CN106444555B - 基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统 - Google Patents

基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，包括飞行系统、中继系统、遥控器和指挥中心；飞行系统包括飞行控制器、动力模块、云台、图像采集模块、导航模块和机载通信系统；机载通信系统由2.4GHz接收模块、1.2GHz图传发射模块以及900MHz数传模块组成；中继系统部署于地面，其由1.2GHz图传接收模块、视频叠加模块、900MHz数传模块以及5.8GHz图传发送模块组成；遥控器包括通信模块、显示模块、MCU、存储模块和控制模块；指挥中心包括900MHz数传模块、视频叠加模块、1.2GHz图传接收模块和指挥中心大屏幕。本发明通过部署在地面的中继系统进行数据处理与转发，实现无人机与指挥中心、遥控器等设备的长远距离数据通信，减轻了无人机的重量。

Description

基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统
技术领域
本发明涉及无人机配套设备技术领域，特别是一种基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，英文缩写为“UAV”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人固定翼机、无人垂直起降机、无人飞艇、无人直升机、无人多旋翼飞行器、无人伞翼机等。
无人机按应用领域，可分为军用与民用。军用方面，无人机分为侦察机和靶机。民用方面，无人机+行业应用，是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途，发达国家也在积极扩展行业应用与发展无人机技术。
民用无人机在重量上由严格限制，但是为了与地面进行数据交互，传统无人机不得不携带大量通信设备和数据处理设备，导致其续航能力受到限制，飞手通过无人机遥控器短距离操控无人机的飞行，而传统的无人机通过机载设备与与遥控器直接通信并不稳定，信号传递距离短，无人机不能做长远距离飞行，这就限制了其应用范围。
有鉴于此，本发明人特别研制出一种实现无人机与地面进行长远距离交互的基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，其通过部署在地面的中继系统进行数据处理与转发，实现无人机与指挥中心、遥控器等设备的长远距离数据通信，减轻了无人机的重量。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，包括飞行系统、中继系统、遥控器和指挥中心；
所述飞行系统包括飞行控制器、动力模块、云台、图像采集模块、导航模块和机载通信系统，其中机载通信系统由2.4GHz接收模块、1.2GHz图传发射模块以及900MHz数传模块组成；导航模块、飞行控制器、云台、图像采集模块和1.2GHz图传发射模块依次连接，动力模块、2.4GHz接收模块及900MHz数传模块分别与飞行控制器连接；
所述中继系统部署于地面，其由1.2GHz图传接收模块、视频叠加模块、900MHz数传模块以及5.8GHz图传发送模块组成，其中中继系统的1.2GHz图传接收模块与机载通信系统的1.2GHz图传发射模块通信，中继系统的900MHz数传模块与机载通信系统的900MHz数传模块通信，视频叠加模块分别与1.2GHz图传接收模块、900MHz数传模块和5.8GHz图传发送模块连接；
所述遥控器包括通信模块、显示模块、MCU、存储模块和控制模块；其中通信模块由5.8GHz图传接收模块、2.4GHz传输模块及信号增益模块组成，显示模块由视频驱动优化模块、视频播放模块及系统参数显示模块组成，控制模块由按键指令输入模块与遥感指令输入模块组成；所述5.8GHz图传接收模块与中继系统的5.8GHz图传发送模块通信，5.8GHz图传接收模块还与显示模块的视频驱动优化模块及视频播放模块连接；2.4GHz传输模块与机载通信系统的2.4GHz接收模块通信，且2.4GHz传输模块、信号增益模块及MCU依次连接，系统参数显示模块、存储模块、按键指令输入模块和遥感指令输入模块分别与MCU连接；所述存储模块上存储了多种自定义飞行模型和参数；
所述指挥中心包括900MHz数传模块、视频叠加模块、1.2GHz图传接收模块和指挥中心大屏幕，所述900MHz数传模块、1.2GHz图传接收模块和指挥中心大屏幕分别与视频叠加模块连接，指挥中心的900MHz数传模块与机载通信系统的900MHz数传模块通信，1.2GHz图传接收模块与机载通信系统的1.2GHz图传发射模块通信。
所述飞行系统、遥控器、中继系统和指挥中心均还包括一电源模块，其中中继系统的电源模块为稳压电源模块，飞行系统的电源模块分别与飞行系统的其他模块或控制器连接，遥控器的电源模块分别与遥控器中的其他模块连接，稳压电源模块分别中继系统的其他模块连接，指挥中心的电源模块分别与指挥中心的其他模块连接。
所述无人机中短距离遥控遥测系统还包括连接有900MHz数传模块的PC机，该PC机通过900MHz数传模块与机载通信系统的900MHz数传模块通信。
所述视频播放播放模块采用8寸的液晶屏，系统参数显示模块采用LCD屏。
所述电源模块采用2S的锂电池。
所述导航模块为CNSS卫星导航系统。
采用上述技术方案后，本发明的工作原理如下：
首先，遥控器中，由摇杆指令输入模块和按键指令输入模块组成的控制模块给单片微型计算机（MCU）发送电信号，并通过信号增益模块进行信号放大后，传输到2.4GHz传输模块，再转化为电磁波信号远距离向无人机发送对应的参数信息，
在无人机的飞行系统中，机载通信系统的2.4GHz接收模块接收上述参数信息来实现相对应的无人机飞行动作，主要是飞行控制器接收该参数，结合导航模块的导航信息控制动力模块进行无人机飞行控制（控制方向、高度等），以及控制云台和图像采集模块进行图像采集，而且飞行控制器还将实际飞行参数通过机载通信系统的900MHz数传模块发送到中继系统和指挥中心，同时图像采集模块从云台采集到图像信息，再由1.2GHz图传发射模块发送到中继系统、和指挥中心；
飞行参数和图像从飞行系统发送具体是：机载通信系统的1.2GHz图传发射模块发出视频电磁波信号由中继系统和指挥中心的1.2GHz图传接收模块接收并转化为视频流信号流向视频叠加模块（OSD）中，机载通信系统的900MHz数传模块发送出导航和数据参数的电磁波信号由中继系统和指挥中心的900MHz数传模块接收流向OSD中，在中继系统和指挥中心的OSD中进行视频信号与无人机飞行参数进行叠加，将数据参数显示在视频图像上；
在中继系统叠加处理后，其5.8GHz图传模块进行推送，遥控器的通信模块下的5.8GHz图传模块下进行接收，并转化为视频流信号，流向视频驱动优化模块上，进行优化后，视频流信号流向视频播放模块进行播放，视频播放播放模块采用的是8寸的液晶屏；在存储模块存储的多种自定义飞行模型和参数，可利用按键指令输入模块进行输入电信号，MCU从存储模块调取自定义飞行模型和参数，并显示在系统参数显示模块的LCD屏中；
在指挥中心叠加处理后直接通过指挥中心大屏幕将带有飞行参数的视频图像显示出来。
本发明有益效果是：通过中继系统加强了地面遥控器与无人机之间的数据交互距离，可是无人机飞行距离更远，信号传输的更加稳定，将OSD设计在地面也减轻了无人机的重量，减少部件也使得无人机内部的电磁兼容更佳良好，也有利于对无数据的纯图像进行二次转发，通过指挥中心能够快速的将无人机飞行参数和图像信息显示出来，快速获知无人机飞行状态，其作用还在于飞手从遥控器和指挥中心可以看到所有所有的飞行参数，而进行二次转发的纯图像的参数数据进行筛选依据客户需求进行设定，转发至客户所指定的指挥中心，进行观看叠加筛选过数据的空中实时的视频监控。
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
附图说明
图1是本发明的结构框图。
标号说明书
飞行系统1，飞行控制器11，动力模块12，云台13，图像采集模块14，导航模块15，机载通信系统16，2.4GHz接收模块161，1.2GHz图传发射模162，900MHz数传发射模块163，电源模块17，中继系统2，1.2GHz图传接收模块21，视频叠加模块22，900MHz数传模块23，5.8GHz图传发送模块24，稳压电源模块25，遥控器3，通信模块31，5.8GHz图传接收模块311，2.4GHz传输模块312，信号增益模块313，显示模块32，视频驱动优化模块321，视频播放模块322，系统参数显示模块323，MCU33，存储模块34，控制模块35，按键指令输入模块351，遥感指令输入模块352，电源模块36，指挥中心4，900MHz数传模块41，视频叠加模块42，1.2GHz图传接收模块43，指挥中心大屏44，电源模块45，PC机5，900MHz数传模块51。
实施方式
如图1所示，本发明的实施例一揭示的基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，包括飞行系统1、中继系统2、遥控器3和指挥中心4；
飞行系统1包括飞行控制器11、动力模块12、云台13、图像采集模块14、导航模块15和机载通信系统16，其中机载通信系统16由2.4GHz接收模块161、1.2GHz图传发射模块162以及900MHz数传发射模块163组成；导航模块15、飞行控制器11、云台13、图像采集模块14和1.2GHz图传发射模块162依次连接，动力模块12、2.4GHz接收模块161及900MHz数传发射模块163分别与飞行控制器11连接；
中继系统2部署于地面，其由1.2GHz图传接收模块21、视频叠加模块22、900MHz数传模块23以及5.8GHz图传发送模块24组成，其中中继系统的1.2GHz图传接收模块21与机载通信系统的1.2GHz图传发射模块162通信，中继系统的900MHz数传模块23与机载通信系统的900MHz数传发射模块163通信，视频叠加模块22分别与1.2GHz图传接收模块21、900MHz数传模块23和5.8GHz图传发送模块24连接；
遥控器包括通信模块31、显示模块32、MCU33、存储模块34和控制模块35；其中通信模块31由5.8GHz图传接收模块311、2.4GHz传输模块312及信号增益模块313组成，显示模块32由视频驱动优化模块321、视频播放模块322及系统参数显示模块323组成，控制模块35由按键指令输入模块351与遥感指令输入模块352组成；5.8GHz图传接收模块311与中继系统的5.8GHz图传发送模块24通信，5.8GHz图传接收模块311还与显示模块的视频驱动优化模块321及连接视频播放模块322；2.4GHz传输模块312与机载通信系统的2.4GHz接收模块161通信，且2.4GHz传输模块312、信号增益模块313及MCU33依次连接，系统参数显示模块323、存储模块34、按键指令输入模块351和遥感指令输入模块352分别与MCU33连接；存储模块34上存储了多种自定义飞行模型和参数；
指挥中心4包括900MHz数传模块41、视频叠加模块42、1.2GHz图传接收模块43和指挥中心大屏幕44，900MHz数传模块41、1.2GHz图传接收模块43和指挥中心大屏幕44分别与视频叠加模块42连接，指挥中心的900MHz数传模块41与机载通信系统的900MHz数传发射模块163通信，1.2GHz图传接收模块43与机载通信系统的1.2GHz图传发射模块162通信。
飞行系统1、遥控器3、中继系统2和指挥中心4均还包括一电源模块，其中中继系统的电源模块为稳压电源模块25，稳压电源模块与中继系统的其他模块分别连接，飞行系统1的电源模块17分别与飞行系统的其他模块或控制器连接，遥控器的电源模块36分别与遥控器中的其他模块连接，指挥中心的电源模块45分别与指挥中心的其他模块连接。
无人机中短距离遥控遥测系统还包括连接有900MHz数传模块51的PC机5，该PC机5通过900MHz数传模块51与机载通信系统16的900MHz数传发射模块163通信，通过该机动性较高的PC机能够像飞行系统发送无人机飞行路径的规划指令数据，以及接收无人机飞行参数等数据。
本实施例中，遥控器3的视频播放播放模块322采用8寸的液晶屏，系统参数显示模块323采用LCD屏。上述各电源模块均采用2S的锂电池。
飞行系统中采用的导航模块为CNSS卫星导航系统，GNSS包含了GPS、GLONASS、Compass(北斗)、Galileo系统。
本实施例所揭示无人机中短距离遥控遥测系统的工作原理如下：
首先，遥控器3中，由摇杆指令输入模块352和按键指令输入模块351组成的控制模块35给单片微型计算机（MCU33）发送电信号，并通过信号增益模块313进行信号放大后，传输到2.4GHz传输模块312，再转化为电磁波信号远距离向无人机发送对应的参数信息，
在无人机的飞行系统中，机载通信系统的2.4GHz接收模块161接收上述参数信息来实现相对应的无人机飞行动作，主要是飞行控制器11接收该参数，结合导航模块15的导航信息控制动力模块12进行无人机飞行控制（控制方向、高度等），以及控制云台13和图像采集模块14进行图像采集，而且飞行控制器11还将实际飞行参数通过机载通信系统16的900MHz数传发射模块163发送到中继系统2和指挥中心4，同时图像采集模块14从云台13采集到图像信息，再由1.2GHz图传发射模块162发送到中继系统2和指挥中心4；
飞行参数和图像从飞行系统发送具体是：机载通信系统的1.2GHz图传发射模块162发出视频电磁波信号由中继系统2和指挥中心4的1.2GHz图传接收模块21、43接收并转化为视频流信号流向视频叠加模块22、42（OSD）中，机载通信系统的900MHz数传发射模块163发送出导航和数据参数的电磁波信号由中继系统和指挥中心的900MHz数传模块23、41接收流向OSD中，在中继系统和指挥中心的OSD22、43中进行视频信号与无人机飞行参数进行叠加，将数据参数显示在视频图像上；
在中继系统2叠加处理后，其5.8GHz图传发送模块24进行推送，遥控器3的通信模块下的5.8GHz图传接收模块311下进行接收，并转化为视频流信号，流向视频驱动优化模块321上，进行优化后，视频流信号流向视频播放模块322进行播放，视频播放播放模块322采用的是8寸的液晶屏；在存储模块34存储的多种自定义飞行模型和参数，可利用按键指令输入模块进行输入电信号，MCU33从存储模块34调取自定义飞行模型和参数，并显示在系统参数显示模块323的LCD屏中；
在指挥中心4叠加处理后直接通过指挥中心大屏幕44将带有飞行参数的视频图像显示出来。
以上仅为本发明的具体实施例，并非对本发明的保护范围的限定。
凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (4)

1.基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，其特征在于：包括飞行系统、中继系统、遥控器和指挥中心；
所述飞行系统包括飞行控制器、动力模块、云台、图像采集模块、导航模块和机载通信系统，其中机载通信系统由2.4GHz接收模块、1.2GHz图传发射模块以及900MHz数传模块组成；导航模块、飞行控制器、云台、图像采集模块和1.2GHz图传发射模块依次连接，动力模块、2.4GHz接收模块及900MHz数传模块分别与飞行控制器连接；
所述中继系统部署于地面，其由1.2GHz图传接收模块、视频叠加模块、900MHz数传模块以及5.8GHz图传发送模块组成，其中中继系统的1.2GHz图传接收模块与机载通信系统的1.2GHz图传发射模块通信，中继系统的900MHz数传模块与机载通信系统的900MHz数传模块通信，视频叠加模块分别与1.2GHz图传接收模块、900MHz数传模块和5.8GHz图传发送模块连接；
所述遥控器包括通信模块、显示模块、MCU、存储模块和控制模块；其中通信模块由5.8GHz图传接收模块、2.4GHz传输模块及信号增益模块组成，显示模块由视频驱动优化模块、视频播放模块及系统参数显示模块组成，控制模块由按键指令输入模块与遥感指令输入模块组成；所述5.8GHz图传接收模块与中继系统的5.8GHz图传发送模块通信，5.8GHz图传接收模块还与显示模块的视频驱动优化模块及视频播放模块连接；2.4GHz传输模块与机载通信系统的2.4GHz接收模块通信，且2.4GHz传输模块、信号增益模块及MCU依次连接，系统参数显示模块、存储模块、按键指令输入模块和遥感指令输入模块分别与MCU连接；所述存储模块上存储了多种自定义飞行模型和参数；
所述指挥中心包括900MHz数传模块、视频叠加模块、1.2GHz图传接收模块和指挥中心大屏幕，所述900MHz数传模块、1.2GHz图传接收模块和指挥中心大屏幕分别与视频叠加模块连接，指挥中心的900MHz数传模块与机载通信系统的900MHz数传模块通信，1.2GHz图传接收模块与机载通信系统的1.2GHz图传发射模块通信；所述飞行系统、遥控器、中继系统和指挥中心均还包括一电源模块，其中中继系统的电源模块为稳压电源模块，飞行系统的电源模块分别与所述飞行系统中的各模块或控制器连接，遥控器的电源模块分别与所述遥控器中的各模块连接，稳压电源模块分别与所述中继系统中的各模块连接，指挥中心的电源模块分别与所述指挥中心中的各模块连接；
所述导航模块为CNSS卫星导航系统。
2.如权利要求1所述的基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，其特征在于：所述无人机中短距离遥控遥测系统还包括连接有900MHz数传模块的PC机，该PC机通过900MHz数传模块与机载通信系统的900MHz数传模块通信。
3.如权利要求1所述的基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，其特征在于：所述电源模块采用2S的锂电池。
4.如权利要求1所述的基于地面转发的无人机中短距离遥控遥测系统，其特征在于：所述视频播放模块采用8寸的液晶屏，系统参数显示模块采用LCD屏。
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