CN104808702A - 一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置及作业方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置及作业方法，自动控制装置由安装在悬浮于空中飞艇上的若干套艇载定向天线装置与若干套固定于地面的地面定向天线装置组成。艇载定向天线装置与地面定向天线装置之间形成点对点通讯链路，不同飞艇的艇载定向天线装置之间形成点对点通讯链路，同一飞艇中的艇载定向天线装置之间通过有线网络连接，相互通讯转发数据。本发明通过艇载定向天线与地面定向天线建立连接，解决传输阻挡局限性问题，并可以利用高空中的传输节点作为中转，快速建立复杂环境中的多点之间高效通讯网络。
Description
技术领域
本发明涉及无线通讯组网技术领域，具体是一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置及作业方法。
背景技术
目前在应急通讯领域，定向天线因为其传输距离较远、信号质量高而得到了广泛应用，也逐渐发展使用了半自动对准、自动对准定向天线，使得应急通讯网络的部署速度得到了较快的提高。但是由于定向天线其定向传输的特点，当其传输路径上有障碍物的阻挡时，其传输质量会受到很大影响，要想获得较理想的通讯效果，往往至少需要通讯双方中的一方处于较高的位置，如处于高楼楼顶、铁塔塔顶等位置，这使得定向天线的使用对环境具有较高的要求，也不便于灵活机动应用，特别在一些应急通讯场合。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置及作业方法，通过无人驾驶飞艇快速升至高空后，其上的艇载定向天线与地面定向天线建立连接，解决传输阻挡局限性问题，并可以利用高空中的传输节点作为中转路由，快速建立复杂环境中的多点之间高效通讯网络。
本发明的技术方案为：
一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置，包括有安装于飞艇上的艇载定向天线装置和固定于地面的地面定向天线装置；所述的艇载定向天线装置包括有艇载单片机，分别与艇载单片机连接的艇载北斗定位模块、陀螺仪模块、艇载方位角机械驱动模块、艇载俯仰角机械驱动模块和艇载3G通讯模块，以及与艇载方位角机械驱动模块、艇载俯仰角机械驱动模块连接的艇载定向天线；所述的地面定向天线装置包括有地面单片机，分别与地面单片机连接的地面北斗定位模块、电子罗盘模块、地面方位角机械驱动模块、地面俯仰角机械驱动模块和地面3G通讯模块，以及与地面方位角机械驱动模块、地面俯仰角机械驱动模块连接的地面定向天线；所述的艇载3G通讯模块和地面3G通讯模块无线连接通讯，所述的艇载定向天线和地面定向天线无线连接通讯。
所述的飞艇为多个，其中飞艇间的艇载3G通讯模块相互无线连接通讯，艇载定向天线相互无线连接通讯。
所述的飞艇上安装有多个艇载定向天线装置，每个艇载定向天线装置还包括有与艇载定向天线连接的艇载业务通讯模块，所述的同一飞艇上的多个艇载定向天线装置通过艇载业务通讯模块连接。
所述的地面定向天线上连接有地面业务通讯模块。
所述的艇载方位角机械驱动模块、艇载俯仰角机械驱动模块、地面方位角机械驱动模块、地面俯仰角机械驱动模块均是由伺服电机和电机控制器组成。
一种无人驾驶飞艇定向天线的作业方法，包括以下步骤：
（1）、在作业时，将艇载定向天线装置固定在飞艇的安装支架上，随飞艇升空，然后由操作人员遥控飞艇飞到指定地点后进行悬停；通过艇载北斗定位模块实时获取艇载定向天线装置所在的经纬度信息与高度信息，通过陀螺仪模块获取艇载定向天线装置的方位信息；通过地面北斗定位模块实时获取地面定向天线装置所在的经纬度信息与高度信息，通过电子罗盘模块获取地面定向天线装置的方位信息；
（2）、当成对设置的安装于飞艇上的艇载定向天线装置和固定于地面的地面定向天线装置需要组网时，地面定向天线装置的地面3G通讯模块向艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块发起组网请求，艇载定向天线装置的艇载单片机核实请求身份后，通过艇载3G通讯模块向地面3G通讯模块发出同意建立网络应答，此时地面定向天线装置和艇载定向天线装置建立链路成功；然后艇载3G通讯模块和地面3G通讯模块每间隔10秒钟交换一次对方的经纬度信息与高度信息，在交换信息成功后，艇载单片机通过艇载方位角机械驱动模块、艇载俯仰角机械驱动模块调整艇载定向天线的方位角与俯仰角，地面单片机通过地面方位角机械驱动模块、地面俯仰角机械驱动模块调整地面定向天线的方位角与俯仰角，从而使艇载定向天线和地面定向天线相互对准，然后进行业务数据通讯；
（3）、当不同飞艇上的艇载定向天线装置需要组网时，由请求艇载定向天线装置通过其艇载3G通讯模块向目标艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块发起组网请求，目标艇载定向天线装置的艇载单片机核实请求身份后，通过其艇载3G通讯模块向请求艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块发出同意建立网络应答，此时两个不同飞艇上的艇载定向天线装置建立链路成功；然后2个不同飞艇上的艇载3G通讯模块每间隔10秒钟交换一次对方的经纬度信息与高度信息，在交换信息成功后，各自的艇载单片机控制对应的艇载定向天线的方位角与俯仰角，从而使两个不同飞艇上的艇载定向天线相互对准，然后进行业务数据通讯。
同一所述的飞艇上的多个艇载定向天线装置通过与艇载定向天线连接的艇载业务通讯模块实现有线网络连接。
本发明的地面业务通讯模块上设置有网络接口，方便信息的有线传输。
本发明的优点：
本发明可根据艇载定向天线装置和地面定向天线装置之间的3G网络自动连网，然后两者根据定向天线的方位角与俯仰角信息调整各自的定向天线，使得两者的定向天线自动对准，达到最佳通讯效果；艇载定向天线装置之间也可以形成点对点通讯链路，使得二个飞艇之间可以进行通讯，用以扩展通讯的覆盖范围；同一飞艇中的多个艇载定向天线装置之间通过有线网络连接，可以相互通讯转发数据。本发明使定向天线实现自动对准功能与数据转发路由功能，可以在复杂的地理环境中快速组建远距离高带宽的应急通讯网络，且覆盖网络广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明艇载定向天线装置的结构框图。
图3是本发明地面定向天线装置的结构框图。
具体实施方式
见图1，一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置，包括有安装于飞艇3上的艇载定向天线装置1和固定于地面的地面定向天线装置2；
见图2，艇载定向天线装置1包括有艇载单片机11，分别与艇载单片机11连接的艇载北斗定位模块12、陀螺仪模块13、艇载方位角机械驱动模块14、艇载俯仰角机械驱动模块15和艇载3G通讯模块16，与艇载方位角机械驱动模块14、艇载俯仰角机械驱动模块15连接的艇载定向天线17，以及与艇载定向天线17连接的艇载业务通讯模块18；
见图3，地面定向天线装置包括有地面单片机21，分别与地面单片机21连接的地面北斗定位模块22、电子罗盘模块23、地面方位角机械驱动模块24、地面俯仰角机械驱动模块25和地面3G通讯模块26，与地面方位角机械驱动模块24、地面俯仰角机械驱动模块25连接的地面定向天线27，以及与地面定向天线27连接的地面业务通讯模块28；艇载3G通讯模块16和地面3G通讯模块26无线连接，艇载定向天线17和地面定向天线27无线连接。
飞艇为多个时，其中飞艇间的艇载3G通讯模块16相互连接，艇载定向天线17相互连接；同一飞艇上安装有多个艇载定向天线装置1，同一飞艇上的多个艇载定向天线装置1通过艇载业务通讯模块18连接。
其中，艇载方位角机械驱动模块14、艇载俯仰角机械驱动模块15、地面方位角机械驱动模块24、地面俯仰角机械驱动模块25均是由伺服电机和电机控制器组成；艇载单片机11通过CAN总线与艇载方位角机械驱动模块14的电机控制器、艇载俯仰角机械驱动模块15的电机控制器连接，可以控制艇载定向天线17的方位角与俯仰角，地面单片机21通过CAN总线与地面方位角机械驱动模块24的电机控制器、地面俯仰角机械驱动模块25的电机控制器连接，可以控制地面定向天线27的方位角与俯仰角。
一种无人驾驶飞艇定向天线的作业方法，包括以下步骤：
（1）、在作业时，将艇载定向天线装置固定在飞艇3的安装支架上，随飞艇升空，然后由操作人员遥控飞艇3飞到指定地点后进行悬停；通过艇载北斗定位模块12实时获取艇载定向天线装置1所在的经纬度信息与高度信息，通过陀螺仪模块13获取艇载定向天线装置1的方位信息；通过地面北斗定位模块22实时获取地面定向天线装置2所在的经纬度信息与高度信息，通过电子罗盘模块23获取地面定向天线装置2的方位信息；
（2）、当成对设置的安装于飞艇上的艇载定向天线装置1和固定于地面的地面定向天线装置2需要组网时，地面定向天线装置通过其地面3G通讯模块26向艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块16发起组网请求，艇载定向天线装置的艇载单片机11核实请求身份后，通过艇载3G通讯模块16向地面3G通讯模块26发出同意建立网络应答，此时地面定向天线装置2和艇载定向天线装置1建立链路成功；然后艇载3G通讯模块16和地面3G通讯模块26每间隔10秒钟交换一次对方的经纬度信息与高度信息，在交换信息成功后，艇载单片机11通过艇载方位角机械驱动模块14、艇载俯仰角机械驱动模块15调整艇载定向天线17的方位角与俯仰角，地面单片机21通过地面方位角机械驱动模块24、地面俯仰角机械驱动模块25调整地面定向天线27的方位角与俯仰角，从而使艇载定向天线17和地面定向天线27相互对准，然后进行业务数据通讯；；
（3）、当不同飞艇上的艇载定向天线装置需要组网时，由请求艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块16向目标艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块16发起组网请求，目标艇载定向天线装置的艇载单片机11核实请求身份后，通过其艇载3G通讯模块16向请求艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块16发出同意建立网络应答，此时两个不同飞艇上的艇载定向天线装置2建立链路成功；然后两个不同飞艇上的艇载3G通讯模块16每间隔10秒钟交换一次对方的经纬度信息与高度信息，在交换信息成功后，各自的艇载单片机11控制对应的艇载定向天线17的方位角与俯仰角，从而使两个不同飞艇上的艇载定向天线17进行业务数据通讯转发，形成多级网络。
业务数据通讯过程为：在业务通讯过程中，每个艇载定向天线装置1和地面定向天线装置2具备唯一的通讯地址，艇载定向天线装置1可以根据接收到的数据包地址信息自动进行数据转发，以实现整个装置的数据通讯。
为了扩展通讯的覆盖范围，艇载定向天线通讯节点与其它飞艇上艇载定向天线通讯节点之间也可以形成点对点通讯链路，使得二个飞艇之间可以进行通讯转发数据，并可形成多级网络。
其中，同一飞艇上的多个艇载定向天线装置1通过与艇载定向天线17连接的艇载业务通讯模块18实现有线网络连接，可以相互通讯转发数据。
Claims (7)
1.一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置，其特征在于：包括有安装于飞艇上的艇载定向天线装置和固定于地面的地面定向天线装置；所述的艇载定向天线装置包括有艇载单片机，分别与艇载单片机连接的艇载北斗定位模块、陀螺仪模块、艇载方位角机械驱动模块、艇载俯仰角机械驱动模块和艇载3G通讯模块，以及与艇载方位角机械驱动模块、艇载俯仰角机械驱动模块连接的艇载定向天线；所述的地面定向天线装置包括有地面单片机，分别与地面单片机连接的地面北斗定位模块、电子罗盘模块、地面方位角机械驱动模块、地面俯仰角机械驱动模块和地面3G通讯模块，以及与地面方位角机械驱动模块、地面俯仰角机械驱动模块连接的地面定向天线；所述的艇载3G通讯模块和地面3G通讯模块无线连接通讯，所述的艇载定向天线和地面定向天线无线连接通讯。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置，其特征在于：所述的飞艇为多个，其中飞艇间的艇载3G通讯模块相互无线连接通讯，艇载定向天线相互无线连接通讯。
3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置，其特征在于：所述的飞艇上安装有多个艇载定向天线装置，每个艇载定向天线装置还包括有与艇载定向天线连接的艇载业务通讯模块，所述的同一飞艇上的多个艇载定向天线装置通过艇载业务通讯模块连接。
4.根据权利要求1所述的一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置，其特征在于：所述的地面定向天线上连接有地面业务通讯模块。
5.根据权利要求1所述的一种无人驾驶飞艇定向天线的自动控制装置，其特征在于：所述的艇载方位角机械驱动模块、艇载俯仰角机械驱动模块、地面方位角机械驱动模块、地面俯仰角机械驱动模块均是由伺服电机和电机控制器组成。
6.一种无人驾驶飞艇定向天线的作业方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、在作业时，将艇载定向天线装置固定在飞艇的安装支架上，随飞艇升空，然后由操作人员遥控飞艇飞到指定地点后进行悬停；通过艇载北斗定位模块实时获取艇载定向天线装置所在的经纬度信息与高度信息，通过陀螺仪模块获取艇载定向天线装置的方位信息；通过地面北斗定位模块实时获取地面定向天线装置所在的经纬度信息与高度信息，通过电子罗盘模块获取地面定向天线装置的方位信息；
（2）、当成对设置的安装于飞艇上的艇载定向天线装置和固定于地面的地面定向天线装置需要组网时，地面定向天线装置的地面3G通讯模块向艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块发起组网请求，艇载定向天线装置的艇载单片机核实请求身份后，通过艇载3G通讯模块向地面3G通讯模块发出同意建立网络应答，此时地面定向天线装置和艇载定向天线装置建立链路成功；然后艇载3G通讯模块和地面3G通讯模块每间隔10秒钟交换一次对方的经纬度信息与高度信息，在交换信息成功后，艇载单片机通过艇载方位角机械驱动模块、艇载俯仰角机械驱动模块调整艇载定向天线的方位角与俯仰角，地面单片机通过地面方位角机械驱动模块、地面俯仰角机械驱动模块调整地面定向天线的方位角与俯仰角，从而使艇载定向天线和地面定向天线相互对准，然后进行业务数据通讯；
（3）、当不同飞艇上的艇载定向天线装置需要组网时，由请求艇载定向天线装置通过其艇载3G通讯模块向目标艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块发起组网请求，目标艇载定向天线装置的艇载单片机核实请求身份后，通过其艇载3G通讯模块向请求艇载定向天线装置的艇载3G通讯模块发出同意建立网络应答，此时两个不同飞艇上的艇载定向天线装置建立链路成功；然后2个不同飞艇上的艇载3G通讯模块每间隔10秒钟交换一次对方的经纬度信息与高度信息，在交换信息成功后，各自的艇载单片机控制对应的艇载定向天线的方位角与俯仰角，从而使两个不同飞艇上的艇载定向天线相互对准，然后进行业务数据通讯。
7.根据权利要求6所述的一种无人驾驶飞艇定向天线的作业方法，其特征在于：同一所述的飞艇上的多个艇载定向天线装置通过与艇载定向天线连接的艇载业务通讯模块实现有线网络连接。
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