CN104750111B - 一种无人机飞行监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人机飞行监控系统，属于航空电子或航空通信领域。其包括机载终端和地面终端。其中，机载终端安装至无人机，包括卫星定位通信模块、飞行控制模块、第一无线通信模块；地面终端包括地面控制模块、人机交互模块、第二无线通信模块。系统与中心控制处理单元进行通信，并向中心控制处理单元发送所述位置信息、飞行信息、飞行控制信息和航线申请信息；中心控制处理单元获取航线审批信息，并向系统发送所述航线审批信息。本发明是实现了对无人机飞行的有效监控，并使无人机飞行航线的申请更加方便快捷、飞行航线审批及信息下发反馈更加简单及时，提升了航线申请效率，降低了无人机运行、管理的难度及运行成本，提高了管理效率和安全性。

Description

一种无人机飞行监控系统

技术领域

本发明属于航空电子或航空通信领域，具体涉及一种无人机飞行监控系统。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”，是一种可利用无线电遥控设备操纵或者利用自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。通常而言无人机可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机这几大类。

随着技术发展，目前无人机已经可以应用于国民经济的方方面面，包括：战术侦察、电力巡线、应急测绘、空中广告、边境巡视禁毒、管道巡检、洪涝灾情调查、武警消防、森林火情监测、野生动物监测，甚至农药喷洒等等。

一般的航拍机、森林灭火机、农用喷药飞机等各种小型飞机属于通用航空的范畴。虽然目前《通用航空飞行任务审批与管理规定》已经大大简化了飞行审批程序，但是从事涉及地理信息资源的航空摄影或者遥感物探飞行，其作业范围由民航地区管理局商相关省、自治区、直辖市政府主管部门审批。小型飞行器升空必须按照相关规定向相关部门报批。在未经批准的情况下，任何企业和个人不得私自组织相关飞行活动。一经发现，将依法追究有关单位和个人法律责任。

通常，无人机作业都是通过地面站单元和无人机平台结合，直接进行相应飞行作业。但是，仅有部分实时飞行信息显示于地面站，供操作人员使用。因此，缺乏全面飞行数据，而且不能方便地在远端甚至网络上查询这些数据或信息，缺乏高效的监控手段。这也不利于航空管理部门的监控管理。近期，就曾发生了数起因个人无人机未申报飞行导致机场航班无法正常运行的事件。随着无人机数量和使用频率的增加，监控监管是必须完善的一项任务。

从另一方面来说，也就是，目前国内很多人虽然买了无人机但却飞不起来，而相应繁琐的航线申请对于普通用户而言是一个负担，并且目前缺乏技术手段可以让无人机用户方便快捷的实时了解无人机飞行状态及其他飞行数据，也不能让监管部门很好地实现无人机的监控监管。

发明内容

因此，针对上述情况，本发明提供了一种能够解决上述问题、克服上述不足的、具有飞行监控及航线辅助申请功能的飞行监控系统，其具体技术方案为：

一种无人机飞行监控系统，其包括机载终端和地面终端。

其中，所述机载终端安装至所述无人机，包括：卫星定位通信模块，其用于提供所述无人机的位置信息，并具有数据通信功能；飞行控制模块，其用于控制所述无人机的飞行并记录所述无人机的飞行信息，所述飞行控制模块与所述卫星定位通信模块进行信息交互；第一无线通信模块，其用于与所述地面终端以无线通信方式进行信息交互；ADS-B接收终端，用于接收一定范围内民航飞机、其他通航飞机及其他飞行器的ADS-B信息，并与所述飞行控制模块进行信息交互，实时反馈给无人机飞行控制模块，以调整所述飞行控制信息和航线控制信息。

所述地面终端包括：地面控制模块，其用于与所述机载终端进行信息交互，以从所述机载终端获得所述位置信息和所述飞行信息以及向所述机载终端发送飞行控制信息和航线控制信息；人机交互模块，其用于向用户输出所述飞行信息、所述位置信息和所述航线控制信息，以及用于向所述机载终端输入所述飞行控制信息和所述航线控制信息；以及，第二无线通信模块，其用于与所述机载终端以无线通信方式进行信息交互。

所述系统与中心控制处理单元进行通信，并向所述中心控制处理单元发送所述位置信息、所述飞行信息、所述飞行控制信息和所述航线申请信息；所述中心控制处理单元获取航线审批信息，并向所述系统发送所述航线审批信息。

即，所述机载终端安装于无人机内部，其包括卫星定位通信模块、飞行控制模块、第一无线通信终端和ADS-B接收终端。其中，卫星定位通信模块为机载终端提供无人机的卫星定位信息，可采用GPS、北斗等各种定位方式，也可混合使用，并具有数据通信功能。飞行控制模块可以为自驾仪，其用于无人机的导航、飞行信息的记录、飞行器整体控制，可采用手动、自动两种方式开关，并可自由切换。第一无线通信终端可以为无线电通信终端，其用于与地面终端的地面控制模块进行无线电通信，这样地面站单元可以获得无人机的相应飞行数据，有必要的情况也可对其进行手动控制，也可以用于传递航线信息。ADS-B接收终端用于接收一定范围内民航飞机、其他通航飞机及除本无人机外的其他飞行器的ADS-B信息，并实时反馈给无人机的飞行控制模块，飞行控制模块根据所述ADS-B信息分析判断，以在必要时调整本无人机的航线，实施规避，保证飞行安全。其中，卫星定位系统的定位信息会传递给飞行控制模块进行相应作业。而飞行控制模块的飞行数据信息也可以与卫星定位系统进行交互。飞行控制模块的飞行数据信息也可通过卫星定位系统的天线发送回中心控制处理单元。所述地面终端包括人机交互模块、地面控制模块和第二无线通信模块。其中，人机交互模块主要是完成与用户的人机交互，其包括：与中心控制处理单元中心控制处理单元的信息交互；对飞行信息以及航线信息的显示；用户对个人信息及无人机信息的输入与管理；还可使用终端与中心控制处理单元联系进行航线申请、咨询和其他操作。地面控制模块可以为地面站单元，主要供系统工作人员使用，可与无人机进行通信及数据交互，可完成无人机的航线设定、航线监控、飞行控制等功能。其获得的无人机飞行数据可与中心控制处理单元进行交互，更新系统中的无人机实时信息。人机交互模块设计友好化界面，用于客户使用。可以让没有无人机作业经验的一般用户或管理人员、监管人员了解无人机实时飞行情况。第二无线通信模块，其用于与所述机载终端以无线通信方式进行信息交互。

中心控制处理单元包括语音处理终端和数据综合管理终端。语音处理终端主要处理客户的语音通话，工作人员可将客户所提供的相应信息以及要求记录并存入数据综合管理终端，然后进行一定处理后与飞行许可及管理部门交互，申请航线。申请成功后，把所接收到的来自于飞行许可和管理部门申请到的航线数据发送到相应无人机机载终端以及地面控制模块。之后，地面控制模块就可以根据所申请的航线生成无人机自动飞行策略，然后通过无线电发送给飞行控制模块完成相应的飞行任务。同时中心控制处理单元将会把申请成功信息以及所申请航线信息通过数据综合管理终端发送给地面终端，从而在人机交互模块进行相应处理。

数据综合管理终端主要用于完成数据的综合管理，包括机载终端飞行数据管理和地面终端客户信息管理、飞机资料等的管理。机载终端飞行数据管理主要包括飞行航线信息管理和无人机实时飞行信息管理。实时飞行信息管理主要是管理机载终端所获得的无人机实际飞行数据，包括飞行线路、飞行姿态、航线、路线、位置、高度、速度、时间、区域等信息。地面终端客户信息管理主要是系统客户的个人用户信息以及所申请航线信息的保存管理，按照飞行许可及管理部门的要求有效的管理客户信息。另外，数据综合管理终端内含数据库，会将客户信息以及客户所申请的历史航线信息记录，在有相同航线时，无需客户再次提供具体信息，简化客户申请步骤，提高效率。

当用户通过地面终端向中心控制处理单元提供航线申请要求时，中心控制处理单元将处理后相应信息发送给地面控制模块。地面控制模块先进行航线自规划，然后通过第(1)种方式，或第(2)种方式，或(1)与(2)冗余方式将自规划航线信息发送至中心控制处理单元数据管理终端。具体方式为：(1)地面控制模块通过运营商网络将自规划航线信息发送至中心控制处理单元的数据管理终端；(2)地面控制模块将自规划航线通过无线电发送到机载终端的第一无线通信终端，然后到达飞行控制模块，飞行控制模块与带通信功能的卫星定位通信模块交互后，卫星定位通信模块将自规划航线信息发送至中心控制处理单元的数据管理终端。发送航线申请信息的方式可从前述这两种方式中自行选择和组合，如果采用(1)与(2)冗余方式发送，可以保证航线信息以更高的可靠性到达中心控制处理单元。

中心控制处理单元获得航线申请信息即自规划航线信息后，进行一定处理，然后与飞行许可管理部门交互，申请相应航线。如果原始自规划航线获批，则中心控制处理单元将会对从飞行许可管理部门所获得的航线进一步处理后通过第(1)种方式，或第(2)种方式，或(1)与(2)冗余方式发送至无人机机载终端供飞行使用。如果原始自规划航线未获批，中心控制处理单元将会把飞行许可管理部门所提供航行信息处理后，发送到地面控制模块进行再次规划或者取消飞行。中心控制处理单元向无人机机载终端下发的冗余方式包括：(1)通过运营商网络将自规划航线信息发送至地面控制模块，地面控制模块再通过无线电通信发送航线信息到机载终端的飞行控制模块；(2)通过卫星定位通信模块中的通信信道将自规划航线发送到机载终端飞行控制模块。发送航线审批信息的方式可从前述这两种方式中自行选择和组合，如果采用(1)与(2)冗余方式，可保证在无人机准备飞行时，以更高的可靠性获得飞行航线信息。

与现有技术比，本发明的有益效果为：一是实现了对无人机飞行的有效监控，使无人机拥有者或使用者可以随时了解其无人机的实时状态，也为相关部门的统一管理和监控无人机提供了相应支持，既保证了飞行符合规定，且不影响其他正常飞行活动；二是使无人机飞行航线的申请更加方便、快捷，提升了无人机航线申请效率，大大降低无人机应用的难度，使无人机拥有者既买得起又飞得起；三是使无人机飞行航线的审批及信息下发反馈更加简单、及时，使得获得飞行许可及管理部门航线信息后可自动生成飞行作业策略，大大降低操作人员工作量和工作难度；四是采用双重冗余的航线发送和接收机制，提高了航线申请和审批过程中信息交互的可靠性，避免了人为误操作带来的不当影响；五是通过飞行控制模块与ADS-B接收终端的组合，可以实现紧急情况下的无人机自主规避，极大地提高了飞行的安全性；六是人机交互模块采用友好化界面设计，且无人机实时状态可以在相应的终端显示，可以让一般用户方便、快捷、简单地进行操控，以随时掌握无人机的实时飞行状况。

总之，本发明更便于对无人机的运行和管理，极大的提高了无人机管理效率和安全性，降低了无人机运行成本。

附图说明

图1是本发明的无人机飞行监控系统示意图；

图2是本发明的机载终端硬件结构示意图；

图3是本发明的航线申请流程步骤示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种飞行监控系统，其包括机载终端1、地面终端2和中心控制处理单元3组成。机载终端1、地面终端2分别与中心控制处理单元3连接，机载终端1及中心控制处理单元3还将与飞行许可及管理部门4交互。

所述机载终端1安装于无人机内部，包括卫星定位通信模块5、飞行控制模块6、第一无线通信终端7、ADS-B接收终端8。其中，卫星定位通信模块5为机载终端提供无人机的卫星定位信息，其所获得的飞机定位信息会传递给飞行控制模块6进行记录。而飞行控制模块6所获得的飞行数据信息也可以与卫星定位通信模块5进行交互，将无人机飞行数据及航线信息在飞行控制模块与中心控制处理单元间双向传递。ADS-B接收终端8也可与飞行控制模块6进行交互。优选地，飞行控制模块6例如为自驾仪，具体可采用已投入使用的自研eFly系列自驾仪。

其中，所述卫星定位通信模块5为机载终端提供卫星定位信息。结合国内卫星定位实际，所述卫星定位通信模块5采用北斗定位终端。中国自行研制的全球卫星定位与通信系统，也就是中国北斗卫星导航系统(BeiDou Navigation Satellite System-″BDS″)。北斗卫星导航系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度优于20m，授时精度优于100ns。同时，北斗定位终端还提供一路通信功能，可以完成飞行控制模块与中心控制处理单元的信息交互。

所述飞行控制模块6用于无人机的导航、飞行信息的记录、飞行器整体控制，可以采用手动、自动两种方式，并可自由切换。飞行控制模块6的飞行信息的记录，包括飞机姿态、航线等等。

优选地，所述第一无线通信模块7例如为无线电通信终端，具体可采用X-tend的900MHz的无线数传电台，用于与地面控制模块22进行无线电通信，这样地面站单元可以获得无人机的相应飞行数据，并进行显示，在有必要的情况地面站单元也可对其进行手动控制。

所述ADS-B接收终端8用于接收一定范围内民航飞机、其他通航飞机及飞行器的ADS-B信息。接收的信息会实时反馈给无人机飞行控制模块，飞行控制模块可以根据ADS-B信息在必要时调整自身航线，实施自主规避。

所述地面终端2包括人机交互模块21、地面控制模块22和第二无线通信模块。其中，人机交互模块21采用html5编程语言开发，适用于PC端、PAD端及手机端，主要用于完成与用户的人机交互。包括对飞行信息以及航线信息的显示，可以让客户了解飞机实时状态和所申请飞行航线信息；用户对个人信息及无人机信息的输入与管理；还可使用终端与中心控制处理单元联系进行航线申请、咨询和其他操作。地面控制模块22主要供系统工作人员使用，可与无人机进行通信及数据交互，可完成无人机的航线监控、飞行控制等等功能。在接收到中心控制处理单元3所发送的航线信息后，地面控制模块22就可以根据所申请的航线利用地面站单元软件生成无人机自动飞行策略，通过无线电发送到无人机飞行控制模块6完成相应的飞行任务。地面控制模块22所获得的无人机飞行数据可与中心控制处理单元进行交互，更新系统中的无人机实时信息。优选地，所述地面控制模块22可以为地面站单元。

所述人机交互模块21设计友好化界面，可以让没有无人机作业经验的一般用户或管理人员了解无人机实时飞行情况。前端人机交互模块21目前设计采用网页和手机APP两种易用方式。用户可以在有网络的情况下登陆相应服务网页进行相应的航线申请以及飞机飞行数据查询等业务；同样，也可使用我们提供的专用手机APP，在使用已授权账户登陆服务成功后可以进行相应的操作，包括申请航线，无人机实时飞行数据查询等。

所述第二无线通信模块23，其用于与所述机载终端以无线通信方式进行信息交互。

所述中心控制处理单元3包括语音处理终端31和数据综合管理终端32。所述语音处理终端31主要处理前端客户的语音通话，工作人员将客户所提供的相应信息以及要求记录并存入数据综合管理终端32，然后进行一定处理后与飞行许可及管理部门4交互，申请航线。申请成功后，把所接收到的来自于飞行许可和管理部门申请到的航线数据发送到相应无人机机载终端1以及地面控制模块22。之后地面控制模块22就可以根据所申请的航线生成无人机自动飞行策略，然后完成相应的飞行任务。同时中心控制处理单元3也将会把申请成功信息以及所申请航线信息通过数据综合管理终端32发送给地面终端，从而在人机交互模块进行相应处理。

所述数据综合管理终端32主要完成数据的综合管理，包括机载终端1所获飞行数据管理和前端客户信息、飞机资料等的管理。机载终端飞行数据管理主要飞行航线信息管理和无人机实时飞行信息管理。实时飞行信息管理主要是管理机载终端所获得的无人机实际飞行数据，包括飞行线路、飞行姿态、航线、路线、位置、高度、速度、时间、区域等信息。地面终端客户信息管理主要是系统客户的个人用户信息以及所申请航线信息的保存管理，按照飞行许可及管理部门的要求有效的管理客户信息。另外，数据综合管理管理终端内含数据库，会将客户信息以及客户所申请的历史航线信息记录，在有相同航线时，无需客户再次提供具体信息，简化客户申请步骤，提高效率。

当用户通过语音或者地面终端2向中心控制处理单元3提供航线申请要求后，中心控制处理单元将处理后信息发送给地面控制模块22。地面控制模块会根据所提供航线申请信息进行航线自规划，然后通过第(1)种方式，或第(2)种方式，或(1)与(2)冗余方式将自规划航线信息发送至中心控制处理单元数据管理终端，发送航线申请信息的方式可从前述这两种方式中自行选择和组合。具体方式为：(1)通过运营商网络将自规划航线信息发送至中心控制处理单元；(2)将自规划航线通过无线电发送到机载终端的第一无线通信终端，然后到达飞行控制模块，飞行控制模块与带通信功能卫星定位通信模块交互后，将自规划航线信息通过卫星定位通信模块发送至中心控制处理单元数据管理终端。这种冗余方式可以保证航线信息更高可靠性的到达中心控制处理单元。

中心控制处理单元3获得航线申请信息即自规划航线信息后进行一定处理，然后与飞行许可管理部门4交互，申请相应航线。如果原始自规划航线获批，则中心控制处理单元3将会对从飞行许可管理部门4所获得的航线进一步处理后通过第(1)种方式，或第(2)种方式，或(1)与(2)冗余方式发送至无人机机载终端1供飞行使用，发送航线审批信息的方式可从前述这两种方式中自行选择和组合。如果原始自规划航线未获批，中心控制处理单元3将会把飞行许可管理部门4所提供航行信息处理后发送到地面控制模块22进行再次规划或者取消飞行。中心控制处理单元3向无人机机载终端1下发的冗余方式包括：(1)通过运营商网络将自规划航线信息发送至地面控制模块22，地面控制模块22再通过无线电通信发送航线信息到机载终端1中的飞行控制模块；(2)通过卫星定位通信模块中的通信信道将自规划航线发送到机载终端飞行控制模块。该冗余方式保证在无人机准备飞行时，以更高的可靠性获得飞行航线信息。

Claims (3)

1.一种无人机飞行监控系统，其特征在于，所述系统包括机载终端和地面终端，其中：

所述机载终端安装至所述无人机，包括：

卫星定位通信模块，其用于提供所述无人机的位置信息，并具有数据通信功能；

飞行控制模块，其用于控制所述无人机的飞行并记录所述无人机的飞行信息，所述飞行控制模块与所述卫星定位通信模块进行信息交互；

第一无线通信模块，其用于与所述地面终端以无线通信方式进行信息交互；

所述地面终端包括：

地面控制模块，其用于与所述机载终端进行信息交互，以从所述机载终端获得所述位置信息和所述飞行信息以及向所述机载终端发送飞行控制信息和航线控制信息；

人机交互模块，其用于向用户输出所述飞行信息、所述位置信息和所述航线控制信息，以及用于向所述机载终端输入所述飞行控制信息和所述航线控制信息；

以及，

第二无线通信模块，其用于与所述机载终端以无线通信方式进行信息交互；

其中，所述系统与中心控制处理单元进行通信，并向所述中心控制处理单元发送所述位置信息、所述飞行信息、所述飞行控制信息和所述航线申请信息；所述中心控制处理单元获取航线审批信息，并向所述系统发送所述航线审批信息；所述机载终端还包括ADS-B接收终端，其用于接收其他飞行器的ADS-B信息，并与所述飞行控制模块进行信息交互，以调整所述飞行控制信息和航线控制信息；所述飞行控制模块与所述卫星定位通信模块进行信息交互包括：所述卫星定位通信模块向所述飞行控制模块提供所述位置信息，以及所述飞行控制模块向所述卫星定位通信模块提供所述飞行信息；所述飞行控制模块包括自驾仪，所述地面控制模块包括地面站单元；所述飞行信息包括：无人机姿态、无人机航线、无人机飞行路线、飞行高度、飞行速度、飞行时间和飞行区域；所述地面控制模块根据所述航线审批信息生成所述航线控制信息；所述地面终端与中心控制处理单元进行通信，包括语音通信和数据通信；所述中心控制处理单元包括语音处理模块和数据处理模块；所述系统向所述中心控制处理单元发送航线申请信息包括：所述地面控制模块向所述中心控制处理单元发送航线申请信息，以及所述卫星定位通信模块向所述中心控制处理单元发送航线申请信息，发送航线申请信息的方式可从前述这两种方式中自行选择和组合；所述中心控制处理单元获取航线审批信息包括：所述中心控制处理单元将所述航线申请信息发送至飞行许可及管理部门；所述飞行许可及管理部门将航线审批信息发送至所述中心控制处理单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中心控制处理单元将所述航线申请信息发送至飞行许可及管理部门包括：所述中心控制处理单元将修改后的航线申请信息发送至飞行许可及管理部门。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述中心控制处理单元向所述系统发送航线审批信息包括：所述中心控制处理单元向所述地面控制模块发送航线审批信息，以及所述中心控制处理单元向所述卫星定位通信模块发送航线审批信息，发送航线审批信息的方式可从前述这两种方式中自行选择和组合。