CN106444580A - 适用于无人机的监控方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了适用于无人机的监控方法及系统，包括以下步骤，串口模块给GPRS无线数据模块配置信息；GPS模块获取无人机的定位信息和姿态信息；按照GPS报文通讯技术，生成GPS报文；将所述GPS报文通过串口模块发送至主控模块，进行数据打包；主控模块将打包后的数据发送至GPRS无线数据模块，通过将打包数据和配置后的接口信息转换成射频信号，将打包数据和配置后的信息发送至地面监控中心；地面监控中心将接受的信息进行处理用以随时查询无人机的飞行状态。电源模块逐步转换，确保电压能稳定在低压状态，电路层次较高，性能更稳定，通过外置GPRS天线和GPS天线，扩大天线信号的接受能力，扩大无人机通信范围。

Description

适用于无人机的监控方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，特别涉及适用于无人机的监控方法及系统。

背景技术

无人驾驶飞机简称“无人机”。无人机具有体积小、重量轻、费用低、操作灵活、安全性高的特点。近十几年来，无人机已被广泛应用于航拍摄影、电力巡检、环境监测、森林防火、灾情巡查、防恐救生、军事侦察、战场评估等领域，能够有效克服有人驾驶飞机进行空中作业的不足，降低购买与维护成本，提高运载工具的安全性。无人机控制技术研究是目前国内外研究机构关注的热点之一。然而，技术保障人员在无法对各无人机的运行状态进行实时监控，只能当无人机发生故障时，凭借经验给出处置措施，这样会大大降低处置成功的概率，造成无法弥补的经济损失，给飞行组织指挥带来诸多不便。因此，随着无人机多功能化的发展，现有无人机无法满足技术保障人员对无人机各子系统及状态信息的实时监控，迫切需要一种用于无人机监控技术，使得技术人员实时监控各个无人机运行状态。有效降低飞行安全风险。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述的技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于针对以上问题提出一种适用于无人机的监控方法及系统；为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种适用于无人机的监控方法，包括以下步骤：

步骤S1，在无人机起飞前，由地面监控中心对无人机监控装置进行配置，包括通过串口模块，给无人机监控装置上的主控模块写入无人机的基本信息并存储；通过串口模块给无人机监控装置的GPRS无线通信模块配置IP地址、进行频率设置。

步骤S2，无人机起飞后，无人机监控装置的GPS模块获取无人机的定位信息和姿态信息；按照GPS报文通讯技术，根据所述定位信息和姿态信息，生成GPS报文。

步骤S3，GPS模块将所述GPS报文通过串口模块发送至主控模块，主控模块将内部存储的无人机的基本信息和GPS报文进行数据打包；主控模块将打包后的数据利用串口模块发送至GPRS无线数据模块。

步骤S4，GPRS无线数据模块接收到打包后的数据后将打包后的数据转换成射频信号，利用GPRS接入Internet网络，GPRS无线数据模块将打包后的数据发送至地面监控中心。

步骤S5，地面监控中心将接收到的射频信号进行解析，得到无人机的基本信息和GPS报文，将该无人机的基本信息与预存的该无人机的基本信息进行比对，比对成功后将该无人机的基本信息，对应的GPS报文进行关联；地面监控中心根据所述GPS报文计算出该无人机的位置信息和飞行轨迹，并显示给用户，以供用户对该无人机的飞行状态进行监控。

优选的，步骤S1中，所述无人机的基本信息包括：无人机机组编号信息、人员姓名、联系方式、车辆牌号。

优选的，步骤S2中，所述GPS报文包括无人机的定位信息、姿态信息；所述定位信息包括无人机的经度、纬度；姿态信息包括无人机的飞行高度、飞行速度。

优选的，步骤S4中所述GPRS无线数据模块在发送打包后的数据时，采用定时回传模式，所述地面监控中心将GPRS无线数据模块发送的数据信息进行存储，并按照接受时间的先后顺序生成目录表格索引，用以查询无人机的工作时间和工作状态。

本发明还提供一种适用于无人机的监控系统，包括无人机监控装置和地面监控中心；其特征在于，所述无人机监控装置位于无人机上，包括主控模块、GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块；所述GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块与外壳连接处分别设有对应接口；所述GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块分别与主控模块连接；所述GPRS无线通信模块通过对应接口连接GPRS天线，并利用GPRS天线与地面监控中心进行通信。

所述GPRS无线通信模块与串口模块和主控模块分别连接，利用串口模块对GPRS无线通信模块进行频率设置，配置GPRS无线通信模块的IP地址；同时主控模块利用串口模块存储无人机的基本信息。

所述GPS定位模块，所述GPS定位模块通过对应接口连接GPRS天线，用于获取无人机的定位信息和姿态信息；按照GPS报文通讯技术，根据所述定位信息和姿态信息，生成GPS报文，将所述GPS报文通过串口模块发送至主控模块。

主控模块将内部存储的无人机的基本信息和GPS报文进行数据打包；主控模块将打包后的数据利用串口模块发送至GPRS无线数据模块。

GPRS无线数据模块接收到打包后的数据后将打包后的数据转换成射频信号，利用GPRS接入Internet网络，GPRS无线数据模块将打包后的数据发送至地面监控中心。

地面监控中心将接收到的射频信号进行解析，得到无人机的基本信息和GPS报文，将该无人机的基本信息与预存的该无人机的基本信息进行比对，比对成功后将该无人机的基本信息，对应的GPS报文进行关联；地面监控中心根据所述GPS报文计算出该无人机的位置信息和飞行轨迹，并显示给用户，以供用户对该无人机的飞行状态进行监控。

优选的，所述无人机的基本信息包括：无人机机组编号信息、人员姓名、联系方式、车辆牌号。

优选的，所述GPS报文包括无人机的定位信息、姿态信息；所述定位信息包括无人机的经度、纬度；姿态信息包括无人机的飞行高度、飞行速度。

优选的，所述GPRS无线数据模块在发送打包后的数据时，采用定时回传模式，所述地面监控中心将GPRS无线数据模块发送的数据信息进行存储，并按照接受时间的先后顺序生成目录表格索引，用以查询无人机的工作时间和工作状态。

优选的，所述无人机监控装置的主控模块通过接口电路连接JTAG模块。

优选的，所述GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块还分别连接指示灯。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

本发明相比于现有技术至少具有以下优点，

无人机的监控方法配合无人机的监控系统使用，使得数据传输准确率高、丢包率少，满足新技术发展要求。

无人机的监控系统是通过将卫星通信网络模式与传统通信模式融合在一起，各个监控终端在工作的时候回传到监控中心的数据存储起来。根据回传的数据生成目录表格索引，以便方便查询设备工作时间状态。回传的数据要入数据库。通信宽带成本降低，并且使得使用范围提升。

可对单个无人机的显示、地图可以逐级放大，可显示当前轨迹信息。可显示历史轨迹信息。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明适用于无人机的监控方法的流程图

图2为本发明适用于无人机的监控系统的电路连接框图；

图3为本发明实施例中无人机监控装置的GPRS无线通信模块电路原理图；

图4为本发明实施例中无人机监控装置的GPS定位模块电路原理图；

图5为本发明实施例中无人机监控装置的串口模块电路原理图；

图6为本发明实施例中无人机监控装置的电源模块的稳压电路电路原理图；

图7为本发明实施例中无人机监控装置的电源模块的低压差稳压电路电路原理图；

图8为本发明实施例中无人机监控装置的主控模块电路原理图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明一方面的实施例提供一种适用于无人机的监控方法，包括以下步骤：

步骤S1，在无人机起飞前，由地面监控中心对无人机监控装置进行配置，包括通过串口模块，给无人机监控装置的主控模块写入无人机的基本信息并存储；通过串口模块给无人机监控装置的GPRS无线通信模块配置IP地址、进行频率设置；步骤1中，地面监控中心为常用PC机，无人机的基本信息包括：无人机机组编号信息、人员姓名、联系方式、车辆牌号。其中“无人机机组编号信息”是对整个人员、联系方式、车辆整体的描述，即将无人机机组的人员姓名、联系方式、车辆牌号进行关联，生成特定的在“无人机机组编号信息”用来识别无人机的身份。

步骤S2，无人机起飞后，无人机监控装置的GPS模块获取无人机的定位信息和姿态信息；按照GPS报文通讯技术，根据定位信息和姿态信息，生成GPS报文；步骤S2中，GPS报文包括无人机的定位信息、姿态信息；定位信息包括无人机的经度、纬度；姿态信息包括无人机的飞行高度、飞行速度。

步骤S3，GPS模块将GPS报文通过串口模块发送至主控模块，主控模块将内部存储的无人机的基本信息和GPS报文进行数据打包；主控模块将打包后的数据利用串口模块发送至GPRS无线数据模块。

步骤S4，GPRS无线数据模块接收到打包后的数据后将打包后的数据转换成射频信号，利用GPRS接入Internet网络，GPRS无线数据模块将打包后的数据发送至地面监控中心；步骤S4中GPRS无线数据模块在发送打包后的数据时，采用定时回传模式。

步骤S5，地面监控中心将接收到的射频信号进行解析，得到无人机的基本信息和GPS报文，将该无人机的基本信息与预存的该无人机的基本信息进行比对，比对成功后将该无人机的基本信息，对应的GPS报文进行关联；地面监控中心根据GPS报文计算出该无人机的位置信息和飞行轨迹，并显示给用户，以供用户对该无人机的飞行状态进行监控。地面监控中心将GPRS无线数据模块发送的数据信息进行存储，并按照接受时间的先后顺序生成目录表格索引，用以查询无人机的工作时间和工作状态。

本发明还提供一种适用于无人机的监控系统，包括无人机监控装置和地面监控中心；其特征在于，无人机监控装置位于无人机上，包括主控模块、GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块；GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块与外壳连接处分别设有对应接口；GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块分别与主控模块连接；GPRS无线通信模块通过对应接口连接GPRS天线，并利用GPRS天线与地面监控中心进行通信。

GPRS无线通信模块与串口模块和主控模块分别连接，利用串口模块对GPRS无线通信模块进行频率设置，配置GPRS无线通信模块的IP地址；同时主控模块利用串口模块存储无人机的基本信息；无人机的基本信息包括：无人机机组编号信息、人员姓名、联系方式、车辆牌号。

GPS定位模块，GPS定位模块通过对应接口连接GPRS天线，用于获取无人机的定位信息和姿态信息；按照GPS报文通讯技术，根据定位信息和姿态信息，生成GPS报文，将GPS报文通过串口模块发送至主控模块；GPS报文包括无人机的定位信息、姿态信息；定位信息包括无人机的经度、纬度；姿态信息包括无人机的飞行高度、飞行速度。

主控模块将内部存储的无人机的基本信息和GPS报文进行数据打包；主控模块将打包后的数据利用串口模块发送至GPRS无线数据模块。

GPRS无线数据模块接收到打包后的数据后将打包后的数据转换成射频信号，利用GPRS接入Internet网络，GPRS无线数据模块将打包后的数据发送至地面监控中心；GPRS无线数据模块在发送打包后的数据时，采用定时回传模式。

地面监控中心将接收到的射频信号进行解析，得到无人机的基本信息和GPS报文，将该无人机的基本信息与预存的该无人机的基本信息进行比对，比对成功后将该无人机的基本信息，对应的GPS报文进行关联；地面监控中心根据GPS报文计算出该无人机的位置信息和飞行轨迹，并显示给用户，以供用户对该无人机的飞行状态进行监控。地面监控中心将GPRS无线数据模块发送的数据信息进行存储，无人机发回“无人机编号”，“时间”，“经纬度”，“速度”，地面监控中心将这些信息存入到数据库。地面监控中心在使用数据库信息时，利用设置关键字生成目录表格索引，用以查询无人机的工作时间和工作状态。

无人机监控装置的主控模块通过接口电路连接JTAG模块。

如图8所示，主控模块1的主控芯片采用型号为STM32F103VCT6的嵌入式芯片。主控模块1通过接口电路连接JTAG模块；通过JTAG模块下载程序，通过既定程序利用主控模块中的主控芯片实现既定功能。

主控模块将GPS报文进行数据打包；主控模块将打包后的数据利用串口模块发送至GPRS无线数据模块；

GPRS无线数据模块将打包数据和配置后的接口信息转换成射频信号，利用GPRS接入Internet网络，将打包数据和配置后的接口信息发送至地面监控中心；如图3所示，GPRS无线通信模块3与串口模块5连接，利用串口模块5进行频率设置，配置IP地址。具体电路连接结构为，GPRS无线通信模块3包括芯片U2、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、二极管D2、三极管Q1、三极管Q2、极性电容EC41；芯片U2采用型号为USR-GPRS232-7S2的GPRS芯片，芯片U2的WORK引脚连接电阻R24的一端，电阻R24的另一端连接三极管Q1的基极，三极管Q1的发射极接地，集电极连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接VCC，芯片U2的信号输出端连接电阻R22的一端，芯片U2的信号输入端连接电阻R23的一端。

如图5所示，串口模块5包括串口芯片U3、电容31、电容32、电容33、电容34；串口芯片U3采用MAX3232CSA芯片；电阻R22和电阻R23的另一端通过开关选择键S1连接到串口芯片U3的第一信号输入端和第一信号输出端,同时连接主控芯片的第二信号输入端和第二信号输出端；电容C31的两端串联在芯片U3的第1管脚和第3管脚之间；电容C32的两端串联在芯片U3的第4管脚和第5管脚之间；GPRS无线通信模块3通过开关选择键S1与串口模块5相连接，用于无人机起飞之前通过串口给GPRS无线通信模块3配置接口，配置回传到监控中心的IP信息，配置终端编号信息。

图4为本发明适用于无人机监控的装置的GPS定位模块电路原理图如图4所示，GPS定位模块2包括芯片U4、电阻R41、电阻R42、电阻43、电阻44、电阻46、电容C42、电感L4；芯片U4选用NEO-6M芯片，芯片U4的TXD1引脚连接电阻R41的一端，芯片U4的RXD1引脚连接电阻R42的一端，电阻R41的另一端和电阻R42的另一端连接主控芯片的第三信号输入端和第三信号输出端；芯片U4的VCC-RF管脚连接电阻R45的一端、电阻R46的一端、电容C42并联在电阻R46的两端，电阻R45的另一端连接三极管Q4的发射极，基极连接三极管Q5的基极，三极管Q5的发射极连接电阻R46的另一端。

GPS定位模块2、GPRS无线通信模块3、电源模块4分别连接指示灯，指示灯设置在外壳外部。GPRS无线通信模块3通过对应接口连接GPRS天线。GPS定位模块2通过对应接口连接GPRS天线。

如图6-图7所示，图6为本发明电源模块的稳压电路电路原理图；输入信号VIN首先通过整流二极管D3整流，经过开关电源稳压芯片V1进行电压转化，开关电源稳压芯片V1的输出端连接低压差稳压器V2的输入端，低压差稳压器V2的输出端输出5V稳定电压，图7为本发明电源模块的低压差稳压电路电路原理图；低压差稳压器V2的输出端连接低压差线性稳压芯片U5，将5V输入电压转换成3.3V给GPS芯片U6供电。电源模块通过如图6所示的稳压电路和如图7所示的低压差稳压电路层层控制，确保电压能稳定在3.3V的低压状态，电路层次较高，性能更稳定。

本发明相比于现有技术至少具有以下优点，

无人机的监控方法配合无人机的监控系统使用，使得数据传输准确率高、丢包率少，满足新技术发展要求；

无人机的监控系统是通过将卫星通信网络模式与传统通信模式融合在一起，各个监控终端在工作的时候回传到监控中心的数据存储起来。根据回传的数据生成目录表格索引，以便方便查询设备工作时间状态。回传的数据要入数据库。通信宽带成本降低，并且使得使用范围提升。

无人机的监控方法可对单个无人机的显示、地图可以逐级放大，可显示当前轨迹信息。也可以根据时间显示历史轨迹信息。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种适用于无人机的监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，在无人机起飞前，由地面监控中心对无人机监控装置进行配置，包括通过串口模块，给无人机监控装置上的主控模块写入无人机的基本信息并存储；通过串口模块给无人机监控装置的GPRS无线通信模块配置IP地址、进行频率设置；

步骤S2，无人机起飞后，无人机监控装置的GPS模块获取无人机的定位信息和姿态信息；按照GPS报文通讯技术，根据所述定位信息和姿态信息，生成GPS报文；

步骤S3，GPS模块将所述GPS报文通过串口模块发送至主控模块，主控模块将内部存储的无人机的基本信息和GPS报文进行数据打包；主控模块将打包后的数据利用串口模块发送至GPRS无线数据模块；

步骤S4，GPRS无线数据模块接收到打包后的数据后将打包后的数据转换成射频信号，利用GPRS接入Internet网络，GPRS无线数据模块将打包后的数据发送至地面监控中心；

步骤S5，地面监控中心将接收到的射频信号进行解析，得到无人机的基本信息和GPS报文，将该无人机的基本信息与预存的该无人机的基本信息进行比对，比对成功后将该无人机的基本信息，对应的GPS报文进行关联；地面监控中心根据所述GPS报文计算出该无人机的位置信息和飞行轨迹，并显示给用户，以供用户对该无人机的飞行状态进行监控。

2.根据权利要求1所述的一种适用于无人机的监控方法，其特征在于，步骤1中，所述无人机的基本信息包括：无人机机组编号信息、人员姓名、联系方式、车辆牌号。

3.根据权利要求1所述的一种适用于无人机的监控方法，其特征在于，步骤S2中，所述GPS报文包括无人机的定位信息、姿态信息；所述定位信息包括无人机的经度、纬度；姿态信息包括无人机的飞行高度、飞行速度。

4.根据权利要求1所述的一种适用于无人机的监控方法，其特征在于，步骤S4中所述GPRS无线数据模块在发送打包后的数据时，采用定时回传模式，所述地面监控中心将GPRS无线数据模块发送的数据信息进行存储，并按照接受时间的先后顺序生成目录表格索引，用以查询无人机的工作时间和工作状态。

5.一种适用于无人机的监控系统，包括无人机监控装置和地面监控中心；其特征在于，所述无人机监控装置位于无人机上，包括主控模块、GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块；所述GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块与外壳连接处分别设有对应接口；所述GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块、串口模块分别与主控模块连接；所述GPRS无线通信模块通过对应接口连接GPRS天线，并利用GPRS天线与地面监控中心进行通信；

所述GPRS无线通信模块与串口模块和主控模块分别连接，利用串口模块对GPRS无线通信模块进行频率设置，配置GPRS无线通信模块的IP地址；同时主控模块利用串口模块存储无人机的基本信息；

所述GPS定位模块，所述GPS定位模块通过对应接口连接GPRS天线，用于获取无人机的定位信息和姿态信息；按照GPS报文通讯技术，根据所述定位信息和姿态信息，生成GPS报文，将所述GPS报文通过串口模块发送至主控模块；

主控模块将内部存储的无人机的基本信息和GPS报文进行数据打包；主控模块将打包后的数据利用串口模块发送至GPRS无线数据模块；

GPRS无线数据模块接收到打包后的数据后将打包后的数据转换成射频信号，利用GPRS接入Internet网络，GPRS无线数据模块将打包后的数据发送至地面监控中心；

地面监控中心将接收到的射频信号进行解析，得到无人机的基本信息和GPS报文，将该无人机的基本信息与预存的该无人机的基本信息进行比对，比对成功后将该无人机的基本信息，对应的GPS报文进行关联；地面监控中心根据所述GPS报文计算出该无人机的位置信息和飞行轨迹，并显示给用户，以供用户对该无人机的飞行状态进行监控。

6.根据权利要求5所述的一种适用于无人机的监控系统，其特征在于，所述无人机的基本信息包括：无人机机组编号信息、人员姓名、联系方式、车辆牌号。

7.根据权利要求5所述的适用于无人机的监控系统，其特征在于，所述GPS报文包括无人机的定位信息、姿态信息；所述定位信息包括无人机的经度、纬度；姿态信息包括无人机的飞行高度、飞行速度。

8.根据权利要求5所述的一种适用于无人机的监控系统，其特征在于，所述GPRS无线数据模块在发送打包后的数据时，采用定时回传模式，所述地面监控中心将GPRS无线数据模块发送的数据信息进行存储，并按照接受时间的先后顺序生成目录表格索引，用以查询无人机的工作时间和工作状态。

9.根据权利要求5所述的一种适用于无人机的监控系统，其特征在于，所述无人机监控装置的主控模块通过接口电路连接JTAG模块。

10.根据权利要求5所述的一种适用于无人机的监控系统，其特征在于，所述GPS定位模块、GPRS无线通信模块、电源模块还分别连接指示灯。