CN104623907A - 飞行器用的遥控装置、飞行器控制系统和飞行器控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种飞行器用遥控器、飞行器控制系统及其控制方法，遥控器包括控制装置、信号采集模块、4G信号传输模块、传输速率计算模块、传输速率比例计算模块和传输速率控制模块，信号采集模块用于采集控制装置输出的控制信号，4G信号传输模块接收信号采集模块输出的控制信号，传输速率计算模块根据控制信号计算得出第一数据传输速率信号，传输速率比例计算模块根据第一数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号，传输速率控制模块根据第一速率比例信号向4G信号传输模块输出速率调节控制信号。和运用该遥控器的控制系统和该控制系统的控制方法。通过本发明可有效利用4G带宽且提高飞行器和遥控器之间通讯稳定性。

Description

飞行器用的遥控装置、飞行器控制系统和飞行器控制方法

技术领域

本发明涉及航空设备领域，尤其是涉及一种无人驾驶的飞行器用的遥控装置、该飞行器的控制系统以及该飞行器的控制方法。

背景技术

无人驾驶飞机在航空拍摄、空中运输等领域有广泛的应用，现有的无人驾驶飞行器大多为固定翼飞行器或者多轴飞行器，固定翼飞行器上设置一个或多个机翼，并且在机翼上设置螺旋桨，通过电机带动螺旋桨旋转产生的气流推动飞行器飞行。

但是传统的无线电遥控飞行器通过专用的无线电设备进行遥控，有效控制距离非常有限。目前，市场上常见的无线电遥控飞行器有效控制距离一般都小于1公里。制造较大型的飞行器可以装载功率更大的无线电设备，有效控制距离可以达到10～15公里，甚至更远一些，但是较大型的飞行器制造成本很高，更关键的是，远距离无线电遥控多个飞行器容易造成信号相互干扰，并且遥控飞行器使用的无线电频段受到严格控制和监管，难以得到大规模商业应用。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种有效利用4G带宽且提高通讯稳定性的飞行器用的遥控器。

本发明的第二目的是提供一种有效利用4G带宽且提高通讯稳定性的飞行器控制系统。

本发明的第三目的是提供一种有效利用4G带宽且提高通讯稳定性的飞行器控制方法。

为了实现本发明的第一目的，本发明提供一种飞行器用的遥控装置，包括信号采集模块、传输速率计算模块、传输速率比例计算模块和传输速率控制模块，信号采集模块用于采集控制信号，传输速率计算模块接收信号采集模块输出的控制信号，传输速率计算模块根据控制信号计算得出第一数据传输速率信号，传输速率比例计算模块接收传输速率计算模块输出的第一数据传输速率信号，传输速率比例计算模块根据第一数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号，传输速率控制模块接收传输速率比例计算模块输出的第一速率比例信号，传输速率控制模块根据第一速率比例信号生成速率调节控制信号。

由上述方案可见，通过对数据传输速率进行计算,计算其数据通讯时所需要要的上行和下行速率,该计算方法可根据数据的传输速率预设值进行计算,亦可根据实际数据大小进行计算,随后根据该传输速率对上行和下行的速率比值进行调整,最后通过传输速率控制模块将速率比例信号通过4G通讯方式向外输出,由于4G通讯方式传输模块需要与基站上的移动网络服务器进行数据交互, 移动网络服务器接收到该速率比例信号后将在原有的带宽上对上行和下行之间的比例进行调整,从而有效地利用4G带宽,同时可对控制信号更加优化地进行传输,继而提高遥控器的通讯稳定性。

更进一步的方案是，传输速率比例计算模块还接收第二数据传输速率信号，传输速率比例计算模块根据第一数据传输速率信号和第二数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第二速率比例信号。

由上可见，为了更加有效地利用4G网络的带宽和跟进一步地提高通讯稳定性,可对飞行器的输出的第二数据传输速率信号进行计算，综合地参考飞行器的传输速率和遥控器的传输速率对速率比例信号进行调整，继而更加地有效地提高遥控器的通讯稳定性。

更进一步的方案是，遥控装置还包括摄像模块和录音模块，信号采集模块还用于通过摄像模块采集视频信号，信号采集模块还用于通过录音模块采集音频信号，传输速率计算模块根据由信号采集模块输出的控制信号、视频信号和音频信号计算得出第三数据传输速率信号。

由上可见，除了控制信号，还可以在遥控器设置有摄像装置和录音装置，根据控制信号、视频信号和音频信号综合地进行计算可得出较佳匹配的数据传输速率信号，继而跟进一步地提高遥控器的通讯稳定性。

为了实现本发明的第二目的，本发明提供一种飞行器控制系统，包括飞行器控制装置和遥控装置，飞行器控制装置包括第一信号采集模块和第一传输速率计算模块，第一信号采集模块用于采集加速度信号和角速度信号，第一传输速率比例计算模块用于接收第一信号采集模块输出的加速度信号和角速度信号，第一传输速率计算模块根据加速度信号和角速度信号计算得出第一数据传输速率信号，控制装置包括第二信号采集模块，第二信号采集模块用于采集控制信号，其中，控制装置还包括第二传输速率计算模块、传输速率比例计算模块和传输速率控制模块，第二传输速率计算模块接收第二信号采集模块输出的控制信号，第二传输速率计算模块根据控制信号计算得出第二数据传输速率信号，传输速率比例计算模块接收第二传输速率计算模块输出的第二数据传输速率信号，传输速率比例计算模块根据第二数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号，传输速率控制模块接收传输速率比例计算模块输出的第一速率比例信号，传输速率控制模块根据第一速率比例信号生成速率调节控制信号。

由上述方案可见，通过对数据传输速率进行计算,计算其数据通讯时所需要要的上行和下行速率,该计算方法可根据数据的传输速率预设值进行计算,亦可根据实际数据大小进行计算,随后根据该传输速率对上行和下行的速率比值进行调整,最后通过传输速率控制模块将速率比例信号通过4G通讯方式模块向外输出,由于4G通讯方式需要与基站上的移动网络服务器进行数据交互, 移动网络服务器接收到该速率比例信号后将在原有的带宽上对上行和下行之间的比例进行调整,从而有效地利用4G带宽,同时使得飞行器和遥控器之间的通讯交互更加优化地进行传输,继而提高飞行器和遥控器之间的通讯稳定性。

本发明提供的另一种飞行器控制系统包括飞行器控制装置以及遥控装置，飞行器控制装置包括第一信号采集模块，遥控装置包括第二信号采集模块，第二信号采集模块用于采集控制信号，其中，遥控装置还包括传输速率计算模块，用于获取预设的第一数据传输速率信号以及第二数据传输速率信号，并包括传输速率比例计算模块，传输速率比例计算模块接收第一数据传输速率信号以及第二数据传输速率信号，并计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号，遥控装置还博安康传输速率控制模块，传输速率控制模块接收传输速率比例计算模块输出的第一速率比例信号，传输速率控制模块根据第一速率比例信号生成速率调节控制信号。

这样，通过获取预设的第一数据传输速率信号以及第二数据传输速率信号并根据该传输速率对上行和下行的速率比值进行调整,最后通过传输速率控制模块将速率比例信号通过4G通讯方式模块向外输出,由于4G通讯方式需要与基站上的移动网络服务器进行数据交互, 移动网络服务器接收到该速率比例信号后将在原有的带宽上对上行和下行之间的比例进行调整,从而有效地利用4G带宽,同时使得飞行器和遥控器之间的通讯交互更加优化地进行传输,继而提高飞行器和遥控器之间的通讯稳定性。

为了实现本发明的第三目的，本发明提供一种飞行器控制方法，其中，控制方法包括：采集控制信号的步骤；根据控制信号计算得出第一数据传输速率信号的步骤；根据第一数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号的步骤；根据第一速率比例信号向4G信号传输模块输出速率调节控制信号的步骤。

由上述方案可见，通过对数据传输速率进行计算,计算其数据通讯时所需要要的上行和下行速率,随后根据该传输速率对上行和下行的速率比值进行调整,最后通过传输速率控制模块将速率比例信号通过4G通讯方式向外输出,由于4G通讯方式需要与基站上的移动网络服务器进行数据交互, 移动网络服务器接收到该速率比例信号后将在原有的带宽上对上行和下行之间的比例进行调整,从而有效地利用4G带宽,同时使用该飞行器的控制方法可使得飞行器和遥控器之间的通讯交互更加优化地进行传输,继而提高飞行器和遥控器之间的通讯稳定性。

附图说明

图1是本发明飞行器的结构图。

图2是本发明飞行器控制系统实施例的原理示意图。

图3是本发明飞行器控制系统实施例飞行器的系统框图。

图4是本发明飞行器遥控器实施例的系统框图。

图5是本发明飞行器控制方法实施例的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的飞行器为无人驾驶飞行器，可以有航空表演、航空拍摄以及航空运输等多种场合。参见图1，本发明提供的飞行器包括主支架21，在主支架21的中部设有一个圆形的控制器22，控制器22内设置有动力源，如电池等，并且设置有控制电路，用于控制电机的工作。当然，控制器22内还设有惯性测量模块（IMU），其包括加速度传感器、陀螺仪，用于检测飞行器相对于水平面的倾斜角度等飞行姿态。在主支架21的下方还可以安装有摄像头和麦克风(未示出)，摄像头用于图像的拍摄，麦克风用于声音的录制。

在主支架21的周向上设有四根安装支架23，每一根安装支架23的第一端固定在主支架21上，本实施例中，安装支架23通过螺钉或者铆钉固定在主支架21上。当然，安装支架23的第一端也可以焊接在主支架21上，或者主支架21与安装支架23一体成型。

在安装支架23的末端设置有电机24以及由电机24驱动的旋翼25，在安装支架23的末端还设有一根支轴26，电机24驱动支轴26旋转，且旋翼25套装在支轴26上，旋翼25在支轴26的带动下旋转，从而为飞行器的飞行提供动力。当然，电机24由控制器22控制工作，因此每一个电机24均与控制器22电连接。

参照图2，图 2是飞行器控制系统的原理示意图。飞行器的控制器22通过4G无线网络通信方式与基站的移动网络服务器11进行数据交互，远离飞行器设置的遥控器33通过4G无线网络通信方式与基站的移动网络服务器11进行数据交互，遥控器33和控制器22通过4G移动网络进行控制信号、视频信号或语音信号的数据交互。

参照图3，图3是飞行器的控制器22的系统框图，控制器22包括加速度传感器221、陀螺仪222、摄像装置223、录音装置224、信号采集模块225、传输速率计算模块226和4G信号传输模块227。信号采集模块225采集加速度传感器221输出的加速度信号，信号采集模块225采集陀螺仪22输出的角速度信号,信号采集模块225采集摄像装置223输出的视频信号，信号采集模块225采集录音装置224输出的音频信号。

信号采集模块225将加速度信号、角速度信号、视频信号和音频信号输出到传输速率计算模块226，传输速率计算模块226根据加速度信号、角速度信号、视频信号和音频信号计算得出第一数据传输速率信号，具体地，传输速率计算模块226可根据数据传输速率的预设值进行计算，还可以根据加速度信号的数据流量、角速度信号的数据流量、视频信号的数据流量和音频信号的数据流量的实际总流量进行第一数据传输速率的计算。4G信号传输模块227接收传输速率计算模块226输出的第一数据传输速率信号后，将其利用4G移动网络通讯的方式发送至移动网络服务器11中。信号采集模块225还通过4G信号传输模块227将加速度信号、角速度信号、视频信号和音频信号输出到遥控器22中进行反馈。在本实施例中,信号采集模块225和传输速率计算模块226组成了本实施例的飞行器控制装置。

参照图4，图4是遥控器33的系统框图。遥控器33包括4G传输模块331、传输速率比例计算模块332、传输速率控制模块333、数据传输速率计算模块334、信号采集模块335、控制装置336、摄像装置337和录音装置338。4G传输模块331通过移动网络服务器11接收由控制器11输出的加速度信号、角速度信号、视频信号和音频信号，遥控器33接收后可在显示器(为示出)上进行显示。

遥控器33的信号采集模块335采集控制装置336的控制信号，控制装置336包括控制器33上的摇杆、旋钮等移动动作转化成相对应电信号的控制信息。

摄像装置337用于驱动摄像头工作，信号采集模块335采集摄像装置337输出的视频信号，录音装置228用于驱动麦克风，信号采集模块335采集录音装置338输出的音频信号，信号采集模块335可将控制信号、视频信号和音频信号通过4G信号传输模块331和移动网络服务器11传输到飞行器上，利用控制信号对飞行器的飞行进行控制，以及在飞行器上进行视频声音的播放。

信号采集模块335还将控制信号、视频信号和音频信号输出到数据传输速率计算模块334，数据传输速率计算模块334根据控制信号、视频信号和音频信号计算得出第二数据传输速率信号。具体地，传输速率计算模块334可根据数据传输速率的预设值进行计算，还可以根据控制信号的流量、视频信号的流量和音频信号的流量的实际总流量进行第二数据传输速率的计算。

传输速率比例计算模块332接收到第二数据传输速率和经由4G信号传输模块227、移动网络服务器11和4G信号传输模块331传输的第一数据传输速率后，传输速率比例计算模块332根据第一数据传输速率信号和第二数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的速率比例信号。然后，传输速率比例计算模块332将该速率比例信号输出至传输速率控制模块333，传输速率控制模块333根据该速率比例信号向4G信号传输模块331输出对应的速率调节控制信号，4G信号传输模块331将该具有上行速率和下行速率比例信息的速率调节控制信号输出至移动网络服务器11，移动网络服务器11根据速率调节控制信号对4G网络带宽的上行和下行进行调整，以实现更有效地利用4G带宽资源，使得飞行器和遥控器之间的通讯更为稳定。在本实施例中传输速率比例计算模块332、传输速率控制模块333、数据传输速率计算模块334、信号采集模块335、摄像装置337和录制装置338组成了本实施例的遥控装置。

参照图5，图5飞行器控制方法的流程图。首先执行步骤S11，采集控制装置的控制信号，随后执行步骤S12，采集摄像装置输出的视频信号，然后执行步骤S13，采集录音装置输出的音频信号。

然后执行步骤S14，根据控制信号、视频信号和音频信号计算得出第一数据传输速率信息，随后执行步骤S15，通过4G信号传输模块接收第二数据传输速率信号，第二数据传输速率可以根据数据传输速率的预设值进行计算，也可以根据加速度信号的数据流量、角速度信号的数据流量、视频信号的数据流量和音频信号的数据流量的实际总流量进行计算。然后执行步骤S16，根据第一数据传输速率信号和第二数据传输速率信号计算得出速率比例信号。

最后执行步骤S17，根据速率比例信号向4G信号传输模块输出速率调节控制信号，4G信号传输模块将速率调节控制信号输出到基站的移动网络服务器中，移动网络服务器根据速率调节控制信号对4G网络带宽的上行和下行进行调整，以实现更有效地利用4G带宽资源，使得飞行器和遥控器之间的通讯更为稳定。

当然上述实施例只是本发明的较佳实施例，当遥控器33的信号采集模块335只对控制装置336的控制信号进行采集时，或飞行器上的控制器22没有对第二数据传输速率进行计算时，传输速率控制模块333和传输速率比例计算模块332依旧可根据控制信号对传输比例进行调节，亦可实现4G网络带宽的优化。或者在执行飞行器控制方法时，将采集视频信号步骤S12、采集音频信号步骤S13以及接受第二数据传输速率信号S15省略，遥控器依旧可根据控制信号的第一数据传输速率进行4G带宽调整，同样是可实现本发明的目的。当将来出现4G网络通讯的下一代网络通讯时，只要该移动网络通讯的速度和带宽比4G网络通讯更加的优良，则同样可实现本发明的目的，应该属于本发明的权利要求保护范围内。

Claims (10)

1.飞行器用的遥控装置，包括

信号采集模块，所述信号采集模块用于采集控制信号；

其特征在于：

传输速率计算模块，所述传输速率计算模块接收所述信号采集模块输出的所述控制信号，所述传输速率计算模块根据所述控制信号计算得出第一数据传输速率信号；

传输速率比例计算模块，所述传输速率比例计算模块接收所述传输速率计算模块输出的所述第一数据传输速率信号，所述传输速率比例计算模块根据所述第一数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号；

传输速率控制模块，所述传输速率控制模块接收所述传输速率比例计算模块输出的第一速率比例信号，所述传输速率控制模块根据所述第一速率比例信号生成速率调节控制信号。

2.根据权利要求1所述的遥控装置，其特征在于：

所述传输速率比例计算模块还接收第二数据传输速率信号，所述传输速率比例计算模块根据所述第一数据传输速率信号和所述第二数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第二速率比例信号。

3.根据权利要求1或2所述的遥控装置，其特征在于：

所述遥控装置还包括所述摄像模块和录音模块，所述信号采集模块还用于通过所述摄像模块采集视频信号，所述信号采集模块还用于通过所述录音模块采集音频信号；

所述传输速率计算模块根据由所述信号采集模块输出的所述控制信号、所述视频信号和所述音频信号计算得出第三数据传输速率信号。

4.飞行器控制系统，包括

飞行器控制装置，所述飞行器控制装置包括第一信号采集模块和第一传输速率计算模块，所述第一信号采集模块用于采集加速度信号和角速度信号，所述第一传输速率计算模块用于接收所述第一信号采集模块输出的所述加速度信号和所述角速度信号，所述第一传输速率计算模块根据所述加速度信号和所述角速度信号计算得出第一数据传输速率信号；

遥控装置，所述遥控装置包括第二信号采集模块，所述第二信号采集模块用于采集控制信号；

其特征在于：

所述遥控装置还包括

第二传输速率计算模块，所述第二传输速率计算模块接收所述第二信号采集模块输出的所述控制信号，所述第二传输速率计算模块根据所述控制信号计算得出第二数据传输速率信号；

传输速率比例计算模块，所述传输速率比例计算模块接收所述第二传输速率计算模块输出的所述第二数据传输速率信号，所述传输速率比例计算模块根据所述第二数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号；

传输速率控制模块，所述传输速率控制模块接收所述传输速率比例计算模块输出的第一速率比例信号，所述传输速率控制模块根据所述第一速率比例信号生成速率调节控制信号。

5.根据权利要求4所述的飞行器控制系统，其特征在于：

所述传输速率比例计算模块还接收所述第一数据传输速率信号，所述传输速率比例计算模块根据所述第一数据传输速率信号和所述第二数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第二速率比例信号。

6.根据权利要求4或5所述的飞行器控制系统，其特征在于：

所述遥控装置还包括所述摄像模块和录音模块，所述第二信号采集模块还用于通过所述摄像模块采集视频信号，所述信号采集模块还用于通过所述录音模块采集音频信号；

所述传输速率计算模块根据由所述第二信号采集模块输出的所述控制信号、所述视频信号和所述音频信号计算得出第三数据传输速率信号。

7.飞行器控制系统，包括

飞行器控制装置，所述飞行器控制装置包括第一信号采集模块；

遥控装置，所述遥控装置包括第二信号采集模块，所述第二信号采集模块用于采集控制信号；

其特征在于：

所述遥控装置还包括

传输速率计算模块，用于获取预设的第一数据传输速率信号以及第二数据传输速率信号；

传输速率比例计算模块，所述传输速率比例计算模块接收所述第一数据传输速率信号以及所述第二数据传输速率信号，并计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号；

传输速率控制模块，所述传输速率控制模块接收所述传输速率比例计算模块输出的第一速率比例信号，所述传输速率控制模块根据所述第一速率比例信号生成速率调节控制信号。

8.飞行器控制方法，其特征在于：

所述控制方法包括

采集控制信号的步骤；

根据所述控制信号计算得出第一数据传输速率信号的步骤；

根据所述第一数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第一速率比例信号的步骤；

根据所述第一速率比例信号向4G信号传输模块输出速率调节控制信号的步骤。

9.根据权利要求8所述的飞行器控制方法，其特征在于：

在根据所述控制信号计算得出第一数据传输速率信号的步骤后，所述飞行器控制方法还包括：

通过所述4G信号传输模块接收第二数据传输速率信号的步骤；

根据所述第一数据传输速率信号和所述第二数据传输速率信号计算得出上行速率和下行速率之间的第二速率比例信号。

10.根据权利要求8或9所述的飞行器控制方法，其特征在于：

在所述采集控制信号的步骤后，所述飞行器控制方法还包括：

采集视频信号的步骤；

采集音频信号的步骤；

根据所述控制信号、所述视频信号和所述音频信号计算得出第三数据传输速率信号的步骤。