CN105739516A

CN105739516A - 无人机管控装置及相应的系统

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Publication number: CN105739516A
Application number: CN201610301209.0A
Authority: CN
Inventors: 王彦成
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-09
Filing date: 2016-05-09
Publication date: 2016-07-06

Abstract

本发明公开了一种无人机管控装置，所述装置包括：天线模块，与通信模块连接；通信模块，与处理器连接，用于将通过天线模块接收到的信息发送给处理器，并将处理器发来的信息通过天线模块发送出去；身份识别模块，用于标记无人机的唯一身份识别信息；处理器，与通信模块和无人机飞控系统连接，用于对于身份识别信息、通信模块和无人机飞控系统发来的信息进行处理，并将处理后的信息发送给无人机飞控系统或通信模块；供电模块，至少与处理器连接。本发明还公开了一种无人机管控系统。本发明能够消除不同无人机飞控系统之间的数据格式差异；能够对于无人机的飞行数据进行综合的管理，并根据无人机的飞行状态对于无人机进行统一的调控。

Description

无人机管控装置及相应的系统

技术领域

本发明涉及无人机管控技术领域，尤其是一种无人机管控装置及相应的无人机管控系统。

背景技术

近几年国内外的无人机市场有了高速的发展，其在农业、林业、消防、物流等领域都有所应用，但目前对于无人机的管理却相对比较缺乏和混乱。随着轻型与微型等无人机销售量的不断增加，应用的高速普及，对于无人机进行统一管控的重要性就日益显现出来。

更重要地，无人机使用的数据传输系统或者说数据传输协议不尽相同，目前并没有有效的管理手段来管理使用不同数据传输协议的无人机，如此不仅使用不同数据传输协议的无人机之间无法进行正常的数据通信，无人机与监控中心之间的通信也存在多重障碍，这就阻碍了无人机的广泛使用，尤其阻碍了对于无人机的统一管理。

发明内容

基于上述，本发明提出一种无人机管控装置及相应的无人机管控系统，意于对于无人机进行统一的管理和控制，消除不同无人机飞控系统之间的数据格式差异、对无人机的飞行参数和飞行状态等飞行数据进行综合的管理和控制。

根据本发明的一方面，提出一种无人机管控装置，所述无人机管控装置包括：天线模块、通信模块、身份识别模块、处理器以及供电模块，其中：

所述天线模块与所述通信模块连接；

所述通信模块与所述处理器连接，用于将通过天线模块接收到的信息发送给处理器，并将处理器发来的信息通过天线模块发送出去，通过所述天线模块接收到的信息包括无人机间通信数据、无人机飞行信息、管控信息中的一种或多种；

所述身份识别模块用于标记所述无人机的唯一身份识别信息；

所述处理器与通信模块和无人机飞控系统连接，用于对于身份识别信息、通信模块和无人机飞控系统发来的信息进行处理，并将处理后的信息发送给无人机飞控系统或通信模块；

所述供电模块至少与处理器连接，以为通信模块和处理器提供所需电能。

可选地，所述处理器中设置有多种无人机飞控系统数据传输协议，以使处理器能够与多种无人机飞控系统进行数据通信，并对多种无人机飞控系统数据进行转换和传输。

可选地，所述无人机管控装置还包括定位模块，所述定位模块与所述处理器连接，用于获取无人机管控装置的位置信息，并将获得的位置信息发送给所述处理器。

可选地，所述无人机管控装置还包括传感器模块，所述传感器模块包括至少一个传感器，以采集相应的传感信息，并将采集到的传感信息发送给所述处理器。

可选地，所述无人机管控装置还包括图像采集模块，用于采集无人机内部或者外部的图像，并将采集到的图像信息发送给所述处理器。

可选地，所述无人机管控装置还包括故障检测模块，所述故障检测模块与所述处理器连接，用于在无人机发生故障时生成相应的故障信息或者在预测到故障将要发生时生成相应的故障预警信息，并将所述故障信息和/或故障预警信息发送给所述处理器。

可选地，所述处理器还包括多输入控制器，用于实时监测每路输入信号，按照输入信号的优先级对所述无人机管控装置进行控制。

根据本发明的另一方面，提出一种无人机管控系统，所述无人机管控系统包括多个所述无人机管控装置和控制器，其中：

所述无人机管控装置安装在无人机端，用于获得所述无人机的飞行信息，其中，所述飞行信息包括无人机的位置信息、传感信息、飞行状态信息、故障信息、故障预警信息、电量信息、操作时间、物质储备信息、设备信息中的一种或多种；

所述控制器与所述无人机管控装置进行通信，用于根据所述无人机的飞行信息对于无人机进行管控。

可选地，所述控制器对于无人机的管控包括发送数据请求信息、发送通知信息、发送指引信息、发送警报信息、发送飞行路线指示命令、发送操作控制命令、发送返航命令中的一种或多种。

可选地，所述无人机的飞行信息实时、定时或不定时地上报给控制器，并且所述控制器与无人机管控装置之间的数据传输采用纠错机制。

利用上述技术方案，本发明提出的无人机管控装置及相应的无人机管控系统能够消除不同无人机飞控系统之间的数据格式差异；能够对于无人机的飞行参数和飞行状态等飞行数据进行综合的管理，并根据无人机的飞行状态对于无人机进行统一的调控。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的无人机管控装置的结构框图；

图2是根据本发明一实施例的无人机管控系统的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

根据本发明的一方面，提出一种无人机管控装置，该装置主要安装在无人机端，如图1所述，所述无人机管控装置包括：天线模块、通信模块、身份识别模块、处理器以及供电模块，其中：

所述天线模块与所述通信模块连接；

所述通信模块与所述处理器连接，用于将通过天线模块接收到的信息发送给处理器，并将处理器发来的信息通过天线模块发送出去，其中，通过天线模块接收到的信息包括但不限于无人机间通信数据、无人机信息、管控信息等信息，所述无人机间通信数据包括但不限于身份识别信息、请求信息、位置信息、传感信息、图像信息、飞行状态信息、故障信息、故障预警信息、电量信息等，所述无人机信息包括但不限于身份识别信息、请求信息、位置信息、传感信息、图像信息、飞行状态信息、故障信息、故障预警信息、电量信息等，所述管控信息包括但不限于数据请求信息、通知信息、指引信息、警报信息、命令信息等，所述命令信息包括但不限于飞行路线指示命令、操作控制命令、返航命令等；

所述处理器与通信模块和无人机飞控系统连接，用于对于身份识别信息、通信模块和无人机飞控系统发来的信息进行处理，并将处理后的信息发送给无人机飞控系统或通信模块，其中所述无人机飞控系统是安装在无人机上的飞行必备系统；

所述供电模块与处理器连接，以通过处理器为通信模块提供所需电能，或者所述供电模块与通信模块和处理器均连接，以为通信模块和处理器直接提供所需电能。

其中，所述无人机包括低空无人机、高空无人机、航模等无人机。

其中，根据实际应用的需要，所述通信模块可以选择为远程通信模块或近场通信模块，所述远程通信模块可以为以移动通信技术为支持的通信模块，比如GPRS通信模块、3G通信模块、4G通信模块、5G通信模块等，或者多个通信模块的组合，所述远程通信模块通过所述天线模块与地面基站通信，建立稳定的无线移动数据通道。在本发明一实施例中，所述远程通信模块还将获得的通信信息发送给所述处理器，所述通信信息包括基站信息、蜂窝小区ID、位置信息、与该基站的数据交互延迟和相关通信信号强度信息，以及所述通信模块本身的3D姿态信息和气压高度信息等信息中的一个或多个。所述近场通信模块可以为蓝牙通信模块、红外通信模块、WIFI通信模块、传感器通信模块、信标通信模块中的一个或多个。需要特别说明的是，上述通信模块只是示例性的说明，并不用于限制本发明，任何可实现远程、近场通信的组件均落入本发明的保护范围。

在本发明一实施例中，所述远程通信模块为GPRS通信模块，所述地面基站为GSM基站，当然，GPRS通信模块只是一示例性的选择，本发明并不限于此，实际上，根据实际应用的需要，所述远程通信模块可选用基于任意移动通信技术的通信模块，也就是说，所有能够与地面基站通信、获取所需通信信息的通信组件均落入本发明的保护范围内。

在该实施例中，所述GPRS通信模块进一步包括自纠错子模块、加密解密子模块、电源子模块、状态监控子模块、智能交互控制子模块，其中，所述状态监控子模块用于对于所述无人机管控装置的状态进行监控，并将监控信息发送给所述处理器进行处理；所述智能交互控制子模块主要负责与外界服务器进行通讯，将经所述处理器处理后的当前无人机管控装置的自身状态信息发送给外界服务器，由外界服务器进行后续状态转换和工作参数调整的计算或估计，从而实现跟踪监控终端与外界服务器之间高速、稳定的数据传输。

其中，所述身份识别模块用于标记所述无人机的唯一身份识别信息，所述无人机与地面管控中心服务器进行通信时，均携带有该唯一身份识别信息，当然所述身份识别模块也可安装在无人机飞控系统中，需要时由无人机飞控系统将该无人机的唯一身份识别信息发送给所述处理器。所述身份识别模块可以为数字身份标识、二维码身份标识、条形码身份标识等简单的身份识别器，也可以为RFID智能身份识别器、NFC等近场通讯身份识别器或GSM无线鉴权身份识别器等较为复杂的身份识别器。当然，上述身份识别器只是一些示例性的选择，本发明并不限于此，所有能够对于无人机的身份进行唯一识别或标识的组件均落入本发明的保护范围内。

在实际应用中，可根据身份识别模块的类别来确定身份识别模块与处理器之间的连接关系，比如，如果所述身份识别模块只是一种上述简单的身份识别器，则可直接将无人机的身份识别信息存入处理器，而无需将身份识别模块与处理器连接起来，只是处理器在与地面监控中心或者其他无人机进行通信时，携带有该身份识别信息即可。如果所述身份识别模块是一种上述复杂的身份识别器，则所述身份识别模块需与处理器连接，实时、定时或不定时地将身份识别信息发送给处理器，并通过处理器获取电能；必要时还可与供电模块连接，以直接接受电能供给。

所述处理器用于对于身份识别信息、通信模块和无人机飞控系统发来的信息进行处理，并将处理后的信息发送给无人机飞控系统或通信模块，比如所述处理器可接收无人机飞控系统发来的数据，处理之后通过通信模块发送给其他无人机或者监控中心，所述处理器也可接收通信模块接收到的来自其他无人机或者监控中心的数据，处理之后再发送给无人机飞控系统。目前无人机使用的数据传输系统或者说数据传输协议不尽相同，而且目前也没有有效的管理手段来管理使用不同数据传输协议的无人机，如此不仅使用不同数据传输协议的无人机之间无法进行正常的数据通信，无人机与监控中心之间的通信也存在多重障碍，这就阻碍了无人机的广泛使用，尤其阻碍了对无人机的统一管理，基于上述考虑，在本发明一实施例中，所述处理器中设置有多种无人机飞控系统数据传输协议，以使处理器能够与多种无人机飞控系统进行数据通信，并对多种无人机飞控系统数据进行转换和传输。具体地，当处理器收到通信模块发来的信息时，首先对该信息进行识别，判断属于哪种数据传输协议，之后再按照该协议的数据定义对于接收到的信息进行解包解封装解密等接收处理；发送信息时也是如此，需要发送信息时，所述处理器根据目标端的数据传输协议类型对于待发送信息进行压包封装加密等发送处理，之后再将数据包发送给目标端。这样即使无人机所使用的数据传输协议不同，通过处理器的上述兼容处理，使用不同数据传输协议的无人机之间以及无人机与监控中心之间都可以实现无障碍通信，更加便于信息的交互以及对于无人机的统一管控。

所述供电模块包括超低损耗供电模组、多路集成控制逻辑电路、快速开关控制电路及稳压电路。所述供电模块通过多路集成控制逻辑电路来触发快速开关控制电路工作，以减少系统的关断时间，从而实现快速断电机制，并能够降低能量损耗；高性能的稳压电路使系统工作在低压临界点，从而进一步使系统的功耗降到最低。基于上述，所述供电模块能够实现超低功耗、多路集控、稳压供电、支持快速断电的供电管理。

在本发明一实施例中，所述供电模块还将电量信息发送给处理器，所述处理器根据接收到的请求信息或命令信息，将电量信息发送给其他无人机或者监控中心。

在本发明一实施例中，所述超低损耗供电模组采用聚合物电池，以进一步减轻所述无人机管控装置的重量。

在本发明一实施例中，所述无人机管控装置还包括定位模块，所述定位模块与所述处理器连接，用于获取无人机管控装置的位置信息，并将获得的位置信息发送给所述处理器。所述定位模块可以为GPS定位模块、WIFI定位模块、信标定位模块、传感器定位模块、北斗定位模块、格洛纳斯(GLONASS)定位模块、伽利略定位模块中的一个或多个。需要特别说明的是，上述定位模块只是示例性的说明，并不用于限制本发明，任何可实现远程、近场定位的组件均落入本发明的保护范围。

在本发明一实施例中，所述无人机管控装置还包括传感器模块，所述传感器模块包括至少一个传感器，以采集相应的传感信息，并将采集到的传感信息发送给所述处理器，以进行无人机飞行环境和状态分析。

在本发明一实施例中，所述传感器模块包括多个传感器，用以采集多类别传感信息，并将采集到的多类别传感器发送给所述处理器，以进行多方面多角度的信息分析。所述多个传感器可以包括气压传感器、加速度传感器、角速度传感器、方向传感器、运动传感器、温度传感器或接近传感器等传感器。在本发明另一实施例中，所述包括多个传感器的传感器模块采用集成一体化设计，从而减少无人机管控装置的体积，降低无人机管控装置的重量。

在本发明一实施例中，所述无人机管控装置还包括图像采集模块，用于采集无人机内部或者外部的图像，并将采集到的图像信息发送给所述处理器，以辅助进行无人机飞行环境和状态分析。

在本发明一实施例中，所述无人机管控装置还包括故障检测模块，所述故障检测模块与所述处理器连接，用于在无人机发生故障时生成相应的故障信息或者在预测到故障将要发生时生成相应的故障预警信息，并将所述故障信息和/或故障预警信息发送给所述处理器。

所述处理器在接收到上述通信信息、位置信息、传感信息、图像信息、故障信息、故障预警信息后，可基于通信信息和/或位置信息进一步计算得到所述无人机所在的准确位置，可基于传感信息和/或图像信息进一步计算得到所述无人机所处的状态、姿态或飞行环境等飞行信息，并根据接收到请求信息发送相应的数据，比如，如果处理器接收到监控中心发来的位置上报请求信息，则处理器将身份识别信息和计算得到的位置信息按照既定的数据格式通过通信模块和天线模块发送给监控中心；如果处理器接收到监控中心发来的飞行状态上报请求信息，则处理器将身份识别信息和计算得到的飞行信息按照既定的数据格式通过通信模块和天线模块发送给监控中心；当然，所述处理器也可按照既定规则定时或者不定时地将位置信息、传感信息、图像信息、故障信息、故障预警信息以及电量信息等信息发送给监控中心，便于监控中心的统一管理。再比如，如果处理器接收到其他无人机发来的位置请求信息，则处理器将身份识别信息和计算得到的位置信息按照与该无人机匹配的数据格式通过通信模块和天线模块发送给该无人机。总之，所述处理器能够解析不同数据传输协议数据包，并根据解析得到的数据请求内容，将相应的信息按照匹配的数据传输协议发送给相应的数据接收端。

当然，对于农药喷洒机、消防机等具有特定功能的无人机，所述处理器还能够根据接收到的命令信息对于相应的功能设备进行控制，并实时、定时或不定时地向监控中心反馈操作状态信息，所述操作状态信息包括但不限于操作时间，农药、水等物质储备信息、设备状态等信息。

在本发明一实施例中，所述处理器还包括输入控制器，所述输入控制器为多输入控制器，所述多输入可以为按键触发输入、主动开关序列输入以及智能触发输入。所述输入控制器实时监测每路输入信号，按照输入信号的优先级对所述无人机管控装置进行控制，比如开关机、数据传输、省电模式转换、数据采集等。输入信号的优先级可根据实际需要来设定，本发明在此不作一一介绍。

所述无人机管控装置还支持使用智能感应触控启动机制。在本发明一实施例中，所述无人机管控装置还包括触发模块，所述触发模块与所述供电模块连接。所述触发模块包括姿态传感器和/或微动感应开关以及嵌入式单片系统，所述姿态传感器和微动感应开关分别与嵌入式单片系统连接，所述嵌入式单片系统在姿态传感器检测到所述无人机管控装置姿态变化和/或所述微动感应开关的触发动作时，向所述供电模块输出启动脉冲序列，以触发所述供电模块使能通信模块启动，其中，所述微动感应开关的触发动作是在使用所述无人机管控装置时外界施加的物理动作而产生的。

在本发明另一实施例中，所述触发模块还能够结合所述通信模块实现智能省电控制，具体地，所述触发模块基于通信信号强度信息、所述无人机管控装置的姿态信息、超低损耗供电模组的剩余电量、所述无人机管控装置与外界的交互程度综合对所述控制器发出控制信号，以进行省电控制，比如，在通信信号强度相对较低、超低损耗供电模组的剩余电量不高于35％、所述无人机管控装置本身处于有效运动状态时，则控制所述无人机管控装置处于沉默状态；而如果此时通信信号强度相对较高，则控制所述无人机管控装置进行数据传输。具体的省电控制策略可根据实际应用需要来指定，上述只是示例性的说明，并非用于限制本发明，所有有可能的、合理的省电控制策略及相应产生的组件配合关系均落入本发明的保护范围。

在本发明一实施例中，所述无人机管控装置采用高集成度设计，比如使用芯片级架构进行一体式设计且能够避免无线信号之间的相互干扰，这样可有效实现装置的小型化、轻质化。当然，所述无人机管控装置的各个组成部分也可根据实际应用的需要独立或者部分独立设置，也可将部分组成与无人机的其他装置进行集成设置，只要需要电连接的组件能够实现电连接即可。也就是说，所述无人机管控装置的实现方式是非常灵活的，可集成，可部分集成也可独立设置。

根据本发明的另一方面，还提出一种无人机管控系统，所述无人机管控系统主要安装在地面监控中心，如图2所示，所述无人机管控系统包括多个所述无人机管控装置和控制器，其中：

所述无人机管控装置安装在无人机端，用于获得所述无人机的飞行信息，其中，所述飞行信息包括但不限于无人机的位置信息、传感信息、飞行状态信息、故障信息、故障预警信息、电量信息等信息；

对于农药喷洒机、消防机等具有特定功能的无人机，所述飞行信息还包括操作状态信息，所述操作状态信息包括但不限于操作时间，农药、水等物质储备信息、设备信息等信息。

其中，所述控制器对于无人机的管控包括但不限于发送数据请求信息、发送通知信息、发送指引信息、发送警报信息、发送飞行路线指示命令、发送操作控制命令、发送返航命令等命令，所述控制器获得所需要的无人机相关信息后进行有目的地分析，然后根据分析结果对于无人机进行控制。比如，所述控制器获得管辖区内所有无人机的位置信息后，如果经分析后发现某一区域的无人机数量超过一阈值，也就是说，该区域的无人机过于密集，存在碰撞等危险，则所述控制器向该区域的无人机或者部分无人机发送疏散通知信息甚至疏散方向指引信息。比如，所述控制器在收到气象部门发来的天气恶劣预报信息时，可向管辖区内的所有无人机推送天气警报信息，以降低无人机发生危险的可能性，进一步地，所述控制器还可向管辖区内的无人机发送返航命令，使无人机在接收到返航命令后即刻返航，即实现一键返航的功能。再比如，如果所述控制器的管辖区内的某处发生火灾，所述控制器可根据火灾的发生地点寻找与该地点距离最近的一个或多个消防机，并向其发送飞行路线指示命令和操作控制命令，使得该消防机能够尽快飞行至火灾地点实施灭火，以获得宝贵的救助时间，在消防机执行任务的同时，所述控制器还可实时获得消防机的物资储备信息和设备信息，以便控制器进行实时装备调控。

当然，所述控制器所需要的信息也可由安装在无人机端的无人机管控装置实时、定时或不定时地上报给控制器，这样就能够进一步的节省数据传输的时间。

在本发明一实施例中，所述控制器与无人机管控装置之间的数据传输采用纠错机制，数据纠错机制是本领域常用的一种数据传输机制，可根据实际应用中对于数据传输量、数据传输时间以及容错率的要求选择不同的数据纠错机制，本发明在此不作赘述。

其中，所述控制器能够支持多种数据传输协议，具体地，所述控制器能够接收来自不同数据传输协议的数据，并对其按照相应的规则进行解包解封装解密等接收处理，另一方面，对于要发送的数据，所述控制器能够根据接收端所适用的数据传输协议对于待发送数据进行压包封装加密等发送处理。这样，即使无人机使用的数据传输协议不同，也可以实现对于无人机的无障碍通信，为无人机的统一管理打下了坚实的基础。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无人机管控装置，其特征在于，所述无人机管控装置包括：天线模块、通信模块、身份识别模块、处理器以及供电模块，其中：

所述天线模块与所述通信模块连接；

2.根据权利要求1所述的无人机管控装置，其特征在于，所述处理器中设置有多种无人机飞控系统数据传输协议，以使处理器能够与多种无人机飞控系统进行数据通信，并对多种无人机飞控系统数据进行转换和传输。

3.根据权利要求1所述的无人机管控装置，其特征在于，所述无人机管控装置还包括定位模块，所述定位模块与所述处理器连接，用于获取无人机管控装置的位置信息，并将获得的位置信息发送给所述处理器。

4.根据权利要求1所述的无人机管控装置，其特征在于，所述无人机管控装置还包括传感器模块，所述传感器模块包括至少一个传感器，以采集相应的传感信息，并将采集到的传感信息发送给所述处理器。

5.根据权利要求1所述的无人机管控装置，其特征在于，所述无人机管控装置还包括图像采集模块，用于采集无人机内部或者外部的图像，并将采集到的图像信息发送给所述处理器。

6.根据权利要求1所述的无人机管控装置，其特征在于，所述无人机管控装置还包括故障检测模块，所述故障检测模块与所述处理器连接，用于在无人机发生故障时生成相应的故障信息或者在预测到故障将要发生时生成相应的故障预警信息，并将所述故障信息和/或故障预警信息发送给所述处理器。

7.根据权利要求1所述的无人机管控装置，其特征在于，所述处理器还包括多输入控制器，用于实时监测每路输入信号，按照输入信号的优先级对所述无人机管控装置进行控制。

8.一种无人机管控系统，其特征在于，所述无人机管控系统包括多个如权利要求1所述的无人机管控装置和控制器，其中：

9.根据权利要求8所述的无人机管控系统，其特征在于，所述控制器对于无人机的管控包括发送数据请求信息、发送通知信息、发送指引信息、发送警报信息、发送飞行路线指示命令、发送操作控制命令、发送返航命令中的一种或多种。

10.根据权利要求8所述的无人机管控系统，其特征在于，所述无人机的飞行信息实时、定时或不定时地上报给控制器，并且所述控制器与无人机管控装置之间的数据传输采用纠错机制。