的发送端是电视台，它的器件选择上可以不计成本，供电也是没有限制的，可是放到无人机上就变的不合适了。效率低会浪费 电池的寿命，飞行时间大大缩短。 Ø 图像时延大。在DVBT里面采用了260ms的交织器，来提升性能，但却牺牲了实时性，不过对电视信号来说无所谓，谁在乎晚1秒看到电视信号呢？！但是应用在无人机上，就感觉不爽了，特别是佩戴了VR眼镜高速飞行时，等你看到景物时，可能无人机已经撞上去了！ 因此我们可以看到现在的消费级无人机已经很少有人用这种方案了，但在行业级无人机上还有不少应用。 3.3 基于酷芯微的方案 这就是传说中LightBridge方案。目前市面主流的Inspire1系列、Phantom3系列、Phantom4都是基于Lightbridge一代技术实现的。 关于精灵4的图传架构，可以参考炸机网的拆机介绍： http://www.kanzhaji.com/?p=12751 在这里面介绍了，LightBridge采用的是酷芯微AR8001+AR8003的芯片方案。 在大疆的官网上是这样介绍LightBridge方案的： 在如下网址有关于LightBridge的一些技术指标的详细介绍。 http://www.kanzhaji.com/?p=14766 早期的LightBridge只能支持1.7km，增强型的LightBridge可以支持5km。 射频和基带都是采用酷芯微的芯片，可能是因为酷芯微的射频技术做的不够好，大疆又推出了LightBridge2.0技术，采用FPGA+AD9363+分立射频芯片替换了飞机端的酷芯微芯片，这样能确保飞机端能发出更大功率。 具体拆机图片可以见 http://www.kanzhaji.com/?p=20637 从现在大疆发布的新品来看，已经完全淘汰了LightBridge技术了。在最近发布的精灵4Pro2.0上，就完全用OcuSync方案替换了LightBridge2。 而酷芯微现在也只是在宣传中提到大疆采用了酷芯微的技术。如果上酷芯微的官网，都找不到相应芯片的型号，也找不到应用案例。如此可见，酷芯微已经彻底被大疆抛弃了。 3.4 基于联芯的方案 这就是传说中的OcuSync方案，也是目前大疆最成功的图传方案，最开始应用在mavic pro产品上，后来扩展到所有距离超过7km的无人机方案上。 关于OcuSync的架构，参考如下网址：“【Antons无聊每天拆大疆系列】这次！Mavic完美刮心—飞控给刮了 Mavic硬件芯片解密” http://www.kanzhaji.com/?p=31735 里面有mavic pro硬件的详细解密，经过整理，其架构框图如下： OcuSync采用的是联芯Lc1860的芯片方案。我们知道LC1860是大唐联芯的4G手机芯片，曾经用在小米的红米低端系列中，依靠小米的品牌效应卖出千万台后，就被小米彻底放弃了。现在小米4G中高端手机芯片采用的主要是高通的8系列和6系列，低端采用的MTK的P系列。大唐联芯靠着小米风光了一阵后，又继续坐溜溜梯下滑，在完全放弃手机市场后，转向无人机方向，没想到大疆又让这款Lc1860的芯片继续发光发热。 由于大疆和联芯签订了排他协议，所以联芯不能把Lc1860的方案卖给其他产家，因此目前市面上也只有大疆能采用Lc1860的方案。但是联芯也不甘心，后期又推出了Lc6500的芯片，专用于无人机市场。我们知道Lc1860是款手机基带芯片，它不支持2.4G频段，所以联芯给它加上了2.4G的射频前端，组合成了Lc6500。 LC1860芯片是一款SDR（软件无线电）芯片，里面包含4个A7的cpu、2个Ceva的DSP、2个GPU以及硬件协处理器。大疆一直号称OcuSync是大疆的专有技术，如果是真，那么大疆应该是放弃了联芯的4G波形，而只是利用了联芯的SDR架构设计了一套专有波形。如果还有其它厂家用过联芯的方案，只要对比一下飞行距离就能知道。 网上百度一下LC6500，可以看到不少关于LC6500的介绍，不过联芯自己都不敢宣称自己能飞7km，能查到的数据是2.4G上传输3公里，1.4G上传输5公里。这样看来，大疆的确是独创了一套图传系统！ 3.5 WIFI方案 采用独立图传方案的无人机个头都比较大，最小的要属mavic pro了。为了进一步缩小无人机的尺寸和重量，就只能走高度集成方案。WIFI就是一个高度集成无线通信方案。因此在大疆推出的Spark和Mavic Air系列中，都采用了WIFI方案，不过相比于其他产家的方案，大疆称之为增强型WIFI，最远可以飞4公里。既然大家都采用的芯片方案，那为啥大疆就能飞那么远呢？唯一的猜测就是，大疆对WIFI的firmware做了深度修改，并且在硬件架构上增加了WIFI的有效输出功率。 该网址spark的拆机网址http://www.wrjzj.com/wrjjs/jxpc/13013.html 经过整理，spark的框图如下： 3.6 其他方案 说了那么多方案，都离不开大疆，谁让大疆在图传上一枝独秀呢？目前市面还有不少公司以及团队也在做无人机图传技术的开发，就我所知道的，就有北京、上海、深圳、广州、武汉、西安、苏州等地方。采用的架构基本上都是FPGA+AD936x+射频集成芯片，但是能成功开发并推出到市面上的，聊聊无几。去年有一家公司一口气发布了三款无人机，其中两款一个号称可以飞7公里，另一款号称可以飞10公里，具体可见如下网址 http://www.xinhuanet.com/tech/2017-09/29/c_1121745270.htm，曾经让我们惊叹不已，可直到现在，过去9个月了，还没看到一篇关于这两款飞机的测评。 4 无人机图传的未来 无人机市场现在还是一个小众市场，一年最多也就卖个300万台，而且70%的份额还被大疆拿走了。因为市场体量不大，所以也没有通信巨头进入这个市场，更不会为了无人机去专门开发一款通信芯片。我们知道高通也曾推出一款无人机平台801系列，对手机了解的人都知道，这款芯片简直是老掉牙了（从801到目前最先进的845，中间还有801-->810-->820-->835-->845），现在高通都已经不再维护801系统了。换句话说，高通也就是把没卖完的手机芯片尾货换个包装继续投放到无人机市场。 大疆自己在研发芯片，也不是什么秘密了。他们从中兴华为挖了不少做芯片的人，组建了芯片团队。至于现在为什么还没看到有产品问世，个人猜测，应该是做一款高度集成的芯片，集成射频、基带、主控、GPU。如果一旦做成，那大疆的霸主地位更是牢不可破了。 对于其他产家来说，想在消费级无人机上挑战大疆，必须解决如下几个问题： l 首先在图传技术上接近或超越大疆。 l 其次在成本管控上接近大疆。随着AD936x芯片的广泛应用，其价格也逐渐降下来了，在低功耗的FPGA选择上因性能而异，一般来说一套FPGA+AD936x方案的硬件成本价格大约在800~1000左右。如果能有上万台的量，那成本还能降低三分之一，即便如此，成本也是高于大疆的图传成本的。正因为图传成本的高昂，支持远距离飞行的无人机的价格不会低。市面上低于3千元的无人机毫无疑问都是采用的WIFI芯片方案，距离受到限制。如果你看到某公司把WIFI方案的无人机卖到超过4千元，除非它特别牛（比如大疆的Mavic Air，人家把飞行距离做到了4公里），要么就是忽悠消费者。 l 寻求差异化的产品。目前大疆的无人机还只支持点对点通信，如果能有点对多，或者组网无人机群，说不定能占据大疆未触及的领域。 留给其他产家更大的生存空间应该是行业级无人机市场。从这次深圳的第二届世界无人机大会的展品来看，基本上都是行业级无人机。行业级无人机的售价一般都超万元，相比而言，图传的成本就显得不那么高了。 5 后续 无人机市场还是个新兴市场，经过2016~2017年的洗礼，活下来的无人机产家也大大减小了。大疆依然独霸这个市场。大疆有1.2万员工，超过50%的是研发人员，每年投入研发的费用是销售额的15%，去年销售额是180亿，这样算下来，研发的投入超过27亿元。可以这样说，大疆一家公司的研发人员以及投入超过了中国其他所有无人机产家研发人员以及投入之和了。某些不知天高地厚的无人机产家狂妄地叫嚣着要挑战大疆，请先拿出点干货出来溜溜，别总是找些写手，天天吹嘘自己“无人机军工品质，图传行业第一！” 大疆的这种持续投入，是我国无人机引领全球市场的保证，是改善中国制造在全球人心目中形象的有力推进者，也是中国科技独立创新的一面旗帜！我们也希望看到中国能有更多这样的无人机企业，相互竞争，共同开拓无人机市场！
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发表于 2018-6-26 11:00
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