CN105915275B - 一种广域协同精准遥感平台及其遥感方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种广域协同精准遥感平台及其遥感方法，包括近空间遥感子平台、地面数据存储与处理设备、近地面遥感无人机群；其中近空间遥感子平台由长滞空浮空器携带探空仪通过脱钩装置与滑翔无人机连接升空进入20～30千米高空，近空间滑翔无人机通过携带的遥感与导航定位装置，实现大范围、长驻空定位遥感；地面数据存储与处理设备实现对遥感、运动、气象信息大数据的存储、处理、网络发布；近地面遥感无人机群携带不同的遥感、导航定位、气象装置接收地面监控站发布的控制指令，在离地面3千米高空范围内协同完成遥感、导航定位等任务，实现精准协同遥感；平台提供的遥感、运动、气象信息大数据能提供给农业、气象、水利等部门，更好的服务国计民生。

Description

一种广域协同精准遥感平台及其遥感方法

技术领域

本发明是一种近空间与近地面协同遥感平台及方法，能广泛应用于对地大范围观测的相关领域，实现广域、多种精度、协同对地精准遥感探测。

背景技术

我国广大城镇区域屡屡遭受诸如旱涝灾害、人口居住区遭遇火灾、地震等突发性灾害的威胁，缺乏有效的监测和预报手段，给国民经济带来巨大的损失；我国遭受严重的空气污染，雾霾降低了大气能见度，削弱了阳光对农作物的光合作用，可导致粮食减产；我国国土地形复杂，耕地面积有限，耕地的保护、农作物的种类缺乏统筹与监管；某些工业和农业活动如污水和废气排放、焚烧秸秆带来环境污染，缺少监管这些违法行为的有效手段。因此，发展以提高精准信息获取能力为目的的先进遥感技术，实现大范围、快响应地实时对地监控，是目前解决上述问题最为有效的技术手段。已有的技术，例如无人机遥感平台工作区域有限；单一的近空间浮空气球平台机动能力不足；卫星遥感实时性较差，均存在平台固有的缺点。现有的申请号为201510312110.6的专利《一种近空间气象平台》仅是一种测量环境气象信息的平台，无法实现长时间滞空测量，而且一次作业实验无法实现多个局部区域的精准测量，总之，现有的遥感平台无法同时实现广域、协同、精准遥感的任务需求。

发明内容

本发明技术解决问题：针对现有平台技术的不足，提出一种既能同时实现广域、协同、精准遥感任务，又能测量环境气象信息的广域协同精准遥感平台及方法。

本发明的广域协同精准遥感平台，其技术方案包括：近空间遥感子平台、地面数据存储与处理设备、近地面遥感无人机群；其中，近空间遥感子平台由长滞空浮空器携带探空仪通过脱钩装置与滑翔无人机连接升空进入20～30千米高空，近空间滑翔无人机通过携带的遥感与导航定位装置，实现大范围、长驻空定位遥感，获取多源信息数据输给地面数据存储与处理设备，所述多源信息数据包括遥感信息、运动信息、气象信息数据传；地面数据存储与处理设备实现对多源信息数据的存储、处理和网络发布；近地面遥感无人机群携带不同的遥感、导航定位、气象装置接收地面数据存储与处理设备发布的控制指令，在离地面3千米高空范围内协同完成遥感、导航定位任务，实现精准协同遥感。

所述近空间遥感子平台包括长滞空浮空器、探空仪、脱钩装置、近空间滑翔无人机、滑翔机端遥感装置、滑翔机端导航定位装置、滑翔机端发射机和滑翔机端接收机；长滞空浮空器携带探空仪通过脱钩装置与近空间滑翔无人机连接升空进入20～30千米高空，实现近空间广域长驻留对地遥感；当遥感任务完成后，近空间滑翔无人机通过脱钩装置脱钩后，开始滑翔降落；同时近空间滑翔无人机通过滑翔机端遥感装置和滑翔机端导航定位装置实现对地遥感定位；探空仪、滑翔机端遥感装置、滑翔机端导航定位装置采集的多源信息数据通过滑翔机端发射机实时传送地面数据存储与处理设备；最后由滑翔机端接收机接收地面数据存储与处理设备发送的控制指令使滑翔无人机滑翔飞行直到降落，实现机载设备回收。

所述地面数据存储与处理设备包括地面端接收机、地面端发射机、数据存储服务器、数据处理服务器、网络发布服务器和地面监控装置；地面端接收机接收近空间遥感子平台或者近地面遥感无人机群的多源信息数据，由数据库存储服务器承担多源信息数据的云端存储，再由数据处理服务器对多源信息数据分析和计算，网络发布服务器对处理后的多源信息数据通过无线网络或者以太网络传送对外发布；最后，通过地面监控装置实现对多源数据的可视化显示，地面监控装置能通过地面端发射机传送控制指令给近空间遥感子平台。

所述近地面遥感无人机群包括无人机群、机群端遥感装置、机群端导航定位装置、气象装置、机群端发射机和机群端接收机；无人机群通过机群端接收机接收任务指令，携带机群端遥感装置、机群端导航定位装置和气象装置中的一种或几种载荷装置，在离地面3千米高空范围内完成多源信息数据采集，多源信息数据通过无人机端发射机发送信息数据给地面数据存储与处理设备，完成近地面多机协同精准遥感任务。

一种广域协同精准遥感平台的遥感方法，实现为：近空间遥感子平台将多源信息数据通过滑翔机端发射机传输给地面端接收机，地面端接收机将接收的数据存储于数据存储服务器中，并通过数据处理服务器对多源信息数据进行计算处理，计算处理后的多源信息数据传至地面监控装置实现对近空间遥感子平台多源信息数据的监控；近空间滑翔无人机与长滞空浮空器连接部位的脱钩装置能与地面监控装置实现信息交互，脱钩装置通过近空间滑翔无人机端接收机接收地面监控装置发送的分离指令后，完成近空间滑翔无人机与长滞空浮空器的分离；近空间滑翔无人机与长滞空浮空器分离后，将滑翔过程中实时测量的多源信息数据通过滑翔机端发射机远程传送地面端接收机，数据存储服务器对接收的多源信息数据存储，经过数据处理服务器分析处理，处理后的多源信息数据传至地面监控装置，通过数字、图片或视频的可视化形式实现对多源信息数据的监视，同时地面监控装置也能通过地面端发射机发送控制指令，将控制指令发送给近空间滑翔无人机端接收机，成为控制滑翔机机翼舵机运动的指令信号，控制滑翔机滑翔姿态；地面监控装置通过地面端接收机接收近空间滑翔无人机对局部区域更精准遥感的需求指令后，地面监控装置指令近地面遥感无人机群由地面起飞对局部重点区域协同遥感作业，在总滞空时间最短、能源消耗最少、目标覆盖值最大约束条件下，完成观测区域的协同精准遥感；近空间滑翔无人机与近地面遥感无人机群携带遥感载荷，实现对各种气候条件下遥感信息的实时采集，近空间滑翔无人机与无人机群携带高精度轻小型导航定位装置完成精准定姿、定位、定向，无人机群携带气象装置实现飞行环境的温度、湿度、风速、风向在内的气象信息的测量；地面数据存储与处理设备负责对长滞空浮空器、近空间滑翔无人机、近地面遥感无人机群发送过来的遥感、运动、气象信息数据的实时存储、处理计算和网络发布，实现近空间、近地面、地面一体化协同遥感，同时对数据分类后通过以太网络传送给农业、气象、水利、国土部门参考利用，同时将处理后的信息传送给地面监控装置，实现信息的监视和控制。

本发明与现有的技术比优点在于：

(1)与单一无人机平台相比，无人机虽然机动性较强，但民用遥感应仍然有飞行高度有限、监测范围小、空域驻留时间短等局限性。本发明的近空间遥感子平台能在几万米高空对地遥感、近地面多无人机能定点协同工作，扩大了民用遥感监测范围，长滞空浮空器与近空间滑翔无人机分离前能长时间驻空工作，弥补了常规无人机遥感范围有限，驻空能力不足的缺陷，实现了广域遥感的特点。

(2)单一无人机遥感平台带载能力有限，出现故障将无法遥感作业，本发明中的近地面遥感无人机群协同遥感作业能分散风险，单架无人机出现故障，不影响其他无人机正常工作，能提升遥感平台的容错性和系统的可靠性。

附图说明

图1为此发明的功能模块图；

图2为此发明网络总体方案图；

图3为此发明广域协同精准遥感方法工作过程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明广域协同精准遥感平台包括近空间遥感子平台、地面数据存储与处理设备、近地面遥感无人机群。长滞空浮空器用长滞空浮空气球为例进行说明，整个方案由近空间遥感子平台、地面数据存储与处理设备、近地面遥感无人机群组成；其中近空间遥感子平台由长滞空浮空气球携带探空仪通过脱钩装置与滑翔无人机连接升空进入20～30千米高空，近空间滑翔无人机通过携带的遥感与导航定位装置，实现大范围、长驻空定位遥感；地面数据存储与处理设备实现对遥感、运动、气象信息大数据的存储、处理、网络发布；近地面遥感无人机群携带不同的遥感、导航定位、气象装置接收地面监控站发布的控制指令，在离地面3千米高空范围内协同完成遥感、导航定位等任务，实现精准协同遥感；所述的近空间遥感子平台由长滞空浮空气球、探空仪、脱钩装置、近空间滑翔无人机、滑翔机端遥感装置、滑翔机端导航定位装置、滑翔机端发射机、滑翔机端接收机组成，首先，长滞空浮空气球携带探空仪通过脱钩装置与近空间滑翔无人机连接升空进入20～30千米高空，实现近空间广域长驻留对地遥感，其次，当遥感任务完成后，近空间滑翔无人机通过脱钩装置脱钩后，开始滑翔降落，同时近空间滑翔无人机通过滑翔机端遥感装置和滑翔机端导航定位装置实现对地遥感定位，探空仪、滑翔机端遥感装置、滑翔机端导航定位装置采集的数据通过滑翔机端发射机实时传送地面端接收机，最后，由滑翔机端接收机接收地面端发射机发送的控制指令滑翔飞行直到降落，实现机载设备回收；所述的地面数据存储与处理设备包括地面端接收机、地面端发射机、数据存储服务器、数据处理服务器、网络发布服务器和地面监控装置，首先，地面端接收机接收近空间遥感子平台或者近地面遥感无人机群的遥感信息、运动信息、气象信息等多源信息数据，其次，由数据库存储服务器承担多源信息数据的云端存储，然后，由数据处理服务器对多源信息数据分析和计算、接着网络发布服务器对处理后的数据通过无线网络或者以太网络传送农业、气象、水利等民用部门，最后，通过地面监控装置实现对各类数据的可视化显示，地面监控装置能通过地面端发射机传送控制指令给脱钩装置、近空间滑翔无人机、近地面遥感无人机群；所述的近地面遥感无人机群由无人机群、机群端遥感装置、机群端导航定位装置、气象装置、机群端发射机、机群端接收机组成，无人机群通过接收机接收任务指令，携带机群端遥感装置、机群端导航定位装置和气象装置中的一种或几种载荷装置，在离地面3千米高空范围内完成遥感、气象、运动信息采集，遥感、气象、运动信息通过无人机端发射机发送信息数据给地面端接收机，完成近地面多机协同精准遥感任务；

所述的近空间遥感子平台将遥感信息、运动信息、气象信息数据通过滑翔机端发射机传输给地面端接收机，接收的数据存储于数据存储服务器中，并通过数据处理服务器对数据进行计算处理，将处理后的数据传至地面监控装置实现对近空间遥感子平台遥感、运动以及气象信息的监控；所述的近空间滑翔无人机与长滞空浮空气球连接部位的脱钩装置能与地面监控装置实现信息交互，脱钩装置通过近空间滑翔无人机端接收机接收地面监控装置发送的分离指令后，完成近空间滑翔无人机与长滞空浮空气球的分离；所述的近空间滑翔无人机与长滞空浮空气球分离后，将滑翔过程中实时测量的遥感信息、运动信息通过滑翔机端发射机远程传送地面端接收机，接收的信息通过数据存储服务器存储，经过数据处理服务器分析处理后，处理后的信息传至地面监控装置，通过数字、图片或视频的形式实现对信息的监视，同时地面监控装置也能通过地面端发射机发送控制指令，将信号发送给近空间滑翔无人机端接收机，成为控制滑翔机机翼舵机运动的指令信号，控制滑翔机滑翔姿态；所述的地面监控装置通过地面端接收机接收近空间滑翔无人机对局部区域更精准遥感的需求指令后，地面监控装置指令近地面遥感无人机群由地面起飞对局部重点区域协同遥感作业，在总滞空时间最短、能源消耗最少、目标覆盖值最大等约束条件下，完成观测区域的协同精准遥感；

所述的近空间滑翔无人机与无人机群携带的遥感载荷，实现对各种气候条件下遥感信息的实时采集；近空间滑翔无人机与无人机群携带的导航定位装置完成精准定姿、定位、定向；气象装置实时测量飞行环境的温度、湿度、风速、风向等气象信息；通过无线网络实现近空间遥感子平台、近地面遥感无人机群、数据存储与处理设备间的信息交互，实现近空间、近地面、地面一体化协同遥感；通过无线网络或以太网络将处理后的信息数据分类传送农业、气象、水利等民用部门。

如图2，此发明搭建的网络总体方案图，广域协同精准遥感平台通过无线网络实现近空间遥感子平台、地面数据存储与处理设备与近地面遥感无人机群间的信息交互，完成近空间、近地面、地面一体化协同遥感，通过无线网络或者以太网络技术将信息分类传送给农业、林业、国土、气象等部门的监控中心，针对突发情况，制定应对措施。

图3描述的是广域精准遥感平台的工作过程，长滞空浮空气球与近空间滑翔无人机在20千米～30千米高空大范围遥感作业，遥感任务完成或遇突发状况时，使近空间滑翔无人机与长滞空浮空气球通过脱钩装置分离，近空间滑翔无人机开始滑翔飞行，同时缓慢下落，定时发送遥感导航定位信息给地面数据存储与处理设备，需重点观测的局部区域，地面站指挥近地面遥感无人机群飞至指定区域的3千米高度范围内协同作业，采集并传送更精准的遥感信息给地面监控装置，最终近空间滑翔机和无人机群携带的电子设备实现回收，最终通过地面数据存储与处理设备的地面监控装置能确定受灾位置和灾情，迅速采取应对措施，减少经济损失。

Claims (2)

1.一种广域协同精准遥感平台，其特征在于：包括近空间遥感子平台、地面数据存储与处理设备、近地面遥感无人机群；其中，近空间遥感子平台由长滞空浮空器携带探空仪通过脱钩装置与滑翔无人机连接升空进入20～30千米高空，近空间滑翔无人机通过携带的遥感与导航定位装置，实现大范围、长驻空定位遥感，获取多源信息数据输给地面数据存储与处理设备，所述多源信息数据包括遥感信息、运动信息、气象信息数据；地面数据存储与处理设备实现对多源信息数据的存储、处理和网络发布；近地面遥感无人机群携带不同的遥感、导航定位、气象装置接收地面数据存储与处理设备发布的控制指令，在离地面3千米高空范围内协同完成遥感、导航定位等任务，实现精准协同遥感；

所述近空间遥感子平台包括长滞空浮空器、探空仪、脱钩装置、近空间滑翔无人机、滑翔机端遥感装置、滑翔机端导航定位装置、滑翔机端发射机和滑翔机端接收机；长滞空浮空器携带探空仪通过脱钩装置与近空间滑翔无人机连接升空进入20～30千米高空，实现近空间广域长驻留对地遥感；当遥感任务完成后，近空间滑翔无人机通过脱钩装置脱钩后，开始滑翔降落；同时近空间滑翔无人机通过滑翔机端遥感装置和滑翔机端导航定位装置实现对地遥感定位；探空仪、滑翔机端遥感装置、滑翔机端导航定位装置采集的多源信息数据通过滑翔机端发射机实时传送地面数据存储与处理设备；最后由滑翔机端接收机接收地面数据存储与处理设备发送的控制指令使滑翔无人机滑翔飞行直到降落，实现机载设备的回收；

所述地面数据存储与处理设备包括地面端接收机、地面端发射机、数据存储服务器、数据处理服务器、网络发布服务器和地面监控装置；地面端接收机接收近空间遥感子平台或者近地面遥感无人机群的多源信息数据，由数据库存储服务器承担多源信息数据的云端存储，再由数据处理服务器对多源信息数据分析和计算，网络发布服务器对处理后的多源信息数据通过无线网络或者以太网络传送对外发布；最后，通过地面监控装置实现对多源数据的可视化显示，地面监控装置能通过地面端发射机传送控制指令给近空间遥感子平台；

所述近地面遥感无人机群包括无人机群、机群端遥感装置、机群端导航定位装置、气象装置、机群端发射机和机群端接收机；无人机群通过机群端接收机接收任务指令，携带机群端遥感装置、机群端导航定位装置和气象装置中的一种或几种载荷装置，在离地面3千米高空范围内完成多源信息数据采集，多源信息数据通过无人机端发射机发送信息数据给地面数据存储与处理设备，完成近地面多机协同精准遥感任务。

2.一种利用权利要求1所述的一种广域协同精准遥感平台的遥感方法，其特征在于实现为：近空间遥感子平台将多源信息数据通过滑翔机端发射机传输给地面端接收机，地面端接收机将接收的数据存储于数据存储服务器中，并通过数据处理服务器对多源信息数据进行计算处理，计算处理后的多源信息数据传至地面监控装置实现对近空间遥感子平台多源信息数据的监控；近空间滑翔无人机与长滞空浮空器连接部位的脱钩装置能与地面监控装置实现信息交互，脱钩装置通过近空间滑翔无人机端接收机接收地面监控装置发送的分离指令后，完成近空间滑翔无人机与长滞空浮空器的分离；近空间滑翔无人机与长滞空浮空器分离后，将滑翔过程中实时测量的多源信息数据通过滑翔无人机端发射机远程传送地面端接收机，数据存储服务器对接收的多源信息数据存储，经过数据处理服务器分析处理，处理后的多源信息数据传至地面监控装置，通过数字、图片或视频的可视化形式实现对多源信息数据的监视，同时地面监控装置也能通过地面端发射机发送控制指令，将控制指令发送给近空间滑翔无人机端接收机，成为控制滑翔机机翼舵机运动的指令信号，控制滑翔机滑翔姿态；地面监控装置通过地面端接收机接收近空间滑翔无人机对局部区域更精准遥感的需求指令后，地面监控装置指令近地面遥感无人机群由地面起飞对局部重点区域协同遥感作业，在总滞空时间最短、能源消耗最少、目标覆盖值最大约束条件下，完成观测区域的协同精准遥感；近空间滑翔无人机与近地面遥感无人机群携带遥感载荷，实现对各种气候条件下遥感信息的实时采集，近空间滑翔无人机与无人机群携带高精度轻小型导航定位装置完成精准定姿、定位、定向，无人机群携带气象装置实现飞行环境的温度、湿度、风速、风向在内的气象信息的测量；地面数据存储与处理设备负责对长滞空浮空器、近空间滑翔无人机、近地面遥感无人机群发送过来的遥感、运动、气象信息数据的实时存储、处理计算和网络发布，实现近空间、近地面、地面一体化协同遥感，同时对数据分类后通过以太网络传送给农业、气象、水利、国土部门参考利用，同时将处理后的信息传送给地面监控装置，实现信息的监视和控制。