CN108234950A - 基于系留无人机的船载瞭望及监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，本发明通过地面端控制系留无人机与船舶同步运行，且利用挂载在系留无人机上的高清变焦图像发射机采集图像数据，对应通过地面端转换输出视频到控制终端进行显示。与现有技术相比，本发明在实现自身可靠性、安全性、环境适应性、电磁兼容性、维修性、保障性和防护性的同时，增大了观察范围，提高驾驶的安全性，而且减少了船体监控的数量，降低了船舶的设备成本和设计难度。本发明具有的高智能化、低复杂性、高可靠性，大大降低了设备的制造和维护成本。

Description

基于系留无人机的船载瞭望及监控系统

技术领域

本发明属于船载瞭望及监控技术领域，具体涉及的是一种基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，该系统主要用于船舶航行实时监控、远距离瞭望侦查，从而确保航行安全。

背景技术

随着我国船舶制造业的发展，尤其是巨型货轮的发展，对船载瞭望与监控系统提出了新的要求。为使驾驶员看的更远，需要将摄像头架设在桅杆的顶端，而由于桅杆高度有限，从而限制了瞭望系统的架设高度，一定程度上限制了驾驶员的可视范围，影响到船舶的行驶安全。对于船载监视系统而言，特别是超大型的货轮，为扩大监控范围，减小监控盲区，必须要架设更多的摄像头，其不但增加了设备成本，而且由于大量线路需要布置，也相应增加了船舶的设计成本和制造难度。尤其是对于已经设计完成的船舶布线进行改造，其难度更大。另外，现有的监视系统只能将自己的数据传给指定的服务器，通过服务器查看监控图像，数据汇总于单个节点，降低了系统的可靠性，而且每个摄像头无法将自己的监控图像实时的共享给网络中的每一个节点。

为此，本申请人致力于提供一种为大型船舶设计的低成本、低复杂度、高灵活、高可靠性的瞭望与监控系统，以保证船舶的驾驶与航行安全。

发明内容

为此，本发明的目的在于提供一种基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，以实现对船舶航行时进行实时监控和远距离瞭望侦查，从而确保航行安全。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，包括：

一系留无人机；

一高清变焦图像发射机，挂载于所述系留无人机上，用于采集图像数据信息，并将其转换成射频信号发送出去；

一地面端，设置在船舶上，与所述系留无人机通过系留线缆连接，用于控制系留无人机以保持与船舶运行同步，以及获取来自高清变焦图像发射机的射频信号，并将其转换成视频信号发出；

一控制终端，设置在船舶上且与所述地面端连接，用于将来自地面端的视频信号进行显示，以及发送上行控制数据到地面端，对系留无人机进行控制。

进一步地，所述高清变焦图像发射机，包括：

一高清变焦镜头，用于采集图像数据信息，并将采集到的图像数据信息转换为HDMI信号；

一H265编码单元，用于对所述HDMI信号进行视频编码；

一压缩加密单元，用于对视频编码后的数据进行压缩加密；

一信道调制单元，用于将压缩加密后的数据调制成射频信号；

一信号放大单元，用于对经过信道调制单元调制后的射频信号进行放大，并通过外接机载天线发送到地面端。

进一步地，所述高清变焦图像发射机，还包括：

一PHY芯片，用于将经过压缩加密后视频图像数据打包成指定的网络包，并发送给地面端。

进一步地，所述地面端，包括：

一地面端天线，与所述系留无人机的外接机载天线无线连接；

一高频头，与地面端天线连接，用于将接收到的射频信号进行滤波放大；

一信道解调单元，用于将滤波放大后的射频信号进行信道解调；

一解密解压单元，用于对信道解调后的数据进行解密解压；

一H265解码单元，用于对解密解压后的数据进行解码，并将解码后的视频数据发送给控制终端进行显示。

进一步地，所述地面端，还包括：

一网络接收设备，用于获取来自所述PHY芯片打包后的网络包，并将该网络包对应发送给解密解压单元，通过解密解压单元解密解压后发送给H265解码单元进行解码，并最终发送给控制终端进行显示。

进一步地，所述系留线缆中包含用于实现数据传输的光纤和用于为系留无人机供电的电缆。

进一步地，所述系留无人机上还设置有：

一机载电源，所述机载电源用于通过所述电缆将获取的高压直流电转换为供系留无人机飞行的低压直流电。

本发明通过地面端控制系留无人机与船舶运行同步，且利用挂载在系留无人机上的高清变焦图像发射机采集图像数据，对应通过地面端转换输出视频到控制终端进行显示。与现有技术相比，本发明在实现自身可靠性、安全性、环境适应性、电磁兼容性、维修性、保障性和防护性的同时，增大了观察范围，提高驾驶的安全性，而且减少了船体监控的数量，降低了船舶的设备成本和设计难度。

附图说明

图1为本发明地面端图像单元原理框图；

图2为本发明高清变焦图像发射机原理框图；

图3为本发明地面端电源原理框图；

图4为本发明地面端后备电源原理框图

图5为本发明机载端后备电源原理框图

图6为本发明地面端图像单元原理框图。

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。

请参阅图1所示，图1为本发明地面端图像单元原理框图。本发明提供的是一种基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，包括有系留无人机、地面端和控制终端。系留无人机，用于搭载机载高清变焦图像发射机飞行在指定的高度，并可在船舶行驶过程中与船体保持相对静止，自动跟随船只飞行。地面端，用于为系留无人机供电，以及实现船体信息采集、无线图像网络转发、系留线缆收放、无人机起降和无人机收纳。控制终端是整个系统的控制中心，主要用于对系留飞机与地面端进行控制，以及显示无人机的飞行状态和显示系统图像。

系留无人机与地面端之间通过系留线缆连接，其中系留线缆内设置有电缆和光缆，分别用于实现对系留无人机供电和实现地面端与系留无人机之间的数据传输。系留线缆即可给飞机供电，又可以通过光纤实现飞机与地面设备的有线通讯。

系留无人机主要包括无人机机体、自稳云台、无人机机载电源、无人机链路单元组成。无人机机体上固定安装着螺旋桨，为飞机提供必要的升力。自稳云台用于稳定镜头平衡、安定视场、控制镜头角度。无人机机载电源用于将地面端提供给飞机的电能转换为飞机所需要的动力。链路单元用于给飞机提供有线的数据接口。

在系留无人机上挂载有一个高清变焦图像发射机，通过该高清变焦图像发射机采集图像数据信息，经过网络转发送将图像数据通过光纤发送到地面端。在高清变焦图像发射机上安装天线，通过该天线可以将采集到的图像数据信息通过无线信号发送到地面端。

在系留无人机上还对应安装有一个机载端后备电源，通过该机载端后备电源可实现在整个系统掉电情况下，自动进行切换，由通过系留线缆内电缆供电切换为由机在电源供电，输出24V直流电为系留无人机提供7分钟的飞行时间，以确保其能够安全降落到起降平台(见图5)。

地面端设置在船舶上，内部集成多种位置姿态传感器，可将船体的位置、航向、速度、姿态等数据传输给飞机，主要用于为系留无人机供电、船体信息采集、无线图像网络转发、系留线缆收方、无人机起降、无人机收纳。

地面端还对应包括有一个后备电源，地面端后备电源用于系统外部供电被切断时，对整个系统进行供电，保障系统正常运行6小时以上。正常情况下，地面端通过电网供电，而当电网异常断电时，则由智能电源管理系统切换到蓄电池组供电，对应输出220V交流电(见图4)。

地面端可以将交流220V电压转换为直流高压电源通过系缆输送给系留无人机用于飞行和设备的电力供应。其内部具有智能的电源管理系统，可在外接电源掉电或无外接电源时智能切换为备用电池组供电，并行中控回馈电源状态信息，保障系统正常工作与飞机飞行安全。

控制终端，对应为中控PC，其对应设置在船舶上且与地面端连接，用于对系留飞机与地面端进行控制，显示飞机飞行状态和显示系统图像。

需要说明的是，本系统中电源部分是将220V的交流电转换成370V的直流电供给系留无人机飞行，而转换成直流370V是为了减少线路对电能的损耗。机载端电源再将直流370V电源转换成系留无人机所需要的24V低压直流电(见图3)。

结合图1、图2所示，本系统中高清变焦图像发射机，包括：高清变焦镜头、H265编码单元、压缩加密单元、信道调制单元、信号放大单元和PHY芯片。

其中高清变焦镜头用于采集图像数据信息，并将采集到的图像数据信息转换为HDMI信号；H265编码单元，用于对所述HDMI信号进行视频编码；压缩加密单元，用于对视频编码后的数据进行压缩加密；信道调制单元，用于将压缩加密后的数据调制成射频信号；信号放大单元，用于对经过信道调制单元调制后的射频信号进行放大，并通过外接机载天线发送到地面端；PHY芯片，用于将经过压缩加密后的视频图像数据打包成指定的网络包，并发送给地面端。

本系统中高清变焦镜头通过HDMI接口与图像发射机相连，将采集的图像数据发送给图像发射机。图像发射机可连接机载端图传天线，发射机可将高清口接收到的图像数据经过打包加密，以高频信号的形式对外发送，同样也可根据需要直接将图像数据进行网络转发。

高清变焦图像发射机通过系留无人机搭载飞到指定位置的高度，进行悬停或者跟随飞行。

如图6所示，图6为本发明地面端图像单元原理框图。本系统中地面端，包括：地面端天线、高频头、信道解调单元、解密解压单元、H265解码单元和网络接收设备。其中地面端天线与所述系留无人机的外接机载天线无线连接；高频头，与地面端天线连接，用于将接收到的射频信号进行滤波放大；信道解调单元，用于将滤波放大后的射频信号进行信道解调；解密解压单元，用于对信道解调后的数据进行解密解压；H265解码单元，用于对解密解压后的数据进行解码，并将解码后的视频数据发送给控制终端进行显示；网络接收设备，用于获取来自所述PHY芯片打包后的网络包，并将该网络包对应发送给解密解压单元，通过解密解压单元解密解压后发送给H265解码单元进行解码，并最终发送给控制终端进行显示。

地面端可以接收发送无线数据，并通过视频接口直接输出，或把图像和数据网络转发给内部网络设备。线缆存放在地面端设备中，无人机在起飞与降落时由地面端智能收起或放出线缆，防止线缆钩挂、缠绕，影响飞机正常起降。同时地面端也是无人机的起降平台，又是无人机的存放设备。设备可通过中控自动打开放出飞机，又可以控制地面端关合收起飞机

综上所述，本系统通过挂载机载电源上的系缆获取地面端提供的电能，机载电源将获取的高压直流电转换为飞机所需的低压直流电供给飞机飞行。同时系缆中带有光纤，无人机可通过光纤实现大数据量高带宽数据的传输。

本发明突破了现有多旋翼无人机续航时间短，挂载负荷少，传输信道窄，无线数据传输不安全等诸多弊病。在船载瞭望与监控系统中成功发挥了无人机悬停高度高，挂载负荷多且灵活，悬停时间长，数据传输安全的优势，极大的提高了驾驶员的瞭望距离，减少了船载监控的架设成本和难度。

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 (7)

1.一种基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，其特征在于，包括：

一系留无人机；

一高清变焦图像发射机，挂载于所述系留无人机上，用于采集图像数据信息，并将其转换成射频信号发送出去；

一地面端，设置在船舶上，与所述系留无人机通过系留线缆连接，用于控制系留无人机以保持与船舶运行同步，以及获取来自高清变焦图像发射机的射频信号，并将其转换成视频信号发出；

一控制终端，设置在船舶上且与所述地面端连接，用于将来自地面端的视频信号进行显示，以及发送上行控制数据到地面端，对系留无人机进行控制。

2.如权利要求1所述的基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，其特征在于，所述高清变焦图像发射机，包括：

一高清变焦镜头，用于采集图像数据信息，并将采集到的图像数据信息转换为HDMI信号；

一H265编码单元，用于对所述HDMI信号进行视频编码；

一压缩加密单元，用于对视频编码后的数据进行压缩加密；

一信道调制单元，用于将压缩加密后的数据调制成射频信号；

一信号放大单元，用于对经过信道调制单元调制后的射频信号进行放大，并通过外接机载天线发送到地面端。

3.如权利要求2所述的基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，其特征在于，所述高清变焦图像发射机，还包括：

一PHY芯片，用于将经过压缩加密后视频图像数据打包成指定的网络包，并发送给地面端。

4.如权利要求3所述的基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，其特征在于，所述地面端，包括：

一地面端天线，与所述系留无人机的外接机载天线无线连接；

一高频头，与地面端天线连接，用于将接收到的射频信号进行滤波放大；

一信道解调单元，用于将滤波放大后的射频信号进行信道解调；

一解密解压单元，用于对信道解调后的数据进行解密解压；

一H265解码单元，用于对解密解压后的数据进行解码，并将解码后的视频数据发送给控制终端进行显示。

5.如权利要求4所述的基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，其特征在于，所述地面端，还包括：

一网络接收设备，用于获取来自所述PHY芯片打包后的网络包，并将该网络包对应发送给解密解压单元，通过解密解压单元解密解压后发送给H265解码单元进行解码，并最终发送给控制终端进行显示。

6.如权利要求5所述的基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，其特征在于，所述系留线缆中包含用于实现数据传输的光纤和用于为系留无人机供电的电缆。

7.如权利要求6所述的基于系留无人机的船载瞭望及监控系统，其特征在于，所述系留无人机上还设置有：

一机载电源，所述机载电源用于通过所述电缆将获取的高压直流电转换为供系留无人机飞行的低压直流电。