CN107276633A - 基于直流载波的系留无人机链路通讯系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于直流载波的系留无人机链路通讯系统，包括：地面端电力线载波模块、机载端电力线载波模块、宽压交流输入供电电路、滤波器、交流‑高压直流转换电路、高压直流‑低压直流转换电路和UAV；所述宽压交流输入供电电路用于将来自外部的交流电源提供给整个系统供电；所述交流‑高压直流转换电路用于将来自外部交流电转换为高压直流电，在经稳压、滤波后通过电力线传到无人机机载端；所述高压直流‑低压直流转换电路用于将来自交流‑高压直流转换电路的高压直流电转换成无人机工作所需要的低压直流电。本发明以电力线作为通讯信息的传输媒介，在传输电能的基础上实现了直流电力载波通讯技术在系留无人机系统上的应用，降低了系留无人机有线传输线路的复杂程度及其建设成本；实现了电力载波通讯技术在直流高压上的传输，同时降低了电力线上电能的损耗。

Description

基于直流载波的系留无人机链路通讯系统

技术领域

本发明属于电力线直流载波通讯技术领域，具体涉及的是一种基于直流载波的系留无人机链路通讯系统。

背景技术

系留无人机是现今发展迅速的一种无人机，由于系留无人机可长时间滞空，具有负载能力强，抗风能力强，抗干扰能力强等优点。因此，系留无人机的飞行和控制要求负载高电压和大电流，所以，大部分系留无人机本身并不配置供电单元，或其供电单元的供电量非常小。所以，系留无人机依靠一根或多根线缆与地面供电系统进行连接依靠地面供电系统为其提供续航所需的电量。通讯链路要么采用无线传输，但传输的可靠性和安全性受到很大限制；要么是单独架设通讯线路的方式进行数据传递(如在线缆中加入光纤的通讯方式)，因而普遍存在通讯线路与电力线纵横交叉、错综复杂且维修困难、建设成本较高等问题。

电力线载波通讯是以电力线作为传输媒介，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，属于电力系统特有的通信方式。其最大的特点是不需要另外架设通讯线路，只需借助现有的电力线，就能实现数据的传递，因而可有效降低系留无人机电力线路和通讯链路的复杂程度及其建设成本。

目前，交流电力载波通讯技术已在智能家居、工控系统等现有的交流电力系统中获得了广泛的应用。但是由于电力线传输的无屏蔽性，电网的稳定性比传统的通信网差得多，使得电力线通信线路的电磁环境极为复杂，例如电网谐波干扰严重、其他电器设备噪声的干扰、低压配电网的分支多、其复杂的拓扑结构导致了网络阻抗时变性及非线性，在如此恶劣的电网环境下对电力载波通讯技术十分不利。而业内对于直流电力载波通讯技术的研究却很少，对此，深入研究直流载波通讯技术在无人机通讯链路系统中的应用已变得极为迫切。

发明内容

有鉴于此，本发明人提出了一种基于直流载波的系留无人机链路通讯系统，以解决系留无人机有线通讯线路与电力线纵横交叉、错综复杂、通讯链路易损坏且维修困难、建设成本较高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于直流载波的系留无人机链路通讯系统，包括：地面端电力线载波模块、机载端电力线载波模块、宽压交流输入供电电路、滤波器、交流-高压直流转换电路、高压直流-低压直流转换电路和UAV；

所述宽压交流输入供电电路通过滤波器与交流-高压直流转换电路连接，所述交流-高压直流转换电路一端连接地面端电力线载波模块，另一端连接电力线的地面端，用于将来自宽压交流输入供电电路提供的交流电转换成高压直流电输送到电力线上传给无人机机载端使用；

所述UAV一端连接机载端电力线载波模块，另一端连接高压直流-低压直流转换电路，所述高压直流-低压直流转换电路连接电力线的机载端，用于将来自交流-高压直流转换电路的高压直流电转换成无人机工作所需要的低压直流电。

优选地，所述地面端电力线载波模块包括第一PLC中央处理单元、第一电力线通讯信号调制解调电路、第一模拟信号抗干扰及滤波处理电路、第一隔离/耦合电路和第一以太网数据交换处理电路，所述第一PLC中央处理单元一端通过第一以太网数据交换处理电路连接到地面PC控制端，另一端依次通过第一电力线通讯信号调制解调电路、第一模拟信号抗干扰及滤波处理电路与第一隔离/耦合电路一端连接，所述第一隔离/耦合电路另一端对应连接在交流-高压直流转换电路与电力线的地面端之间。

优选地，所述机载端电力线载波模块包括第二PLC中央处理单元、第二电力线通讯信号调制解调电路、第二模拟信号抗干扰及滤波处理电路、第二隔离/耦合电路和第二以太网数据交换处理电路，所述第二PLC中央处理单元一端通过第二以太网数据交换处理电路与UAV连接，另一端依次通过第二电力线通讯信号调制解调电路、第二模拟信号抗干扰及滤波处理电路与第二隔离/耦合电路连接，所述第二隔离/耦合电路另一端对应连接在高压直流-低压直流转换电路与电力线的机载端之间。

优选地，所述宽压交流输入电路的交流电压输入范围在：AC85-264V，频率范围为：50/60HZ。

优选地，所述第一以太网数据交换处理电路与地面PC控制端之间、所述第二以太网数据交换处理电路与UAV之间均通过ETH接口连接。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明提供的系留无人机链路通讯系统以电力线作为通讯信息的传输媒介，在传输电能的基础上实现了直流电力载波通讯技术在系留无人机系统上的应用，降低了系留无人机有线传输线路的复杂程度及其建设成本；实现了电力载波通讯技术在直流高压上的传输，同时降低了电力线上电能的损耗。

附图说明

图1为本发明基于直流载波的系留无人机链路通讯原理框图；

图2为本发明在实验环境下进行测试应用的实验效果图。

图中标识说明：地面端电力线载波模块100、第一PLC中央处理单元101、第一电力线通讯信号调制解调电路102、第一模拟信号抗干扰及滤波处理电路103、第一隔离/耦合电路104、第一以太网数据交换处理电路105、机载端电力线载波模块200、第二PLC中央处理单元201、第二电力线通讯信号调制解调电路202、第二模拟信号抗干扰及滤波处理电路203、第二隔离/耦合电路204和第二以太网数据交换处理电路205、宽压交流输入供电电路300、滤波器400、交流-高压直流转换电路500、高压直流-低压直流转换电路600、UAV700。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对目前系留无人机电力线路和通讯链路存在通讯线路与电力线纵横交叉、错综复杂且维修困难、建设成本较高等问题。本发明提出了一种通过电力线实现电力载波在直流高压上的传输的技术方案，以降低了系留无人机有线传输线路的复杂程度及其建设成本。

请参阅图1所示，图1为本发明基于直流载波的系留无人机链路通讯原理框图。本发明提供的基于直流载波的系留无人机链路通讯系统，主要包括：地面端部分、机载端部分以及连接地面端部分和机载端部分的电力线。

其中地面端部分包括有地面端电力线载波模块100、宽压交流输入供电电路300、滤波器400、交流-高压直流转换电路500和地面PC控制端。

地面端电力线载波模块100包括第一PLC中央处理单元101、第一电力线通讯信号调制解调电路102、第一模拟信号抗干扰及滤波处理电路103、第一隔离/耦合电路104和第一以太网数据交换处理电路105，第一PLC中央处理单元101一端与第一以太网数据交换处理电路105连接，第一以太网数据交换处理电路105与地面PC控制端通过ETH接口连接；第一PLC中央处理单元101另一端依次通过第一电力线通讯信号调制解调电路102、第一模拟信号抗干扰及滤波处理电路103与第一隔离/耦合电路104一端连接，第一隔离/耦合电路104的另一端对应连接在交流-高压直流转换电路500与电力线的地面端之间。

宽压交流输入供电电路300通过滤波器400与交流-高压直流转换电路500连接。宽压交流输入供电电路300接入地面端电源，对应可接入市电，其交流电压输入范围在：AC85-264V，频率范围为：50/60HZ。滤波器400主要防止外来电磁噪声干扰电源设备本身控制电路的工作；防止外来电磁噪声干扰电源的负载工作；抑制电源设备本身产生的EMI；抑制由其他设备产生而经过电源传播的EMI，降低噪声对电源和其他设备的干扰。

交流-高压直流转换电路500一端连接第一隔离/耦合电路104，另一端连接电力线的地面端，用于将来自宽压交流输入供电电路提供的交流电转换成高压直流电传输到电力线上，供给无人机正常工作应用。

其中机载端部分包括有机载端电力线载波模块200、高压直流-低压直流转换电路600和UAV(无人机)700。

机载端电力线载波模块200包括第二PLC中央处理单元201、第二电力线通讯信号调制解调电路202、第二模拟信号抗干扰及滤波处理电路203、第二隔离/耦合电路204和第二以太网数据交换处理电路205，第二PLC中央处理单元一端与第二以太网数据交换处理电路205连接，第二以太网数据交换处理电路205通过ETH接口连接到UAV无人机700，第二PLC中央处理单元的另一端依次通过第二电力线通讯信号调制解调电路202、第二模拟信号抗干扰及滤波处理电路203与第二隔离/耦合电路204连接，第二隔离/耦合电路204另一端对应连接在高压直流-低压直流转换电路600与电力线的机载端之间。

UAV700一端连接第二隔离/耦合电路204，另一端连接高压直流-低压直流转换电路600，高压直流-低压直流转换电路600分别连接电力线的机载端和第二隔离/耦合电路204，用于将来自交流-高压直流转换电路的高压直流电转换成无人机工作所需要的低压直流电。

如图2所示，图2为本发明在实验环境下进行测试应用的实验效果图。采用本发明的方案在实验环境下进行测试应用，可以得到显著的实验效果。以图2为例，电力线缆长度约为120米，和实际使用的长度一致，测得的结果为：双向平均传输速率约为79.767Mbps(此结果为两台地面PC控制端通过接入地面端和机载端网口互传数据，用软件测得的结果)。

综上所述，本发明地面端和机载端的电力线载波模块可以实现电力线通讯信号的调制解调、电力线调制信号的模数/数模变换、输出信号驱动放大、接收信号带通滤波和低噪声放大以及把解调后的电力线通讯信号转换为以太网通讯信号或者把以太网通讯信号调制为电力线通讯信号。

其中具体方式为：交流电源经交流输入电路、滤波器给整个系留无人机系统提供电源需求；交流电经过交流-高压直流转换电路转换成高压直流电，高压直流电经过稳压、滤波通过电力线传到高压直流-低压直流转换电路降压成无人机所需要的工作电压，实现无人机的长时间续航；发送端(地面PC控制端或无人机)通过网口与电力线载波模块连接，网络数据在发送时，利用调制技术将PC控制端的数据进行调制，把载有信息的高频加载于电压，然后在电力线上进行传输；在接收端(地面PC控制端或无人机)，先经过滤波器将调制信号取出，再经过解调，就可得到原通讯信号，并通过网口传送到接收端，以实现信息传递。

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 (5)

1.一种基于直流载波的系留无人机链路通讯系统，其特征在于，包括：地面端电力线载波模块(100)、机载端电力线载波模块(200)、宽压交流输入供电电路(300)、滤波器(400)、交流-高压直流转换电路(500)、高压直流-低压直流转换电路(600)和UAV(700)；

所述宽压交流输入供电电路(300)通过滤波器(400)与交流-高压直流转换电路(500)连接，所述交流-高压直流转换电路(500)位于地面端，一端与地面端电力线载波模块(100)连接于电力线缆，另一端连接宽压交流输入电路，用于将来自宽压交流输入供电电路(300)提供的交流电转换成高压直流电传输到电力线上；

所述UAV(700)一端连接机载端电力线载波模块(200)，另一端连接高压直流-低压直流转换电路(600)，所述高压直流-低压直流转换电路(600)连接电力线的机载端，用于将来自交流-高压直流转换电路(500)的高压直流电转换成无人机工作所需要的低压直流电。

2.如权利要求1所述的系留无人机链路通讯系统，其特征在于，所述地面端电力线载波模块(100)包括第一PLC中央处理单元(101)、第一电力线通讯信号调制解调电路(102)、第一模拟信号抗干扰及滤波处理电路(103)、第一隔离/耦合电路(104)和第一以太网数据交换处理电路(105)，所述第一PLC中央处理单元(101)一端通过第一以太网数据交换处理电路(105)连接到地面PC控制端，另一端依次通过第一电力线通讯信号调制解调电路(102)、第一模拟信号抗干扰及滤波处理电路(103)与第一隔离/耦合电路(104)一端连接，所述第一隔离/耦合电路(104)另一端对应连接在交流-高压直流转换电路(500)与电力线的地面端之间。

3.如权利要求2所述的系留无人机链路通讯系统，其特征在于，所述机载端电力线载波模块(200)包括第二PLC中央处理单元(201)、第二电力线通讯信号调制解调电路(202)、第二模拟信号抗干扰及滤波处理电路(203)、第二隔离/耦合电路(204)和第二以太网数据交换处理电路(205)，所述第二PLC中央处理单元一端通过第二以太网数据交换处理电路(205)与UAV(700)连接，另一端依次通过第二电力线通讯信号调制解调电路(202)、第二模拟信号抗干扰及滤波处理电路(203)与第二隔离/耦合电路(204)连接，所述第二隔离/耦合电路(204)另一端对应连接在高压直流-低压直流转换电路(600)与电力线的机载端之间。

4.如权利要求3所述的无人机链路通讯系统，其特征在于，所述宽压交流输入电路(300)的交流电压输入范围在：AC85-264V，频率范围为：50/60HZ。

5.如权利要求3所述的无人机链路通讯系统，其特征在于，所述第一以太网数据交换处理电路(105)与地面PC控制端之间、所述第二以太网数据交换处理电路(205)与UAV(700)之间均通过ETH接口连接。