CN100568137C - 一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法，应用于自主控制型无人机的飞行控制与管理。该方法包括以下四个步骤：链路中断判断、链路中断等待处理、链路中断难复处理、链路中断恢复处理。该方法充分利用已有信息实现对遥控数据链路的监控；运用四种链路状态的相互转换及其相应处置措施，实现了无人机的链路状态自主监控与管理；根据飞机的具体状态采取相应处理措施，在无人机失去地面控制的情况下，有效地提高了飞行安全性，降低了风险。本发明具有重要的工程应用价值。

Description

一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法

技术领域

本发明涉及一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法，属于无人机自动控制领域。

背景技术

无人机系统按照功能，主要由四部分组成：飞行器系统、无线电测控系统、任务设备系统、综合保障系统。无人机的无线电测控系统通常就是无人机数据链系统；按数据传输方向的不同可分为上行链路和下行链路。上行链路主要完成地面站至无人机的遥控指令的发送和接收，一般也称为遥控链路；下行链路主要完成无人机至地面终端的遥测数据、红外或电视图像的发送和接收以及跟踪定位信息的传输，一般也称为遥测链路。准确性、精确度和可靠性将直接影响地面人员对无人机的控制效果，影响飞行安全，是衡量一套测控系统性能的重要指标。如果遥控链路中断，会造成对飞机的失控；因此在数据链的链接时间、传输速率、保密性、抗干扰能力、可靠性、可维护性和可操作性等方面提出了诸多技术上的要求，国内外在此方面的研究人员对此进行了深入研究，并已经取得了诸多成果。

从另外一个方面来看，数据链不可避免地存在着可靠性问题，若遥测链路发生中断，即地面人员无法实时了解飞机的状态，但飞机并不知道遥测链路发生中断，因此无计可施；若遥控链路发生中断，即遥控指令不能发送至飞机，此时，飞机可以根据接收的遥控数据帧获悉遥控链路发生了中断。因此，对于遥控链路发生中断的情况，可以从飞行控制与管理的角度出发，采取一些适当的保护和补救措施；虽然是一种从属和被动方式，但也不失为一种提高飞行安全的有效途径和方法，是应对数据链中断故障的最后屏障。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法，利用该方法，在遥控数据链发生中断时，能够根据飞机的状态及时应对，提高飞行安全性。

为实现这样的目的，本发明的构思是：第一，在链路通讯正常的情况下，飞行控制与管理计算机所获得的遥控数据帧是实时刷新的；如果链路发生中断，则该数据帧不会刷新，因此可充分利用这一特点，根据遥控数据帧的刷新状态来实时监控遥控数据链路的通讯状态；第二，根据无人机当时的具体情况采取补救和保护措施，包括自动执行一些在链路正常时，原本由地面操控人员操作的控制指令等。

所述的无人机遥控链路中断的判断与处理方法具体如下：

首先进行链路中断判断：

根据遥控数据链路的特性，将链路状态划分为四种：链路正常、中断等待、中断难复、链路恢复。如果持续T1时间仍收不到遥控数据帧，则链路状态判为“中断等待”；在链路中断等待过程中，若T3时间内持续收到遥控数据帧，则链路状态判为“链路恢复”；如果持续T2时间仍收不到遥控数据帧，则链路状态判为“中断难复”；在链路中断难复过程中，若T4时间内持续收到遥控数据帧，则链路状态判为“链路恢复”。一般T2＞T1，T4＞T3，T4＞T1。

中断等待被认为是链路由于某种原因发生短时间的中断，属于偶尔出现的情况，此时若链路恢复正常仍可继续中断前的任务；中断难复被认为是链路确实存在某种问题引起长时间中断，即使链路恢复正常，仍存在不可靠的因素，不应该盲目继续原来的任务，此时可由地面操控人员作出决定和并采取相应的处置措施。T1、T2、T3、T4的选定需要依据测控数据链的抗干扰能力、可靠性等性能来决定。需要特别指出的是，测控数据链有时会出现短时间频繁中断现象，T1、T2、T3、T4的选择应该使得能排除这种情况，否则将造成链路状态的频繁切换，继而可能引起飞机状态的频繁切换，导致不安全事件发生。

如果链路状态判断结果为“中断等待”，此时，链路进入中断等待状态，根据无人机当时的具体状态及时采取应对保护措施。

1)当无人机为非自主控制状态时，则自动切换为自主控制状态，然后执行2)；

2)当无人机为自主控制状态时，则

i)当无人机在五边航线飞行，则保持在五边航线飞行；

ii)当无人机正在起飞滑跑时，若空速小于离地保护速度，则自动收油门，控制发动机停车，之后将飞行控制与管理计算机复位。其中，离地保护速度是指在该速度收油门时，能确保飞机不会离地，比飞机离地速度小一些，随飞机类型和重量不同而不同；

iii)当无人机正在着陆滑跑时，则自动收油门，控制发动机停车，之后将飞行控制与管理计算机复位。

如果链路状态判断结果为“中断难复”，此时，链路进入中断难复状态，根据无人机当时的具体状态及时采取应对保护措施。

1)如果无人机正在巡航飞行，则终止任务，自动控制无人机返航；

2)如果无人机正在五边航线飞行，则进入下滑着陆控制；

3)如果无人机正在起飞滑跑或者着陆滑跑时，则自动收油门，控制发动机停车，之后将飞行控制与管理计算机复位。

如果链路状态判断结果为“链路恢复”，此时，链路进入链路恢复状态。

1)当链路从中断等待中恢复，如果无人机正在五边航线飞行，则进入下滑着陆控制；其他状态，不进行处理；

2)当链路从中断难复中恢复，不进行任何处理。

链路恢复后，链路状态由链路恢复状态变为“链路正常”。

由于链路已经恢复正常通讯，无人机的状态可以由地面操控人员来改变，如继续返航或者执行任务，即地面操控人员有最高决策权。

遥控链路发生中断后，地面人员失去对无人机的控制，采用本方法能够针对无人机的具体情况进行相应的保护处理，可有效提高飞行安全，降低风险。

本发明的优点在于：

(1)充分利用已有信息实现对遥控数据链路的监控；

(2)运用四种链路状态的相互转换及其相应处置措施，实现了无人机的链路状态自主监控与管理；

(3)根据飞机的具体状态采取相应处理措施，在无人机失去地面控制的情况下，有效地提高了飞行安全性，降低了风险。

附图说明

图1为本发明链路中断的判断与处理方法的方案示意图；

图2为本发明链路中断的判断与处理方法中链路中断判断的四种链路状态转化示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式来对本发明所述方法做进一步的详细说明。

图1为本发明链路中断的判断与处理方法方案示意图。如图1所示，根据遥控链路通讯时间，进行链路中断判断，判断后得到链路状态，再根据链路状态进行相应的处理。如果链路状态为链路正常，则继续链路中断的判断；如果链路状态为链路中断等待，则进行链路中断等待处理；如果链路状态为链路中断难复，则进行链路中断难复处理；如果链路状态为链路恢复，则进行链路中断恢复处理。

图2为本发明链路中断的判断与处理方法中链路中断判断的四种链路状态转化示意图。如图2所示，若链路在“链路正常”状态时，中断时间超过T1，即在T1时间内一直收不到遥控数据帧，则链路状态由“链路正常”转为“中断等待”；若链路在“中断等待”状态时，中断时间超过T2，即在T2时间内一直收不到遥控数据帧，则链路状态由“中断等待”转为“中断难复”；若链路在“中断等待”状态时，恢复通讯时间超过T3，即在T3时间内持续收到遥控数据帧，则链路状态由“中断等待”转为“链路恢复”；若链路在“中断难复”状态时，恢复通讯时间超过T4，即在T4时间内持续收到遥控数据帧，则链路状态由“中断难复”转为“链路恢复”；若链路状态处于“链路恢复”状态时，则转为“链路正常”状态。

以下为本发明应用于无人机飞行控制与管理的两个具体实施例。

一、应用于某大型无人机

该型无人机为自主起降无人机，主要用于空中监视、侦察，可通过视距数据链或卫星中继数据链进行遥控遥测数据通讯。该型无人机的控制方式有自主控制、指令控制、人工修正、遥控操纵等四种方式。自主控制方式与后三种控制方式可相互切换，以适应不同情况的需要。当无人机控制方式为自主控制时，无人机处于自主控制状态。在自主控制状态下，无人机会按照预定的流程自主完成全部飞行任务；当无人机控制方式为指令控制、人工修正或遥控操纵中的一种时，无人机都处于非自主控制状态。由自主控制状态进入非自主控制状态，需要通过地面操控人员通过测控数据上行链路，即遥控链路，发送某些指令实现；在非自主控制状态，当发生遥控链路中断，如果不采取保护措施，可能会使无人机处于危险之中。

本发明应用于该无人机的飞行控制与管理时，具体实施方案如下所述：

步骤一：链路中断判断

在“链路正常”状态，如果持续3秒(T1)仍收不到遥控数据帧，则判为链路“中断等待”，链路中断等待过程中，若3秒(T3)内持续收到遥控数据帧，则判为“链路恢复”。如果持续12分钟(T2)仍收不到遥控数据帧，则判为链路“中断难复”。链路中断难复过程中，若12s(T4)内持续收到遥控数据帧，则判为“链路恢复”。

步骤二：链路中断等待处理

经过链路中断判断后，若链路状态为“中断等待”，则采取以下处理措施：

1)当无人机的控制方式为指令控制、人工修正或者遥控控制，则自动切换为自主控制方式，然后执行2)；

2)当无人机的控制方式为自主控制时，则

i)如果无人机在五边航线飞行，则保持在五边航线飞行；

ii)如果无人机正在起飞滑跑时，若空速小于其离地保护速度80km/h，则自动收油门，自动发“发动机停车”指令使发动机停车，发动机停车后，自动发“飞控复位”指令使飞行控制与管理计算机状态复位；

iii)如果无人机正在着陆滑跑时，则自动收油门，发“发动机停车”指令使发动机停车，发动机停车后，发“飞控复位”指令使飞行控制与管理计算机状态复位。

步骤三：链路中断难复处理

经过链路中断判断，若链路状态处于“中断难复”，则采取以下处理措施：

1)若无人机正在巡航飞行，则终止任务，自动发“返航”指令使无人机返航；

2)若无人机正在五边航线飞行，则进入下滑着陆控制；

3)若无人机正在起飞滑跑或者着陆滑跑时，则自动收油门，发“发动机停车”指令使发动机停车，发动机停车后，发“飞控预关机”指令使飞行控制与管理计算机状态复位。

步骤四：链路中断恢复处理

经过链路中断判断，若链路状态处于“链路恢复”，则采取以下处理措施：

1)当链路从“中断等待”中恢复，若无人机在五边航线飞行，则进入下滑着陆控制；其它状态，不进行任何处理。

2)当链路从“中断难复”中恢复，不进行任何处理。

无人机的状态可由地面操控人员根据具体情况决策是继续返航，还是再执行任务。

二、应用于某中小型无人机

该型无人机为小型自主起降无人机，主要用于空中电子对抗，通过视距数据链进行遥控遥测数据通讯，控制方式与实施例一的无人机相同。

本发明应用于该无人机的飞行控制与管理时，具体实施方案与第一个实施例大致相同，所不同的内容在于：

步骤二中2)的ii)：当无人机正在起飞滑跑时，若空速小于其离地保护速度70km/h，则自动收油门，自动发“发动机停车”指令使发动机停车，发动机停车后，自动发“飞控复位”指令使飞行控制与管理计算机状态复位；

本发明通过以上两个型号无人机的飞行控制与管理的实施，说明该方法能够对提高飞行安全起到不可忽略的作用，具有重要的工程应用价值。

Claims (4)

1.一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法，其特征在于，该方法如下：

首先进行链路中断判断：

根据测控数据链路的特性，将链路状态划分为四种：链路正常、中断等待、中断难复、链路恢复；所述的中断难复是指链路确实存在某种问题引起长时间中断，即使链路恢复正常，仍存在不可靠的因素，不应该盲目继续原来的任务，此时由地面操控人员作出决定并采取相应的处置措施；

根据遥控链路通讯时间，进行链路中断判断，判断后得到链路状态，再根据链路状态进行相应的处理；

如果链路状态为链路正常，则继续进行链路中断判断；

如果链路状态为中断等待，则进行链路中断等待处理；

如果链路状态为中断难复，则进行链路中断难复处理；

如果链路状态为链路恢复，则进行链路中断恢复处理；

所述的链路中断等待处理为：

当无人机进入中断等待状态，根据无人机当时的具体状态及时采取以下应对保护措施：

1)当无人机处于非自主控制状态时，则自动切换为自主控制状态，然后执行2)；

2)当无人机处于自主控制状态时，则

i)如果无人机在五边航线飞行，则保持在五边航线飞行；

ii)如果无人机正在起飞滑跑时，若空速小于离地保护速度，则自动收油门，控制发动机停车，之后将飞行控制与管理计算机复位；

iii)如果无人机正在着陆滑跑时，则自动收油门，控制发动机停车，之后将飞行控制与管理计算机复位；

所述的链路中断难复处理为：

当无人机进入中断难复状态，根据无人机当时的具体状态及时采取以下应对保护措施：

1)如果无人机正在巡航飞行，则终止任务，自动控制无人机返航；

2)如果无人机正在五边航线飞行，则进入下滑着陆控制；

3)如果无人机正在起飞滑跑或者着陆滑跑时，则自动收油门，控制发动机停车，之后将飞行控制与管理计算机复位；

所述的链路中断恢复处理为：

1)当链路从中断等待中恢复，如果无人机正在五边航线飞行，则进入下滑着陆控制；其他状态，不进行处理；

2)当链路从中断难复中恢复，不进行任何处理。

2.根据权利要求1所述的一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法，其特征在于：链路从链路中断恢复处理中所述的中断等待及中断难复两种情况中恢复正常通讯后，无人机的状态可以由地面操控人员来改变，即地面操控人员有最高决策权。

3.根据权利要求1所述的一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法，其特征在于：所述的四种链路状态之间的转化关系为：

若链路在“链路正常”状态时，中断时间超过T1，即在T1时间内一直收不到遥控数据帧，则链路状态由“链路正常”转为“中断等待”；

若链路在“中断等待”状态时，中断时间超过T2，即在T2时间内一直收不到遥控数据帧，则链路状态由“中断等待”转为“中断难复”；

若链路在“中断等待”状态时，恢复通讯时间超过T3，即在T3时间内持续收到遥控数据帧，则链路状态由“中断等待”转为“链路恢复”；

若链路在“中断难复”状态时，恢复通讯时间超过T4，即在T4时间内持续收到遥控数据帧，则链路状态由“中断难复”转为“链路恢复”；

若链路状态处于“链路恢复”状态时，则转为“链路正常”状态。

4.根据权利要求3所述的一种无人机遥控链路中断的判断与处理方法，其特征在于：所述的T2＞T1，T4＞T3，T4＞T1。

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