CN106411389A - 一种无人机巡检数据链路通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机巡检数据链路通信系统，包括机载设备和地面基站，所述机载设备和地面基站的通信链路之间连接有中继站设备，所述机载设备包括链路控制模块，所述链路控制模块的输入端连接有遥控收发单元，链路控制模块的输出端连接有飞行控制单元；所述地面基站包括中心服务器，中心服务器内置有中心数据库，所述中心服务器连接有遥测收发单元和人机交互设备；所述中继站设备包括中继信号塔，所述中继信号塔上安装有遥测接收中继模块和遥控发送中继模块，所述遥测接收中继模块与机载设备进行数据交换，遥控发送中继模块与地面基站进行数据交换。本发明能够实现直通和中继通信两种方式自由切换，保证通信品质。

Description

一种无人机巡检数据链路通信系统
技术领域
本发明涉及无人机通讯技术领域，具体为一种无人机巡检数据链路通信系统。
背景技术
随着电网的快速发展，架空输电线路分布点多面广，所处地形复杂，传统的人工巡检方法不仅工作量大、耗时长、效率低，而且受人为因素制约，一些线路缺陷或故障点不容易被发现。在一些国家和地区，载人直升机巡线方式已取代人工巡线成为主要的巡线手段，通过在直升机上搭载光学相机、红外热像仪、紫外成像仪等多种传感器，实现对输电线路缺陷和线行环境多维度巡检。由于无人机巡检工作要求无人机近地面超低空飞行，使得无人机与地面测控基站的通信链路极易被高大建筑物以及高山丘陵阻挡，为克服地形阻挡、多径效应、频率选择性衰落和输电线路强电磁干扰等因素对无人机通信链路产生较大影响。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种无人机巡检数据链路通信系统，实现直通和中继通信两种方式自由切换，减小地形等因素干扰，保证通信品质，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无人机巡检数据链路通信系统，包括机载设备和地面基站，所述机载设备和地面基站的通信链路之间连接有中继站设备，所述机载设备包括链路控制模块，所述链路控制模块的输入端连接有遥控收发单元，链路控制模块的输出端连接有飞行控制单元；所述地面基站包括中心服务器，中心服务器内置有中心数据库，所述中心服务器的输入端连接有遥测收发单元，中心服务器还连接有人机交互设备；所述中继站设备包括中继信号塔，所述中继信号塔上安装有遥测接收中继模块和遥控发送中继模块，所述遥测接收中继模块与机载设备进行数据交换，遥控发送中继模块与地面基站进行数据交换。
作为本发明一种优选的技术方案，所述链路控制模块包括主控芯片，所述主控芯片采用32位的ARMCortex-M0系列芯片，且主控芯片的数据端连接有数据存储器，电源端连接有太阳能电池。
作为本发明一种优选的技术方案，所述遥控收发单元包括UHF收发天线和调制解调器，所述UHF收发天线的输出端连接有信号放大器，所述信号放大器的输出端连接有带通滤波器，所述带通滤波器连接到调制解调器的输入输出端。
作为本发明一种优选的技术方案，所述飞行控制单元包括数据采集卡、功率调节器和转向控制器，所述数据采集卡的输入端连接有传感器组，所述功率调节器和转向控制器连接到飞行动力机构。
作为本发明一种优选的技术方案，所述遥测收发单元包括数据编解码器和网络配置器，所述网络配置器的输出端连接有无线信号收发器，所述无线信号收发器上还安装有天线放大器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述人机交互设备包括液晶触摸屏、麦克风和扬声器，所述麦克风的输出端连接有语音识别器，扬声器的输出端连接有语音信号合成器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述遥测接收中继模块包括全向接收天线，所述全向接收天线的输出端连接有信号解调器；所述遥控发送中继模块包括全向发送天线，所述全向发送天线的输出端连接有信号调制器。
作为本发明一种优选的技术方案，所述主控芯片还连接有全景摄像头和GPS定位器，所述全景摄像头的输出端连接有CMOS成像器，所述GPS定位器采用GS-96H2HX8222系列芯片，且GPS定位器和CMOS成像器的输出端均连接到主控芯片的数据输入端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该无人机巡检数据链路通信系统，通过设置中继站设备，利用中继信号塔连接遥测接收中继模块和遥控发送中继模块进行中继转发，实现测控数据及机载图像的超视距、远距离可靠传输；通过设置太阳能电池，利用太阳能供电清洁环保无污染；通过设置人机交互设备，利用液晶触摸屏、麦克风和扬声器大大提高人机交互性能，更加便于操作；通过设置全景摄像头和GPS定位器，能够实现实时视频数据采集和装置定位，更加直观的确定当前电力线路是否出现故障；本发明能够实现直通和中继通信两种方式自由切换，减小地形等因素干扰，保证通信品质。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图中：1-机载设备；2-地面基站；3-中继站设备；4-链路控制模块；5-遥控收发单元；6-飞行控制单元；7-中心服务器；8-遥测收发单元；9-人机交互设备；10-中继信号塔；11-遥测接收中继模块；12-遥控发送中继模块；13-主控芯片；14-数据存储器；15-太阳能电池；16-UHF收发天线；17-调制解调器；18-信号放大器；19-带通滤波器；20-数据采集卡；21-功率调节器；22-转向控制器；23-传感器组；24-中心数据库；25-数据编解码器；26-网络配置器；27-无线信号收发器；28-天线放大器；29-液晶触摸屏；30-麦克风；31-扬声器；32-语音识别器；33-语音信号合成器；34-全向接收天线；35-信号解调器；36-全向发送天线；37-信号调制器；38-全景摄像头；39-GPS定位器；40-CMOS成像器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
实施例：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种无人机巡检数据链路通信系统，包括机载设备1和地面基站2，所述机载设备1和地面基站2的通信链路之间连接有中继站设备3，所述机载设备1包括链路控制模块4，所述链路控制模块4的输入端连接有遥控收发单元5，链路控制模块4的输出端连接有飞行控制单元6；所述地面基站2包括中心服务器7，中心服务器7内置有中心数据库24，所述中心服务器7的输入端连接有遥测收发单元8，中心服务器7还连接有人机交互设备9；所述中继站设备3包括中继信号塔10，所述中继信号塔10上安装有遥测接收中继模块11和遥控发送中继模块12，所述遥测接收中继模块11与机载设备1进行数据交换，遥控发送中继模块12与地面基站2进行数据交换；
所述链路控制模块4包括主控芯片13，所述主控芯片13采用32位的ARMCortex-M0系列芯片，且主控芯片13的数据端连接有数据存储器14，电源端连接有太阳能电池15；所述遥控收发单元5包括UHF收发天线16和调制解调器17，所述UHF收发天线16的输出端连接有信号放大器18，所述信号放大器18的输出端连接有带通滤波器19，所述带通滤波器19连接到调制解调器17的输入输出端；所述飞行控制单元6包括数据采集卡20、功率调节器21和转向控制器22，所述数据采集卡20的输入端连接有传感器组23，所述功率调节器21和转向控制器22连接到飞行动力机构；所述遥测收发单元8包括数据编解码器25和网络配置器26，所述网络配置器26的输出端连接有无线信号收发器27，所述无线信号收发器27上还安装有天线放大器28；所述人机交互设备9包括液晶触摸屏29、麦克风30和扬声器31，所述麦克风30的输出端连接有语音识别器32，扬声器31的输出端连接有语音信号合成器33；所述遥测接收中继模块11包括全向接收天线34，所述全向接收天线34的输出端连接有信号解调器35；所述遥控发送中继模块12包括全向发送天线36，所述全向发送天线36的输出端连接有信号调制器37；所述主控芯片13还连接有全景摄像头38和GPS定位器39，所述全景摄像头38的输出端连接有CMOS成像器40，所述GPS定位器39采用GS-96H2HX8222系列芯片，且GPS定位器39和CMOS成像器40的输出端均连接到主控芯片13的数据输入端。
本发明的工作原理：所述机载设备1为无人机的主要控制模块，用于实现无人机飞行状态参数采集、飞行状态调整和遥控数据传输；所述地面基站2为地面控制中心，在环境允许情况下可以直接与机载设备1进行通信或者通过中继站设备3与机载设备1形成数据链路实现数据交换；所述中继站设备3一边接受来自机载设备1的信息，一边转发至地面基站2，充当转发中介；
所述主控芯片13采用Cortex-M0系列芯片，该芯片为32位、3级流水线RISC处理器，其核心仍为冯·诺依曼结构，是指令和数据共享同一总线的架构，其运算能力可以达到0.9DMIPS/MHz，而与其他的16位与8位处理器相比，由于CortexM0的运算性能大幅提高，所以在同样任务的执行上CortexM0只需较低的运行速度，而大幅降低了整体的动态功耗；
(1)所述链路控制模块4为机载设备的核心模块，用于实现通信链路选择并进行相应数据分析处理；所述主控芯片13为控制核心，接收数据并对数据进行相应的分析处理，所述全景摄像头38可以采集实时的视频图像，采集到的视频信号经过CMOS成像器40进行成像处理并直接转换成数字编码，转换后送入主控芯片13，所述GPS定位器39接受来自GPS微型系统的信号，自动确定当前无人机的位置信息；所述太阳能电池15将太阳能转换成电能为装置供电，且所述主控芯片13将采集到的信息存储至数据存储器14当中；
(2)所述遥控收发单元5用于实现与地面基站2或者中继站设备3的信息通信，所述主控芯片13根据采集到的位置信息，判断当前的位置是否能够与地面基站2进行直接通信，从而选择相应的通信链路，所述UHF收发天线16用于接收或者发送电磁波信号，所述信号放大器18将远距离传输衰弱后的信号进行放大处理，所述带通滤波器19通过频率筛选出去杂质，所述调制解调器17将放大滤波后的信号进行解调操作，得到原本的数据信号；
(3)所述述飞行控制单元6用于实现对无人机的飞行状态控制，所述传感器组23包括速度传感器、温度传感器以及位置传感器等，实时监测当前的速度数据、温度数据和位置数据，采集到的信号经过数据采集卡20进行模数转换，转换后的数据传输到主控芯片13，所述主控芯片13接收到数据后，调用内部程序进行分析处理，通过控制功率调节器21和转向控制器22对无人机进行飞行调控；
(4)所述中心服务器7为地面基站2的控制核心，所述中心数据库24内存储有所有接收到的数据并进行分类存储，所述遥测收发单元8用于实现数据接收和发送操作，所述数据编解码器25将待发送数据进行加密编码并进行打包操作，所述网络配置器26用于配置网络传输信道参数，所述无线信号收发器27将编码后的数据按照设定好的路线发送出去，所述天线放大器28能够将待发送信号进行功率放大，提高传输距离；所述人机交互设备9能够有效提高人机交互性能，便于进行操作控制吗，所述液晶触摸屏29既能够实时显示当前的数据状态，又能够进行参数输入操作，所述麦克风30用于采集人的语音信号，所述语音识别器32将采集到的语音信号转换成数字信号送入中心服务器7实现语音控制，所述语音信号合成器33将待发送语音数字信号转换成电信号，再经过扬声器31发送出去；
(5)所述中继信号塔10为中继站设备3的主要结构，用于实现大功率信号的收发操作，所述遥测接收中继模块11用于接收来自机载设备1的信号，所述全向接收天线34接收电磁波信号，所述信号解调器35将接收到的信号进行解调操作；所述遥控发送中继模块12用于向地面基站2发送数据，所述信号调制器37将待发送信号进行调制，所述全向发送天线36将调制后的信号发送出去。
该无人机巡检数据链路通信系统，通过设置中继站设备3，利用中继信号塔10连接遥测接收中继模块11和遥控发送中继模块12进行中继转发，实现测控数据及机载图像的超视距、远距离可靠传输；通过设置太阳能电池15，利用太阳能供电清洁环保无污染；通过设置人机交互设备9，利用液晶触摸屏29、麦克风30和扬声器31大大提高人机交互性能，更加便于操作；通过设置全景摄像头38和GPS定位器39，能够实现实时视频数据采集和装置定位，更加直观的确定当前电力线路是否出现故障；本发明能够实现直通和中继通信两种方式自由切换，减小地形等因素干扰，保证通信品质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人机巡检数据链路通信系统，包括机载设备(1)和地面基站(2)，所述机载设备(1)和地面基站(2)的通信链路之间连接有中继站设备(3)，其特征在于：所述机载设备(1)包括链路控制模块(4)，所述链路控制模块(4)的输入端连接有遥控收发单元(5)，链路控制模块(4)的输出端连接有飞行控制单元(6)；所述地面基站(2)包括中心服务器(7)，中心服务器(7)内置有中心数据库(24)，所述中心服务器(7)的输入端连接有遥测收发单元(8)，中心服务器(7)还连接有人机交互设备(9)；所述中继站设备(3)包括中继信号塔(10)，所述中继信号塔(10)上安装有遥测接收中继模块(11)和遥控发送中继模块(12)，所述遥测接收中继模块(11)与机载设备(1)进行数据交换，遥控发送中继模块(12)与地面基站(2)进行数据交换。
2.根据权利要求1所述的一种无人机巡检数据链路通信系统，其特征在于：所述链路控制模块(4)包括主控芯片(13)，所述主控芯片(13)采用32位的ARMCortex-M0系列芯片，且主控芯片(13)的数据端连接有数据存储器(14)，电源端连接有太阳能电池(15)。
3.根据权利要求1所述的一种无人机巡检数据链路通信系统，其特征在于：所述遥控收发单元(5)包括UHF收发天线(16)和调制解调器(17)，所述UHF收发天线(16)的输出端连接有信号放大器(18)，所述信号放大器(18)的输出端连接有带通滤波器(19)，所述带通滤波器(19)连接到调制解调器(17)的输入输出端。
4.根据权利要求1所述的一种无人机巡检数据链路通信系统，其特征在于：所述飞行控制单元(6)包括数据采集卡(20)、功率调节器(21)和转向控制器(22)，所述数据采集卡(20)的输入端连接有传感器组(23)，所述功率调节器(21)和转向控制器(22)连接到飞行动力机构。
5.根据权利要求1所述的一种无人机巡检数据链路通信系统，其特征在于：所述遥测收发单元(8)包括数据编解码器(25)和网络配置器(26)，所述网络配置器(26)的输出端连接有无线信号收发器(27)，所述无线信号收发器(27)上还安装有天线放大器(28)。
6.根据权利要求1所述的一种无人机巡检数据链路通信系统，其特征在于：所述人机交互设备(9)包括液晶触摸屏(29)、麦克风(30)和扬声器(31)，所述麦克风(30)的输出端连接有语音识别器(32)，扬声器(31)的输出端连接有语音信号合成器(33)。
7.根据权利要求1所述的一种无人机巡检数据链路通信系统，其特征在于：所述遥测接收中继模块(11)包括全向接收天线(34)，所述全向接收天线(34)的输出端连接有信号解调器(35)；所述遥控发送中继模块(12)包括全向发送天线(36)，所述全向发送天线(36)的输出端连接有信号调制器(37)。
8.根据权利要求1所述的一种无人机巡检数据链路通信系统，其特征在于：所述主控芯片(13)还连接有全景摄像头(38)和GPS定位器(39)，所述全景摄像头(38)的输出端连接有CMOS成像器(40)，所述GPS定位器(39)采用GS-96H2HX8222系列芯片，且GPS定位器(39)和CMOS成像器(40)的输出端均连接到主控芯片(13)的数据输入端。
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