CN105892473A - 基于移动通讯技术的无人机监管方法、装置、终端及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种基于移动通讯技术的无人机监管方法、装置、监管终端及系统，该方法包括：无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管，实现低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管。
Description
技术领域
本发明涉及无人机通信技术领域，具体而言，涉及一种基于移动通讯技术的无人机监管方法、装置、终端及系统。
背景技术
随着无人机技术的发展，无人机在军用、民用领域都得到了广泛应用。军事上，由于无人机具有机动灵活、体积小、隐蔽性好、生命力强、造价低廉、使用方便、应用范围广、战场生存能力强及无人员伤亡等优点，受到世界各国军队的普遍重视。民用上，从总体上看，民用无人机领域的开发长期以来没有引起足够重视，没有归口管理单位，没有长远规划，处于无序发展状态。近些年，由于无人机需求的牵引，特别是无人机在一些自然灾害频发及灾情监视评估和搜救等方面的应用，引起了广泛的关注。从2012年“尖兵之翼－第四届中国无人机大会暨展览会”开始，无人机的用途已经聚焦于民用领域，并有了长足的发展。
民用无人机的繁荣发展，也给飞行监管带来了很多的问题，存在安全隐患，主要是因为无人机的以下两个方面造成的：
(1)从总体上，无人机机型多样，没有统一标准，每种机型的装备不同，对无人机缺乏统筹规划，难以对无人机实现有效管理，整体运行效能低。
(2)从个体上，由于无人机具有的低(低空)、慢(飞行速度慢)、小(机身小)的特点，给无人机监管带来了难度，下面分别针对无人机的各个特点进行描述。
a、低：无人机多在低空空域飞行，受地形和建筑物等影响，增加了雷达监控的难度；
b、慢：有些无人机飞行速度甚至赶不上鸟禽，即使雷达发现，也很难判定是不是无人机；
c、小：无人机机身小，自身回波反射信息有限，而且载重有限，很多定位、飞行状态信息获取设备不能搭载，最终导致无法实现定位监管。
相关技术中，采用无线电监管链路或者卫星监管链路实现无人机与监管平台之间的数据传输，进而由监管平台对无人机进行监管。其中，采用无线电监管链路时，由于无人机体重的限制，无法应用体重较大的S、C波段，只能应用L波段，而L波段测控距离15Km，无法穿透障碍物，远远小于S、C波段的测控距离200Km，有时会受到遮挡的影响。采用卫星监管链路时，虽然监管距离较远，但需要装载的机上设备的体积和重量一般较大，且成本较高，不适合民用无人机的使用。
在实现本发明的过程中，发现相关技术中存在以下技术问题：
采用无线电监管链路只能在小范围自行监管，对广域范围内、远距离飞行作业的无人机无法实时监管和信息沟通；采用卫星监管链路时，基于北斗短报文的监管链路还没有批量生产和装备，成本相对较高。
基于以上问题，相关技术中没有一种低成本的适用于轻小型无人机的广域范围内、远距离飞行作业的监管技术。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种基于移动通讯技术的无人机监管方法、装置、终端及系统，实现低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管。
第一方面，本发明实施例提供一种基于移动通讯技术的无人机监管方法，其中，所述方法包括：
无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；
所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；
所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
结合第一方面，本发明实施例提供第一方面的第一种可能的实现方式，其中，所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，包括：
所述无人机将封装后的飞行参数通过地面的移动通信基站发送给地面监管中心和/或地面监视器。
结合第一方面，本发明实施例体用第一方面的第二种可能的实现方式，其中，所述方法还包括：
所述无人机接收所述监管终端发送的监管命令；
所述无人机对所述监管命令进行解析；
所述无人机根据解析后的监管命令调整飞行姿态。
第二方面，本发明实施例提供一种基于移动通讯技术的无人机监管方法，其中，所述方法包括：
监管终端通过移动通信的方式接收无人机发送的飞行参数；
所述监管终端根据通讯协议对所述飞行参数进行解析；
所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
结合第二方面，本发明实施例提供第二方面的第一种可能的实现方式，其中，所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管包括：
所述监管终端以可视化方式将所述飞行参数展示给工作人员；
所述监管终端接收所述工作人员的监管命令；
所述监管终端根据通讯协议对所述监管命令进行封装；
所述监管平台将封装后的监管命令发送给所述无人机。
第三方面，本发明实施例提供一种基于移动通讯技术的无人机监管装置，其中，所述装置包括：
获取模块，用于获取无人机的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；
封装模块，用于按照通讯协议对所述飞行参数进行封装；
发送模块，用于将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实现方式，其中，所述发送模块，具体用于将封装后的飞行参数通过地面的移动通信基站发送给地面监管中心和/或地面监视器。
第四方面，本发明实施例提供了一种无人机监管终端，其中，所述监管终端包括：
接收模块，用于通过移动通信的方式接收无人机发送的飞行参数；
解析模块，用于根据通讯协议对所述飞行参数进行解析；
监管模块，用于根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
结合第四方面，本发明实施例提供了上述第四方面的第一种可能的实现方式，其中，所述监管模块，包括：
展示单元，用于以可视化方式将所述飞行参数展示给工作人员；
接收单元，用于接收所述工作人员的监管命令；
封装单元，用于根据通讯协议对所述监管命令进行封装；
发送单元，用于将封装后的监管命令发送给所述无人机。
第五方面，本发明实施例提供了一种基于移动通讯技术的无人机监管系统，包括如第三方面提供的无人机监管装置，以及第四方面提供的监管终端。
在本发明的实施例中，无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管，实现低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例1提供的无人机监管方法的流程示意图；
图2示出了本发明实施例1提供的无人机硬件接口示意图；
图3示出了本发明实施例2提供的无人机监管方法的流程示意图；
图4示出了本发明实施例3提供的无人机监管装置的结构示意图；
图5示出了本发明实施例4提供的无人机监管终端的结构示意图；
图6示出了本发明实施例3提供的无人机监管系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
考虑到相关技术中，采用无线电监管链路只能在小范围自行监管，对广域范围内、远距离飞行作业的无人机无法实时监管和信息沟通；采用卫星监管链路时，基于北斗短报文的监管链路还没有批量生产和装备，成本相对较高，无法低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管方法，本发明提供了一种无人机监管方法、装置、终端及系统。下面结合具体的实施例进行详细的说明。
本发明的无人机在现有无人机的基础上安装了移动通信模块，本发明实施例中以移动通信模块为3G通信模块为例进行说明。
随着移动通讯技术的迅猛发展，尤其是3G技术的发展，为低空空域开放大环境下的无人机监控提供了新的技术链路。目前3G网络已经实现了稳定覆盖，能够根据需求，提供服务，并能对信息加密。国际电信联盟(ITU)规定的第三代移动通信无线电传输技术(3G)的基本特征包括：
(1)基于全球范围设计，与固定网络业务及用户互联，无线接口类型少，兼容性高；
(2)具有与固定通信网络相比拟的高语音质量和高安全性；
(3)室内、室外和行车环境中能够分别支持至少2Mb/s(兆比特/每秒)、384kb/s(千比特/每秒)、144kb/s(千比特/每秒)的传输速率；
(4)具有在2GHz左右的高效频谱利用率，且能最大程度地利用有限带宽；
(5)移动终端科连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫星业务共存和互连；
(6)语音只占移动通信业务的一小部分，大部分业务是非话数据和视频信息；
(7)根据数据量、服务质量和使用时间为收费参数，而不是以距离为收费参数的新收费机制；
随着3G技术的进一步发展和4G技术的逐步推广应用，通讯能力还将大幅度提高，将更有利于无人机的远程监控。
在现有的技术框架下，对无人机系统进行少量的软硬件的技术改造，而且使用移动通信网络的基于全球范围设计，与固定网络业务及用户互联，无线接口类型少，兼容性高，满足无人机远距离飞行监管需求，并且，根据移动通信网络的高速接入，广域网接入速率的特点，在快速移动、室内以及室内的不同环境中稳定通信，保证无人机飞行过程的连续、稳定监管，提高飞行监管的可靠性。
实施例1
参见图1，为本发明实施例提供的一种基于移动通讯技术的无人机监管方法，应用于包括无人机和监管终端的系统中，下面在无人机侧对该方法进行说明，该方法包括：
步骤101、无人机获取自身的飞行参数，其中该飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息。
如图2所示，为移动通信模块为3G通信模块的无人机硬件接口示意图，其中，3G通信模块包括设备接口和天线，地面部分的地面监管终端与地面部分的3G通信模块中的设备接口连接，设备接口再通过天线与无人机机上部分的天线通信。
需要注意的是，无人机在现有飞控基础上，外接北斗/GPS定位导航模块，该定位系统具有小型化、轻量化、能够实现定位导航、授时服务特点的，定位系统与无人机的飞控模块的输入输出通信采用RS232接口。无人机的飞控模块按照通讯协议从GPS中获取定位信息，从IMU提取的飞行姿态信息。
步骤102、无人机按照通讯协议对上述飞行参数封装。
具体的，无人机的飞控模块将定位信息和IMU获取的姿态信息按照约定的协议进行整合为飞行参数，并按照通讯协议对该飞行参数进行封装。
以3G通信协议为框架，将上述飞行参数(定位信息和姿态信息)封装为飞行诸元结构，从而实现无人机飞行监管信息的稳定、实时传输。其中，飞行诸元结构如下表：
表1
步骤103、无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使该监管终端根据上述飞行参数对无人机进行监管。
其中，地面上设置有移动通信基站，无人机将封装后的飞行参数发送给移动通信基站，移动通信基站将该飞行参数转发给地面监管中心和/或地面监视器。
具体的，如图2所示，3G通信模块包括天线，实现地面部分的移动通信基站与无人机的3G通信模块中的天线通信。
进一步的，地面上的监管终端接收到飞行参数后，在对该无人机进行监管的过程中会向该无人机发送监管命令，该无人机在接收所述监管终端发送的监管命令时，对该监管命令进行解析，并据解析后的监管命令调整飞行姿态。
在本发明的实施例中，无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管，实现低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管。
实施例2
参见图3，为本发明实施例提供的一种无人机监管方法，应用于包括无人机和监管终端的系统中，下面在监管终端侧对该方法进行说明，该方法包括：
步骤201、监管终端通过移动通信的方式接收无人机发送的飞行参数；
监管终端包括：监管中心和地面监视器。其中，地面上设置有移动通信基站，无人机将封装后的飞行参数发送给移动通信基站，移动通信基站将该飞行参数转发给地面监管中心和/或地面监视器，监管终端通过移动通信基站接收该飞行参数。
步骤202、监管终端根据通讯协议对所述飞行参数进行解析；
具体的，监管终端和无人机约定了通讯协议，按照相同的通讯协议解析/封装飞行参数。如表2所示，为本发明实施例提供的一种解析后的结构化数据存储结表：
表2
步骤203、所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
具体的，监管终端以可视化方式将所述飞行参数展示给工作人员；所述监管终端接收所述工作人员的监管命令；所述监管终端根据通讯协议对所述监管命令进行封装；所述监管平台将封装后的监管命令发送给所述无人机。
1)其中，将飞行参数解析后，利用三维可视化技术的形象、直观的特点，将飞行参数在地面监视器和监管中心三维监管平台上进行实时动态显示，工作人员根据展示的飞行参数信息，通过监管终端发送监管命令，监管终端接收到该监管命令，并按照与无人机约定的通信协议对该监管命令进行封装，并通过移动通信基站转发给无人机。
在本发明的实施例中，无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管，实现低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管。
实施例3
参见图4所示，为本发明实施例提供的无人机监管装置，所述装置包括：
获取模块31，用于获取无人机的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；
封装模块32，用于按照通讯协议对所述飞行参数进行封装；
发送模块33，用于将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
其中，上述发送模块33，具体用于将封装后的飞行参数通过地面的移动通信基站发送给地面监管中心和/或地面监视器。
在本发明的实施例中，无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管，实现低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管。
实施例4
参见图5，为本发明实施例提供的无人机监管终端，其中，所述监管终端包括：
接收模块41，用于通过移动通信的方式接收无人机发送的飞行参数；
解析模块42，用于根据通讯协议对所述飞行参数进行解析；
监管模块43，用于根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
其中，所述监管模块43，包括：
展示单元，用于以可视化方式将所述飞行参数展示给工作人员；
接收单元，用于接收所述工作人员的监管命令；
封装单元，用于根据通讯协议对所述监管命令进行封装；
发送单元，用于将封装后的监管命令发送给所述无人机。
在本发明的实施例中，无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管，实现低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管。
实施例5
参见图6，为本发明实施例提供的一种无人机监管系统，包括实施例3提供的无人机监管装置和实施例4提供的无人机监管的监管终端。
在本发明的实施例中，无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管，实现低成本的对轻小型无人机在广域范围内的监管。
本发明实施例所提供的无人机监管装置、监管终端以及系统可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的装置、模块和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于移动通讯技术的无人机监管方法，其特征在于，所述方法包括：
无人机获取自身的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；
所述无人机按照通讯协议对所述飞行参数封装；
所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，包括：
所述无人机将封装后的飞行参数通过地面的移动通信基站发送给地面监管中心和/或地面监视器。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
所述无人机接收所述监管终端发送的监管命令；
所述无人机对所述监管命令进行解析；
所述无人机根据解析后的监管命令调整飞行姿态。
4.一种基于移动通讯技术的无人机监管方法，其特征在于，所述方法包括：
监管终端通过移动通信的方式接收无人机发送的飞行参数；
所述监管终端根据通讯协议对所述飞行参数进行解析；
所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管包括：
所述监管终端以可视化方式将所述飞行参数展示给工作人员；
所述监管终端接收所述工作人员的监管命令；
所述监管终端根据通讯协议对所述监管命令进行封装；
所述监管平台将封装后的监管命令发送给所述无人机。
6.一种基于移动通讯技术的无人机监管装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取无人机的飞行参数，其中，所述飞行参数包括：通过全球定位系统GPS获取的定位信息和通过惯性测量单元IMU提取的飞行姿态信息；
封装模块，用于按照通讯协议对所述飞行参数进行封装；
发送模块，用于将封装后的飞行参数通过移动通信的方式发送给地面监管终端，以使所述监管终端根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，
所述发送模块，具体用于将封装后的飞行参数通过地面的移动通信基站发送给地面监管中心和/或地面监视器。
8.一种基于移动通讯技术的无人机监管终端，其特征在于，所述监管终端包括：
接收模块，用于通过移动通信的方式接收无人机发送的飞行参数；
解析模块，用于根据通讯协议对所述飞行参数进行解析；
监管模块，用于根据所述飞行参数对所述无人机进行监管。
9.如权利要求8所述的监管终端，其特征在于，所述监管模块，包括：
展示单元，用于以可视化方式将所述飞行参数展示给工作人员；
接收单元，用于接收所述工作人员的监管命令；
封装单元，用于根据通讯协议对所述监管命令进行封装；
发送单元，用于将封装后的监管命令发送给所述无人机。
10.一种基于移动通讯技术的无人机监管系统，其特征在于，包括权利要求6或7所述的无人机监管装置，以及权利要求8或9所述的监管终端。
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