CN104503456A - 基于4g通信的无人机控制装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于4G通信的无人机控制装置与方法，中央处理器对各台无人机分配身份识别标识(例如IP地址)和射频通信频率，中央处理器解析预设飞机控制程序，获得飞行参数，通过4G网络发送飞行参数至各个与身份识别标识相应的无人机，同时感应用户手动操作，生成操作指令，通过射频通信将操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机，4G通信距离远、执行成本低廉，带宽容量大、数据传输速率高，采用4G通信承担主要通信任务，能够显著减低无人机控制的成本，另外针对远距离传输采用4G通信能够克服现有射频通信无法远距离准确通信的缺陷，实现对无人机稳定的控制。

Description

基于4G通信的无人机控制装置与方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及基于4G通信的无人机控制装置与方法。

背景技术

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、电子干扰等。

无人机的远程无线通信控制，目前绝大多数民用无人机采用无线射频传输的点对点传输控制平台。射频传输价格昂贵，传输距离最多只在十公里数量级，功耗大，传输延时会随距离改变而改变，无法稳定控制。

发明内容

基于此，有必要针对现有无人机控制装置实施成本高昂、且稳定性差的问题，提供一种实施成本低廉且稳定的基于4G通信的无人机控制装置与方法。

一种基于4G通信的无人机控制装置，包括中央处理器、射频收发装置、4G通信装置和飞行姿态控制装置，其中，所述中央处理器加载有预设无人机飞行控制程序；

所述射频收发装置、所述4G通信装置以及所述飞机姿态控制装置分别与所述中央处理器连接；

所述飞行姿态控制装置用于感应用户手动操作，生成操作指令至中央处理器，所述中央处理器用于对每台无人机分配不同身份识别标识和射频通信频率，解析预设无人机飞行控制程序，获得飞行参数，通过4G通信装置发送飞行参数至与身份标识相应的无人机，通过射频收发装置发送操作指令至相应射频通信频率的无人机。

一种基于4G通信的无人机控制方法，包括步骤：

对多台无人机分配身份识别标识和射频通信频率；

解析预设飞机控制程序，获得飞行参数，并通过4G网络将飞行参数发送至与身份识别标识相应的无人机；

感应用户操作，并根据用户操作生成操作指令，通过射频通信将所述操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机。

本发明基于4G通信的无人机控制装置与方法，包括中央处理器、射频收发装置、4G通信装置和飞行姿态控制装置，中央处理器中加载有预设无人机飞行控制程序，中央处理器对各台无人机分配身份识别标识(例如IP地址)和射频通信频率，中央处理器解析预设飞机控制程序，获得飞行参数，通过4G网络发送飞行参数至各个与身份识别标识相应的无人机，同时感应用户手动操作，生成操作指令，通过射频通信将操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机，4G通信距离远、执行成本低廉，带宽容量大、数据传输速率高，采用4G通信承担主要通信任务，能够显著减低无人机控制的成本，另外针对远距离传输采用4G通信能够克服现有射频通信无法远距离准确通信的缺陷，实现对无人机稳定的控制。

附图说明

图1为本发明基于4G通信的无人机控制装置第一个实施例的结构示意图；

图2为本发明基于4G通信的无人机控制装置第二个实施例的结构示意图；

图3为本发明基于4G通信的无人机控制方法第一个实施例的流程示意图；

图4为本发明基于4G通信的无人机控制方法第二个实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

如图1所示，一种基于4G通信的无人机控制装置，包括中央处理器100、射频收发装置200、4G通信装置300和飞行姿态控制装置400，其中，所述中央处理器100加载有预设无人机飞行控制程序；

所述射频收发装置200、所述4G通信装置300以及所述飞机姿态控制装置分别与所述中央处理器100连接；

所述飞行姿态控制装置400用于感应用户手动操作，生成操作指令至中央处理器100，所述中央处理器100用于对每台无人机分配不同身份识别标识和射频通信频率，解析预设无人机飞行控制程序，获得飞行参数，通过4G通信装置300发送飞行参数至与身份标识相应的无人机，通过射频收发装置200发送操作指令至相应射频通信频率的无人机。

中央处理器100可以选用ARM架构的处理器，中央处理器100中预先存储有无人机飞行控制程序，这些程序是根据当前无人机飞行需要预先设定好的，例如需要设定无人机按照一定的航迹巡逻，又如，需要多台无人机按照一定的飞行顺序和飞行轨迹形成一些特殊的文字和/或图案，这些都可以基于现有的编程技术和无人机飞行公知参数进行编写。射频收发装置200用于与多台无人机建立射频通信，4G通信装置300用于与多台无人机建立4G通信。根据射频通信的原理可以知道，采用不同的射频收发频率可以对射频信号收发对象进行区分，根据移动通信原理可以知道，采用不同的身份识别标识可以对移动通信对象进行区分，通常这个身份识别标识为IP地址。中央处理器100针对当前无人机控制数量需求(有N台无人机)对每台无人机进行身份识别标识的分配和射频通信频率的分配。例如当前需要对1号、2号以及3号共计3台无人机飞行进行控制，中央处理器100可以对1号分配身份识别标识为X、2号身份识别标识为Y、3号身份识别标识为Z，另外还对1号分配射频通信频率A、2号射频通信频率B、3号射频通信频率C，具体分配可以基于现有移动通信、射频通信以及实际工程的需求进行调整，在此，不再赘述。

另外，需要指出的是，针对无人机实际飞机控制的需要我们可以设定单个本发明基于4G通信的无人机控制装置(以下简称控制装置)控制多台无人机，或者多个控制装置控制单台无人机，又或者是控制装置和无人机均为多台，在控制过程中，既有单台控制装置控制多台无人机，也有单台无人机被多台控制装置控制，这些亦可采用上述方案，根据实际工程的需要进行合理的调配，实现控制装置与无人机整体协调配置。当需要多个控制装置控制单台无人机时，每个控制装置可以预先协调采用统一的射频通信频率和4G通信身份识别标识，这种方案适用于无需区分是哪台控制装置发出控制指令的情况；当然每个控制装置也可以自行分配各自的射频频率和4G通信身份识别标识给单台无人机，这样可以让无人机区分出当前控制指令是由哪个控制装置发出的，适用于需要区分是哪台控制装置发出控制指令的情况，至于多个控制装置与多台无人机交叉一对多或多对一控制均是基于上述方案实现的，在此，不再进行赘述。

需要指出的是，本发明基于4G通信的无人机控制装置采用射频无线通信和4G网络通信的双冗余控制，当射频通信设备故障或飞至干扰太大的区域时，可通过4G网络进行控制。紧急情况下可靠性大大增加。

本发明基于4G通信的无人机控制装置包括中央处理器100、射频收发装置200、4G通信装置300和飞行姿态控制装置400，中央处理器100中加载有预设无人机飞行控制程序，中央处理器100对各台无人机分配身份识别标识(例如IP地址)和射频通信频率，中央处理器100解析预设飞机控制程序，获得飞行参数，通过4G网络发送飞行参数至各个与身份识别标识相应的无人机，同时感应用户手动操作，生成操作指令，通过射频通信将操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机，4G通信距离远、执行成本低廉，带宽容量大、数据传输速率高，采用4G通信承担主要通信任务，能够显著减低无人机控制的成本，另外针对远距离传输采用4G通信能够克服现有射频通信无法远距离准确通信的缺陷，实现对无人机稳定的控制。

如图2所示，在其中一个实施例中，所述飞行姿态控制装置400包括触摸屏420、加速度计440和陀螺仪460，所述触摸屏420、所述加速度计440以及所述陀螺仪460分别与所述中央处理器100连接。

触摸屏420能够感应用户触控操作，并根据用户触控操作生成相应的触控指令，加速度计可以感应用户手持飞行姿态控制装置400的加速度，并生成加速度指令，优选的加速度计可以选用三轴加速度计，陀螺仪能够感应用户手持飞行姿态控制装置400的偏转角度，并生成角度偏转指令。飞行姿态控制装置400感应用户操作分别生成触控指令、加速度指令以及角度偏转指令至中央处理器100，从而实现对用户操作的准确感应，将用户的操作反馈、控制无人机飞行。在实际的工程中，我们还可以对触摸屏显示的内容进行进一步的优化，例如将每台无人机的相关参数反馈至触摸屏显示，将每台无人机采集到的视频数据反馈至触摸屏，以便用户做出准确判断和控制。也还有对触摸屏显示的界面进行优化，在某一区域显示某些内容、在另外一些区域显示其它内容，便于用户获取信息。针对不同的用户的喜好，我们还可以在飞行姿态控制装置中添加摇杆，用户拨动摇杆朝不同的方向，从而控制无人机朝不同方向飞行，这样可以便于用户直观操作和体验。

在其中一个实施例中，所述基于4G通信的无人机控制装置还包括设置于各台无人机上的摄像装置，所述摄像装置通过所述4G通信装置300与所述中央处理器100连接。

摄像装置能够采集无人机可视角度的图像数据，将这些数据通过4G网络发送回中央处理器100，中央处理器100通过合适手段展示这些数据给用户(例如通过触摸屏显示给用户)便于用户直观了解当前无人机的飞行环境和状态。4G网络具有通信成本低廉、数据传输速率高、带宽容量大、传输稳定等特点，采用4G网络进行视频数据等大量数据的传输能够降低传输成本、确保数据传输的质量。

在其中一个实施例中，所述基于4G通信的无人机控制装置还包括启动装置，所述启动装置与所述中央处理器100连接。

启动装置用于控制中央处理器100的工作状态切换(工作/停止工作)从而控制整个基于4G通信的无人机控制装置，避免整个基于4G通信的无人机控制装置长期处于工作状态，节约资源并且在一定程度上提高基于4G通信的无人机控制装置的使用寿命。

在其中一个实施例中，所述身份识别标识为IP地址。

如图3所示，一种基于4G通信的无人机控制方法，包括步骤：

S100：对多台无人机分配身份识别标识和射频通信频率；

S200：解析预设飞机控制程序，获得飞行参数，并通过4G网络将飞行参数发送至与身份识别标识相应的无人机；

S300：感应用户操作，并根据用户操作生成操作指令，通过射频通信将所述操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机。

本发明基于4G通信的无人机控制方法，解析预设飞机控制程序，获得飞行参数，通过4G网络发送飞行参数至各个与身份识别标识相应的无人机，同时感应用户手动操作，生成操作指令，通过射频通信将操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机，4G通信距离远、执行成本低廉，带宽容量大、数据传输速率高，采用4G通信承担主要通信任务，能够显著减低无人机控制的成本，另外针对远距离传输采用4G通信能够克服现有射频通信无法远距离准确通信的缺陷，实现对无人机稳定的控制。

如图4所示，在其中一个实施例中，步骤S300之后还有步骤：

S400：通过4G网络接收无人机回传的数据；

S500：将所述回传的数据展示给用户。

在其中一个实施例中，所述回传数据包括视频数据和飞行状态参数。

4G网络具有通信成本低廉、数据传输速率高、带宽容量大、传输稳定等特点，采用4G网络进行视频数据等大量数据的传输能够降低传输成本确保数据传输的质量。

如图4所示，在其中一个实施例中，步骤S100之前还有步骤：

S110：启动基于4G通信的无人机控制装置，并将所述基于4G通信的无人机控制装置初始化。

将所述基于4G通信的无人机控制装置初始化便于清楚历史数据，避免历史数据对无人机控制的干扰。

如图4所示，在其中一个实施例中，所述S300具体包括步骤：

S320：感应用户操作，并根据用户操作生成操作指令；

S340：记录用户操作时间，将用户操作时间以及生成的操作指令对应存储；

S360：通过射频通信将所述操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机。

记录用户操作时间，将用户操作时间以及生成的操作指令对应存储，便于后期对无人机飞行数据的研究与查验。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于4G通信的无人机控制装置，其特征在于，包括中央处理器、射频收发装置、4G通信装置和飞行姿态控制装置，其中，所述中央处理器加载有预设无人机飞行控制程序；

所述射频收发装置、所述4G通信装置以及所述飞机姿态控制装置分别与所述中央处理器连接；

所述飞行姿态控制装置用于感应用户手动操作，生成操作指令至中央处理器，所述中央处理器用于对每台无人机分配不同身份识别标识和射频通信频率，解析预设无人机飞行控制程序，获得飞行参数，通过4G通信装置发送飞行参数至与身份标识相应的无人机，通过射频收发装置发送操作指令至相应射频通信频率的无人机。

2.根据权利要求1所述的基于4G通信的无人机控制装置，其特征在于，所述飞行姿态控制装置包括触摸屏、加速度计和陀螺仪，所述触摸屏、所述加速度计以及所述陀螺仪分别与所述中央处理器连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于4G通信的无人机控制装置，其特征在于，还包括设置于各台无人机上的摄像装置，所述摄像装置通过所述4G通信装置与所述中央处理器连接。

4.根据权利要求1或2所述的基于4G通信的无人机控制装置，其特征在于，还包括启动装置，所述启动装置与所述中央处理器连接。

5.根据权利要求1或2所述的基于4G通信的无人机控制装置，其特征在于，所述身份识别标识为IP地址。

6.一种基于4G通信的无人机控制方法，其特征在于，包括步骤：

对多台无人机分配身份识别标识和射频通信频率；

解析预设飞机控制程序，获得飞行参数，并通过4G网络将飞行参数发送至与身份识别标识相应的无人机；

感应用户操作，并根据用户操作生成操作指令，通过射频通信将所述操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机。

7.根据权利要求6所述的基于4G通信的无人机控制方法，其特征在于，所述感应用户操作，并根据用户操作生成操作指令，通过射频通信将所述操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机之后还有步骤：

通过4G网络接收无人机回传的数据；

将所述回传的数据展示给用户。

8.根据权利要求7所述的基于4G通信的无人机控制方法，其特征在于，所述回传数据包括视频数据和飞行状态参数。

9.根据权利要求6或7或8所述的基于4G通信的无人机控制方法，其特征在于，所述对多台无人机分配身份识别标识和射频通信频率之前还有步骤：

启动基于4G通信的无人机控制装置，并将所述基于4G通信的无人机控制装置初始化。

10.根据权利要求6或7或8所述的基于4G通信的无人机控制方法，其特征在于，所述感应用户操作，并根据用户操作生成操作指令，通过射频通信将所述操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机具体包括步骤：

感应用户操作，并根据用户操作生成操作指令；

记录用户操作时间，将用户操作时间以及生成的操作指令对应存储；

通过射频通信将所述操作指令发送至与射频通信频率匹配的无人机。