CN104883218B - 基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置及与无人机通信的方法 - Google Patents

基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置及与无人机通信的方法 Download PDF

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Abstract

基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置及与无人机通信的方法，属于通信领域。解决了高压输电线路架设区域地面通信装置使用全向天线时，由于天线增益低，造成巡检无人机的通信距离受限的问题。本发明的低增益宽波束天线和高增益窄波束天线分别于一号无线通信接收机和二号无线通信接收机相连，一号无线通信接收机的信号输出端和二号无线通信接收机的信号输出端均同时连接信号强度检测单元的信号输入端和天线切换单元的信号输入端，切换控制电路的控制信号输出端连接天线切换单元切换控制信号输入端，低增益宽波束天线和高增益窄波束天线均用于与高压输电线架设区域内的无人机进行通信。用于高压输电线架设区域内装置与无人通信使用。

Description

基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置及与无 人机通信的方法
技术领域
本发明属于通信领域。
背景技术
高压输电线路架设区域是一个条形地带，然而整个线路也不是直线；无人机巡检需回传的信息是超高清晰照片，要求无线传输带宽很高，因此在地面通信装置使用全向天线时，由于天线增益低，造成通信距离受限，要完成特定区段现实输电线路全域覆盖，需架设很多地面通信装置，不仅造价高，同时地面设备多，管理维护复杂；另一种方式是地面通信装置使用具备高增益定向天线，同时采用跟踪天线技术，以弥补无人机机载设备能力的不足，如此可一套地面通信装置可覆盖较远区间，然而跟踪天线技术复杂，造价更高，且存在机械转动结构，设备故障率高。
发明内容
本发明是为了解决高压输电线路架设区域地面通信装置使用全向天线时，由于天线增益低，造成巡检无人机的通信距离受限的问题，提出了基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置及与无人机通信的方法。
本发明所述的基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置，它包括低增益宽波束天线、高增益窄波束天线、一号无线通信接收机、二号无线通信接收机、信号强度检测单元、天线切换单元和切换控制电路；
低增益宽波束天线的信号输出端连接一号无线通信接收机的无线信号输入端，高增益窄波束天线的信号输出端连接二号无线通信接收机的无线信号输入端，一号无线通信接收机的信号输出端同时连接信号强度检测单元的信号输入端和天线切换单元的信号输入端，二号无线通信接收机的信号输出端同时连接信号强度检测单元的信号输入端和天线切换单元的信号输入端，信号强度检测单元的信号输出端连接切换控制电路的信号输入端，切换控制电路的控制信号输出端连接天线切换单元切换控制信号输入端，天线切换单元的信号输出端连接高压输电线架设区域内的通信处理电路，低增益宽波束天线和高增益窄波束天线均用于与高压输电线架设区域内的无人机进行通信。
采用上述基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置与无人机通信的方法，该方法的具体过程为：
步骤一、采用低增益宽波束天线和高增益窄波束天线同时与高压输电线架设区域无人机进行通信；
步骤二、低增益宽波束天线和高增益窄波束天线的通信信息分别经过一号无线通信接收机和二号无线通信接收机同时发送至信号强度检测单元和天线切换单元；
步骤三、信号强度检测单元将所检测的低增益宽波束天线和高增益窄波束天线信号强度信息同时发送至切换控制电路，切换控制电路对接收到的低增益宽波束天线和高增益窄波束天线信号强度信息进行比较，当低增益宽波束天线接收到的信号强度大于高增益窄波束天线接收到的信号强度时，执行步骤三一，当高增益窄波束天线接收到的信号强度大于低增益宽波束天线接收到的信号强度时，执行步骤三二；
步骤三一、切换控制电路向天线切换单元发送选择低增益宽波束天线接收的信号发送至高压输电线架设区域内的通信处理电路；实现一次基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置与无人机的通信；
步骤三一、切换控制电路向天线切换单元发送选择高增益窄波束天线接收的信号发送至高压输电线架设区域内的通信处理电路；实现基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置与无人机的通信。
本发明利用高增益窄波束天线保证远距离通信，增大地面通信装置部署间距，利用低增益宽波束天线弥补高增益天线的近距离盲区，为高压输电线路无人机巡检通信系统提供了经济性、复杂性得到折中的技术方法。本发明可通过较小的设备代价、简单的技术方法，利用宽窄两种定向天线互相配合，仅覆盖距离输电线路较近的巡检有效区域，利用了高增益天线的远距离通信优势，同时不需要机械转动结构，地面通信装置部署间距大，简化了整个系统，且故障率低，易于维护。
附图说明
图1为本发明所述的基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置的电气结构示意图；
图2为具体实施方式二所述的高压输电线架设区域无线信号覆盖示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置，它包括低增益宽波束天线1、高增益窄波束天线2、一号无线通信接收机3、二号无线通信接收机4、信号强度检测单元5、天线切换单元6和切换控制电路7；
低增益宽波束天线1的信号输出端连接一号无线通信接收机3的无线信号输入端，高增益窄波束天线2的信号输出端连接二号无线通信接收机4的无线信号输入端，一号无线通信接收机3的信号输出端同时连接信号强度检测单元5的信号输入端和天线切换单元6的信号输入端，二号无线通信接收机4的信号输出端同时连接信号强度检测单元5的信号输入端和天线切换单元6的信号输入端，信号强度检测单元5的信号输出端连接切换控制电路7的信号输入端，切换控制电路7的控制信号输出端连接天线切换单元6切换控制信号输入端，天线切换单元6的信号输出端连接高压输电线架设区域内的通信处理电路，低增益宽波束天线1和高增益窄波束天线2用于均与高压输电线架设区域内的无人机进行通信。
切换控制单元对接收信号强度的判断可采用非常成熟、简单的、通常在自动增益控制AGC电路中采用的检波技术，因此简单实用，成本低廉。
具体实施方式二、采用本实施方式是对具体实施方式一所述的基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置与无人机通信的方法，该方法的具体过程为：
步骤一、采用低增益宽波束天线1和高增益窄波束天线2与高压输电线架设区域内的无人机进行通信；
步骤二、低增益宽波束天线1和高增益窄波束天线2的通信信息分别经过一号无线通信接收机3和二号无线通信接收机4同时发送至信号强度检测单元5和天线切换单元
步骤三、信号强度检测单元5将所检测的低增益宽波束天线1和高增益窄波束天线2信号强度信息同时发送至切换控制电路7，切换控制电路7对接收到的低增益宽波束天线1和高增益窄波束天线2信号强度信息进行比较，当低增益宽波束天线1接收到的信号强度大于高增益窄波束天线2接收到的信号强度时，执行步骤三一，当高增益窄波束天线2接收到的信号强度大于低增益宽波束天线1接收到的信号强度时，执行步骤三二；
步骤三一、切换控制电路7向天线切换单元6发送选择低增益宽波束天线1接收的信号发送至高压输电线架设区域内的通信处理电路；实现一次基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置与无人机的通信；
步骤三一、切换控制电路7向天线切换单元6发送选择高增益窄波束天线2接收的信号发送至高压输电线架设区域内的通信处理电路；实现基于波束切换的高压输电线架设区域内的通信装置与无人机的通信。
参考图2，相邻的两个地面通信装置A和B，共同完成一个条形区域的无线覆盖，每个地面通信装置A或B，在左右两个方向，均配置两副天线：一副低增益宽波束天线和一副高增益窄波束天线，在无人机处于地面通信装置A右侧高增益天线有效覆盖区域时，则选择地面通信装置A右侧高增益天线进行信息传送；随着无人机向地面通信装置B方向运动，逐渐远离地面通信装置A，而接近地面通信装置B，使得地面通信装置A右侧高增益天线失效，而地面通信装置B左侧高增益天线生效，则选择地面通信装置B左侧高增益天线进行信息传送；无人机进一步向地面通信装置B靠近，地面通信装置B左侧高增益天线覆盖区域变窄，以致不能对无人机构成覆盖，而地面通信装置B左侧低增益天线覆盖生效，则选择地面通信装置B左侧低增益天线进行信息传送；如此保证无人机在整个巡检区间可以保持与地面进行高速信息传送。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.本发明采用一副宽波束低增益天线与一副窄波束高增益天线相互配合，在无人机对高压输电线路进行巡检时，完成大跨度的条形区域无线覆盖，通信距离较全向天线增大7倍，意味着地面通信装置部署密度是全向天线配置下的1/7；同时，地面通信装置不存在机械转动机构，故障率远低于采用跟踪天线技术的地面通信装置。
2.本发明采用切换天线的方法保障通信信号质量，整个通信系统采用连续传输技术，较经典的切换技术大为简化，使得设备简单、传输稳定可靠。

Claims (2)

1.基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置，其特征在于，它包括低增益宽波束天线(1)、高增益窄波束天线(2)、一号无线通信接收机(3)、二号无线通信接收机(4)、信号强度检测单元(5)、天线切换单元(6)和切换控制电路(7)；
低增益宽波束天线(1)的信号输出端连接一号无线通信接收机(3)的无线信号输入端，高增益窄波束天线(2)的信号输出端连接二号无线通信接收机(4)的无线信号输入端，
一号无线通信接收机(3)的信号输出端同时连接信号强度检测单元(5)的信号输入端和天线切换单元(6)的信号输入端；
二号无线通信接收机(4)的信号输出端同时连接信号强度检测单元(5)的信号输入端和天线切换单元(6)的信号输入端，
信号强度检测单元(5)的信号输出端连接切换控制电路(7)的信号输入端，切换控制电路(7)的控制信号输出端连接天线切换单元(6)切换控制信号输入端，天线切换单元(6)的信号输出端连接高压输电线架设区域内的通信处理电路，低增益宽波束天线(1)和高增益窄波束天线(2)均用于与高压输电线架设区域内的无人机进行通信；
利用高增益窄波束天线保证远距离通信，增大地面通信装置部署间距，利用低增益宽波束天线弥补高增益天线的近距离盲区；
采用一副低增益宽波束天线(1)与一副高增益窄波束天线(2)相互配合，在无人机对高压输电线路进行巡检时，完成大跨度的条形区域无线覆盖。
2.采用权利要求1所述的基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置与无人机通信的方法，其特征在于，该方法的具体过程为：
步骤一、采用低增益宽波束天线(1)和高增益窄波束天线(2)与高压输电线架设区域内的无人机进行通信；
步骤二、低增益宽波束天线(1)和高增益窄波束天线(2)的通信信息分别经过一号无线通信接收机(3)和二号无线通信接收机(4)同时发送至信号强度检测单元(5)和天线切换单元(6)；
步骤三、信号强度检测单元(5)将所检测的低增益宽波束天线(1)和高增益窄波束天线(2)信号强度信息同时发送至切换控制电路(7)，切换控制电路(7)对接收到的低增益宽波束天线(1)和高增益窄波束天线(2)信号强度信息进行比较，当低增益宽波束天线(1)接收到的信号强度大于高增益窄波束天线(2)接收到的信号强度时，执行步骤三一，当高增益窄波束天线(2)接收到的信号强度大于低增益宽波束天线(1)接收到的信号强度时，执行步骤三二；
步骤三一、切换控制电路(7)向天线切换单元(6)发送选择低增益宽波束天线(1)接收的信号发送至高压输电线架设区域内的通信处理电路；实现一次基于波束切换的高压输电线架设区域无人机通信装置与无人机的通信；
步骤三二、切换控制电路(7)向天线切换单元(6)发送选择高增益窄波束天线(2)接收的信号发送至高压输电线架设区域内的通信处理电路；实现基于波束切换的高压输电线架设区域内的通信装置与无人机的通信。
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