CN107302394B - 一种基于北斗短消息的无人机控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线通信技术领域，公开了一种基于北斗短消息的无人机控制方法。包括以下过程：建立卫星通信链路，地面指挥控制站通过卫星通信链路以及卫星通信链路机载终端将无人机控制指令发送至无人机的飞管计算机；建立北斗短消息通信链路，地面指挥控制站通过北斗短消息通信链路以及北斗短消息机载终端将无人机控制指令发送至无人机的飞管计算机；飞管计算机对无人机控制指令进行判断逻辑选择；如果卫星通信链路正常，采用卫星通信链路，如果卫星通信链路故障，启用北斗短消息通信链路的通信机制，采用北斗短消息通信链路进行平台控制；输出控制指令到对应设备。通过加装北斗短消息通信链路为无人机超视距应急备份控制，体积小重量轻、实用性强。

Description

一种基于北斗短消息的无人机控制方法
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，特别是一种基于北斗短消息的无人机控制方法。
背景技术
北斗短消息通信终端是一种利用北斗导航卫星传输消息信息的设备。基于无人机应用的北斗短消息通信终端可分为机载终端与地面终端两个模块，北斗短消息机载终端、地面终端与北斗导航卫星（含短消息传输功能）构成北斗短消息通信链路。
传统超视距通信条件下的无人机控制方法即在超视距通信范围使用微波频段（Ka、Ku、S）的卫通链路对无人机进行实时控制。在传统超视距无人机控制方法中为保证无人机控制的安全性，使用宽带（Ka或Ku频段）卫通链路进行无人机控制的同时，同时采用窄带（S或UHF频段）卫通链路进行无人机应急备份控制，这种备份方式需在无人机上加装窄带（S或UHF频段）卫星通信机载设备并在地面布置对应的卫通站以及租用对应卫星，该类卫星通信设备具备体积大、重量重、功耗大、成本高、使用不便等缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种基于北斗短消息的无人机控制方法。
本发明采用的技术方案如下：一种基于北斗短消息的无人机控制方法，包括以下过程：建立卫星通信链路，地面指挥控制站通过卫星通信链路以及卫星通信链路机载终端将无人机控制指令发送至无人机的飞管计算机；建立北斗短消息通信链路，地面指挥控制站通过北斗短消息通信链路以及北斗短消息机载终端将无人机控制指令发送至无人机的飞管计算机；飞管计算机对来自卫星通信链路和北斗短消息通信链路的无人机控制指令进行判断逻辑选择；如果宽带卫星通信链路正常，飞管计算机使用卫星通信链路的无人机控制指令进行平台控制，如果宽带卫星通信链路故障，启用北斗短消息通信链路的通信机制，采用北斗短消息通信链路的无人机控制指令进行平台控制；输出控制指令到对应设备。
进一步的，所述北斗短消息通信链路包括北斗短消息地面终端、北斗卫星系统和北斗地面总站，所述地面指挥控制站将无人机控制指令发送给北斗短消息地面终端，北斗短消息地面终端将控制指令对外发送，控制指令经过地球同步轨道的北斗卫星传输至北斗地面总站，北斗地面总站再将控制指令发送至地球同步轨道的北斗卫星并通过北斗卫星转发至无人机上的北斗短消息机载终端。
进一步的，所述基于北斗短消息的无人机控制方法，还包括以下过程：飞管计算机实时将无人机平台当前状态信息传输至北斗短消息机载终端，北斗短消息机载终端通过地球同步轨道的北斗卫星及北斗地面总站将该状态信息发送至北斗短消息地面终端，北斗短消息地面终端将无人机平台信息发送至地面指挥控制站；飞管计算机同时通过宽带卫星通信链路将无人机控平台当前状态信息传输至地面指挥控制站。
进一步的，所述北斗短消息通信链路的通信机制的具体过程为：（1）指挥控制站在北斗短消息地面终端上电后，发送北斗短消息地面终端状态查询命令，获取北斗短消息地面终端信息发送频度以及状态反馈周期；（2）建立北斗短消息地面终端与机载终端的无线链路通信，北斗短消息机载终端将通信链路各状态信息向飞管计算机进行周期性回报，飞管计算机进行数据处理后将无人机平台信息及北斗短消息通信链路信息组成状态信息回报帧，周期性传至北斗短消息机载终端，并回报至地面指挥控制站；（3）地面指挥控制站根据北斗短消息地面终端信息的发送频度以对应频度发送无人机应急控制指令帧；（4）北斗短消息机载终端接收北斗短消息地面终端发送的应急控制指令帧，并将所述应急控制指令帧发送给飞管计算机；（5）飞管计算机根据链路使用判断逻辑，在卫星通信链路故障的情况下自动使用北斗短消息机载终端转发的应急控制指令帧进行平台应急控制。
进一步的，所述状态信息回报帧的帧格式为：同步字1、同步字2、通讯状态字、北斗短消息机载终端地址、北斗短消息机载终端状态、无人机平台状态、校验。
进一步的，所述应急控制指令帧的帧格式为：帧头1、帧头2、帧头3、帧头4、帧头5、帧长度、北斗短消息地面终端地址、通信信息类别、北斗短消息机载终端地址、电文长度、应答标识、电文内容、校验。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：
a.无需加装传统的窄带（S频段或UHF频段）卫通链路设备，仅通过加装北斗短消息终端即可完成无人机超视距应急备份控制，相对传统的窄带（S频段或UHF频段）卫通链路设备，北斗短消息通信终端体积小、重量轻、功耗低、经济性好，实用性加强；
b.在无人机飞管计算机与北斗短消息机载终端间以及指挥控制站与北斗短消息地面终端间建立了一种适用于无人机控制及状态信息传输的通信机制，提高了北斗短消息通信链路对无人机控制的效率与可靠性；
c.设计了飞管计算机对来自北斗短消息通信链路与宽带卫星通信链路控制信息的判断逻辑，使无人机平台能够自动进入或退出超视距应急备份控制状态。
附图说明
图1是本发明基于北斗短消息的无人机控制方法的工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
在超视距通信条件下，无人机需要在超视距通信范围使用通信链路对无人机进行实时控制。在无人机控制方法中为保证无人机控制的安全性，需要设置应急备份控制。在本实施例中，一种基于北斗短消息的无人机控制方法，包括以下过程：建立卫星通信链路，地面指挥控制站通过卫星通信链路以及卫星通信链路机载终端将无人机控制指令发送至无人机的飞管计算机；建立北斗短消息通信链路，地面指挥控制站通过北斗短消息通信链路以及北斗短消息机载终端将无人机控制指令发送至无人机的飞管计算机；飞管计算机对来自卫星通信链路和北斗短消息通信链路的无人机控制指令进行判断逻辑选择；如果宽带卫星通信链路正常，飞管计算机使用卫星通信链路的无人机控制指令进行平台控制，如果宽带卫星通信链路故障，启用北斗短消息通信链路的通信机制，采用北斗短消息通信链路的无人机控制指令进行平台控制；输出控制指令到对应设备。地面指挥控制站可通过北斗通信链路与宽带卫通链路对无人机进行控制，一般情况下无人机飞管计算机优选接收宽带卫星通信链路上传的控制指令信息完成对无人机的控制，当宽带卫通链路故障时，北斗短消息通信链路可以作为无人机超视距控制的应急备份链路，并在应急状态下通过地面指挥控制站实时发送北斗短消息指令完成对无人机平台的控制。
所述北斗短消息通信链路包括北斗短消息地面终端、北斗卫星系统和北斗地面总站，所述地面指挥控制站将无人机控制指令发送给北斗短消息地面终端，北斗短消息地面终端将控制指令对外发送，控制指令经过地球同步轨道的北斗卫星传输至北斗地面总站，北斗地面总站再将控制指令发送至地球同步轨道的北斗卫星并通过北斗卫星转发至无人机上的北斗短消息机载终端。北斗短消息机载终端将该控制指令发送至飞管计算机；同时，地面指挥控制站通过宽带卫星通信链路将无人机控制指令发送至飞管计算机，飞管计算机对来自北斗短消息通信链路与卫星通信链路的信息进行选择使用，从而完成超视距对无人机的控制。
无人机平台的状态信息需要实时的往地面指挥控制站传送，才能实现地面控制站对无人机的监控。所述基于北斗短消息的无人机控制方法，还包括以下过程：飞管计算机实时将无人机平台当前状态信息传输至北斗短消息机载终端，北斗短消息机载终端通过地球同步轨道的北斗卫星及北斗地面总站将该状态信息发送至北斗短消息地面终端，北斗短消息地面终端将无人机平台信息发送至地面指挥控制站；飞管计算机同时通过宽带卫星通信链路将无人机控平台当前状态信息传输至地面指挥控制站。该过程使地面指挥控制站可以对无人机飞行全过程的信息监控。
建立合理的北斗短消息通信链路的通信机制，才能保证北斗短消息通信链路对无人机控制的效率以及可靠性。所述北斗短消息通信链路的通信机制的具体过程为：（1）指挥控制站在北斗短消息地面终端上电后，发送北斗短消息地面终端状态查询命令，获取北斗短消息地面终端信息发送频度（1次/分钟；1次/30秒；1次/10秒；1次/1秒）以及状态反馈周期（反馈周期默认为1s）；（2）建立北斗短消息地面终端与机载终端的无线链路通信，北斗短消息机载终端将通信链路各状态信息向飞管计算机进行周期性回报，飞管计算机进行数据处理后将无人机平台信息及北斗短消息通信链路信息组成状态信息回报帧，周期性传至北斗短消息机载终端，并回报至地面指挥控制站；用于无人机飞行全过程对无人机飞行平台重要信息监控；（3）当超视距通信范围宽带卫星通信链路出现通信故障，无人机需要在超视距进行应急控制，地面指挥控制站根据北斗短消息地面终端信息的发送频度以对应频度发送无人机应急控制指令帧；该指令帧发送成功后北斗短消息地面终端回报发送成功反馈信息，若回报发送未成功则地面指挥控制站重新发送；（4）北斗短消息机载终端接收北斗短消息地面终端发送的应急控制指令帧，并将所述应急控制指令帧发送给飞管计算机；（5）飞管计算机根据链路使用判断逻辑选择，在卫星通信链路故障的情况下自动使用北斗短消息机载终端转发的应急控制指令帧进行平台应急控制。
所述状态信息回报帧的帧格式为：同步字1（0xAA）、同步字2(0x55)、通讯状态字、北斗短消息机载终端地址(范围0~2097151)、北斗短消息机载终端状态、无人机平台状态、校验。其中同步字1、同步字2为帧头；所述通信状态字的内容为北斗短消息通信链路的通讯状态，用于表示飞管计算机与北斗短消息机载终端数据通讯状态（故障/正常）；所述北斗短消息机载终端状态的内容为北斗短消息机载终端状态信息，包括北斗短消息机载终端处理芯片状态、天线状态、通道状态、主板状态、使用北斗卫星波束状态等内容；所述无人机平台状态的内容为无人机平台重要状态信息，包括：飞机位置信息、发动机状态、飞行模态、目标航路点、各链路通信状态等重要状态信息；所述校验的内容为和校验，字节序号第0~74所有字节和取低8位。
所述应急控制指令帧的帧格式为：帧头1（0x24）、帧头2（0x54）、帧头3、（0x58）帧头4（0x53）、帧头5（0x51）、帧长度、北斗短消息地面终端地址(范围0~2097151)、通信信息类别(0x46)、北斗短消息机载终端地址(范围0~2097151)、电文长度、应答标识(0x00)、电文内容、校验。所述帧长度的内容为本帧长度，固定值，表示整帧长度96字节；所述通信信息类别(0x46) 表示本帧为报文普通通信格式、传输内容为代码；所述电文长度的内容为电文内容长度，固定值，表示电文内容长度为78字节；所述应答标识(0x00) 表示北斗短消息机载终端对该帧的应答状态；所述电文内容的内容为应急控制指令，数据内容包括用于无人机超视距应急控制指令：如发动机应急启动、应急返航、航路点切换等重要控制指令；所述校验的内容为和校验，字节序号第0~94所有字节和取低8位。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种基于北斗短消息的无人机控制方法，其特征在于，包括以下过程：建立卫星通信链路，地面指挥控制站通过卫星通信链路以及卫星通信链路机载终端将无人机控制指令发送至无人机的飞管计算机；建立北斗短消息通信链路，地面指挥控制站通过北斗短消息通信链路以及北斗短消息机载终端将无人机控制指令发送至无人机的飞管计算机；飞管计算机对来自卫星通信链路和北斗短消息通信链路的无人机控制指令进行判断逻辑选择；如果宽带卫星通信链路正常，飞管计算机使用卫星通信链路的无人机控制指令进行平台控制，如果宽带卫星通信链路故障，启用北斗短消息通信链路的通信机制，采用北斗短消息通信链路的无人机控制指令进行平台控制；输出控制指令到对应设备；
所述北斗短消息通信链路的通信机制的具体过程为：(1)指挥控制站在北斗短消息地面终端上电后，发送北斗短消息地面终端状态查询命令，获取北斗短消息地面终端信息发送频度以及状态反馈周期；(2)建立北斗短消息地面终端与机载终端的无线链路通信，北斗短消息机载终端将北斗短消息通信链路各状态信息向飞管计算机进行周期性回报，飞管计算机进行数据处理后将无人机平台信息及北斗短消息通信链路信息组成状态信息回报帧，周期性传至北斗短消息机载终端，并回报至地面指挥控制站；(3)地面指挥控制站根据北斗短消息地面终端信息的发送频度以对应频度发送无人机应急控制指令帧；(4)北斗短消息机载终端接收北斗短消息地面终端发送的应急控制指令帧，并将所述应急控制指令帧发送给飞管计算机；(5)飞管计算机根据链路使用判断逻辑，在卫星通信链路故障的情况下自动使用北斗短消息机载终端转发的应急控制指令帧进行平台应急控制；
其中，各状态信息指通讯状态字、北斗短消息机载终端地址、北斗短消息机载终端状态，其中所述通信状态字的内容为北斗短消息通信链路的通讯状态，用于表示飞管计算机与北斗短消息机载终端数据通讯状态；所述北斗短消息机载终端状态的内容为北斗短消息机载终端状态信息，包括北斗短消息机载终端处理芯片状态、天线状态、通道状态、主板状态、使用北斗卫星波束状态。
2.如权利要求1所述的基于北斗短消息的无人机控制方法，其特征在于，所述北斗短消息通信链路包括北斗短消息地面终端、北斗卫星系统和北斗地面总站，所述地面指挥控制站将无人机控制指令发送给北斗短消息地面终端，北斗短消息地面终端将控制指令对外发送，控制指令经过地球同步轨道的北斗卫星传输至北斗地面总站，北斗地面总站再将控制指令发送至地球同步轨道的北斗卫星并通过北斗卫星转发至无人机上的北斗短消息机载终端。
3.如权利要求2所述的基于北斗短消息的无人机控制方法，其特征在于，所述基于北斗短消息的无人机控制方法，还包括以下过程：飞管计算机实时将无人机平台当前状态信息传输至北斗短消息机载终端，北斗短消息机载终端通过地球同步轨道的北斗卫星及北斗地面总站将该状态信息发送至北斗短消息地面终端，北斗短消息地面终端将无人机平台信息发送至地面指挥控制站；飞管计算机同时通过宽带卫星通信链路将无人机控平台当前状态信息传输至地面指挥控制站。
4.如权利要求3所述的基于北斗短消息的无人机控制方法，其特征在于，所述状态信息回报帧的帧格式为：同步字1、同步字2、通讯状态字、北斗短消息机载终端地址、北斗短消息机载终端状态、无人机平台状态、校验。
5.如权利要求3所述的基于北斗短消息的无人机控制方法，其特征在于，所述应急控制指令帧的帧格式为：帧头1、帧头2、帧头3、帧头4、帧头5、帧长度、北斗短消息地面终端地址、通信信息类别、北斗短消息机载终端地址、电文长度、应答标识、电文内容、校验。
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