CN108429903A - 一种无人机飞行数据及图像传输系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：包括飞行协处理器、云台控制模块、遥控器接收模块、飞行控制模块、串口转网口模块、图传模块、交换机、4G传输模块、远程服务器、地面站；飞行协处理器与云台控制模块、遥控器接收模块通过串口连接，与4G传输模块通过USB口连接，与交换机采用网口连接；飞行控制模块与串口转网口模块连接，串口转网口模块与交换机采用网口连接，交换机与图传模块采用网口连接。本发明实现了无人机飞行数据与飞行图像数据合并传输，并且实现了本地图传与4G图传的自由切换，同时将无人机遥控器和云台的控制信号也集成至4G信号传输，使得无人机遥控器和云台的控制距离不再受限制。

Description

一种无人机飞行数据及图像传输系统
技术领域
本发明属于无人飞行器通信技术领域，涉及一种无人机的数据传输系统，具体是一种无人机飞行数据及图像传输系统。
背景技术
随着无人机技术的不断发展，无人机在使用和发展的过程中遇到的问题也越来越多，例如无人机的通信距离有限，一般在空旷区域能够达到5-10公里，遇到遮挡的树林或者高楼，可能通信距离仅有几百米，这对行业级无人机应用来说无疑是致命的。当前，无人机的飞行数据一般是通过内置数传模块将飞行数据发送至地面站，其距离一般为3-5公里。同样，图像传输也是通过内置的图传模块将图像压缩编码传输至地面设备上，其通信距离约为2-10公里(空旷环境)。无人机内部还内置遥控器接收机，一般遥控器的可操作半径大约在1-3公里。由于数传、图传和遥控器的通信距离有限，使得行业级无人机在应用与推广的过程中受到一定的阻力，所以解决通信距离限制成为了当前无人机关键技术研究的热点问题。
为了解决通信距离有限的问题，提出将无人机通信与4G通信技术相结合，使得无人机在自身通信被阻断的情况下，采用4G网络通信，4G网络通信技术是集3G与WLAN于一体的通信技术，能够传输高质量视频图像，并且能够以100Mbps的速度下载，上传速度也能够达到20Mbps，但其应用也受区域条件限制，例如在4G网络覆盖不了的区域以及4G用户密集的区域等，其通信带宽达不到传输视频的带宽则会导致视频卡顿、雪花等问题，但随着4G建设步伐的不断加快，目前大部分地区都支持4G通信。
如何将4G通信技术与无人机通信技术结合，形成一种新的通信方式是该发明研究的主要内容。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无人机飞行数据及图像传输系统，该系统能够有效的解决无人机的数据传输受距离限制问题，通过4G模块可实现无人机与地面站的双向通信，解除距离限制。
本发明解决下述技术问题：
1、解决现有无人机图传距离受限问题，使得图像传输距离不再受限，4G网络覆盖的地方都可实时传输高清图像。
2、解决了无人机数传距离受限问题，将飞行数据采用4G网络传输，可保证数传距离不再受限。
3、解决了无人机遥控半径有限问题。
4、解决了无人机云台控制距离有限问题。
5、解决了4G网络传输与传统无人机数据传输的接口问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：包括飞行协处理器、云台控制模块、遥控器接收模块、飞行控制模块、串口转网口模块、图传模块、交换机、4G传输模块、远程服务器、地面站；所述飞行协处理器与4G传输模块通过USB口连接；所述飞行协处理器与交换机采用网口连接；所述飞行协处理器与遥控器接收模块采用串口连接；所述飞行协处理器与云台控制模块采用串口连接；所述飞行控制模块与串口转网口模块通信连接；所述串口转网口模块与交换机通过网口连接；所述交换机与图传模块采用网口连接；所述遥控器接收模块连接飞行控制模块；所述远程服务器与4G传输模块、地面站分别通过4G网络连接；所述飞行控制模块与飞行协处理器通信连接。
所述飞行协处理器实时监控飞控数据并控制飞行控制模块，把飞控数据和图像通过4G发送到远程服务器用以监控和备份，并且可与地面站通讯，通过标准口控制飞机挂载的云台。
所述的云台控制模块通过相应的指令控制云台俯仰、变焦、拍照功能。
所述的遥控器接收模块通过向飞行控制模块输入遥控数据进行无人机的飞行控制。
所述的飞行控制模块实时监测飞机的飞行姿态和飞行位置，其型号为Pixhawk2.4.6。
所述的图传模块传输实时图像数据，将实时视频流压缩编码发送至交换机，再由交换机将压缩后的视频码流发送至飞行协处理器，然后经4G传输模块转发至远程服务器，远程服务器再将数据转发至地面站，经解压解码后视频即可清晰呈现在地面站。
所述的交换机能同时连通许多对端口，进行无冲突地传输数据。
所述的4G传输模块将接收或发送的数据通过4G网络传输至远程服务器。
所述的远程服务器对实时传输的飞行数据和视频进行备份和传输，并可接收来自地面站的控制指令，通过4G网络将地面站的控制信息传递至飞行协处理器，当无人机处于通信范围内远程服务器仅对数据进行备份；当任一数据发生丢包时，远程服务器将对相应数据进行上传。
所述的地面站通过4G网络与远程服务器实时通信，接收飞行数据和实时视频，还可发送飞机控制指令至远程服务器。
本发明的有益效果：本发明实现了无人机飞行数据与飞行图像数据合并传输，并且实现了本地图传与4G图传的自由切换，解决了无人机本地图传的距离限制问题，同时将无人机遥控器和云台的控制信号也集成至4G信号传输，使得无人机遥控器和云台的控制距离不再受限制。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的系统示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供了一种无人机飞行数据及图像传输系统，包括飞行协处理器(Microcontroller Unit；微控制单元，nuc972)、云台控制模块(STORM32BGC)、遥控器接收模块、飞行控制模块(Pixhawk2.4.6)、图传模块(COFDM-OWR)、交换机(MERCURY SG105M)和4G传输模块(longsungA9500)。
飞行协处理器与4G传输模块通过USB口连接，并且能够双向通信；飞行协处理器与交换机采用网口连接；所述飞行协处理器与遥控器接收模块采用串口连接；所述飞行协处理器与云台控制模块采用串口连接；所述飞行控制模块与串口转网口模块通信连接，所述串口转网口模块与交换机通过网口连接，所述交换机与图传模块采用网口连接；
飞行控制模块与飞行协处理器通信连接；远程服务器与4G模块、地面站通过4G网络连接；遥控器接收模块直接连接飞行控制模块；
所述的飞行协处理器可实时监控飞控数据并控制飞行控制模块，把飞控数据和图像通过4G发送到远端服务器用以监控和备份，并且可与地面站通讯，通过标准口控制飞机挂载的云台。
所述的云台控制模块可以通过相应的指令控制云台俯仰、变焦、拍照等功能。
所述的遥控器接收模块通过向飞行控制模块输入遥控数据进行无人机的飞行控制。
所述的飞行控制模块可实时监测飞机的飞行姿态和飞行位置。
所述的图传模块可传输实时图像数据。
所述的交换机能同时连通许多对端口，进行无冲突地传输数据。
所述的4G传输模块能够将接收或发送的数据通过4G网络传输至远程服务器。
所述的远程服务器能够对实时传输的飞行数据和视频进行备份和传输，并可接收来自地面站的控制指令，通过4G网络将地面站的控制信息传递至飞行协处理器，当无人机处于通信范围内(无人机自有的数传模块、图传模块、遥控器接收模块的信号不丢失)远程服务器仅对数据进行备份；当任一数据(包括飞行数据、图像数据、遥控器信号数据)发生丢包时，远程服务器将对相应数据进行上传。
所述的地面站能够通过4G网络与远程服务器实时通信，接收飞行数据和实时视频，还可发送飞机控制指令至远程服务器。
本发明具体操作为：
在距离范围内遥控器接收模块将接收到的遥控器信息传递给飞行控制模块，使飞机执行相应的前、后、左、右、自旋等动作；当超出距离后，遥控器信息将通过4G传输模块传输至飞行协处理器，再经飞行协处理器发送至飞行控制模块，实现飞行控制；
飞行控制模块可将无人机飞机端的实时位置、姿态、速度等飞行数据经串口转网口模块发送数据至交换机，再由交换机将数据发送至飞行协处理器，然后通过4G传输模块转发至远程服务器，远程服务器再将数据转发至地面站；
云台控制模块将采集的视频信息传送至飞行协处理器，飞行协处理器再直接传送至图传模块，图传模块将实时视频流压缩编码发送至交换机，再由交换机将压缩后的视频码流发送至飞行协处理器，然后经4G传输模块转发至远程服务器，远程服务器再将数据转发至地面站，经解压解码后视频即可清晰呈现在地面站。
地面站将云台控制信息发送至远程服务器，远程服务器将控制信息发送至4G传输模块，4G传输模块将信息传递至飞行协处理器，由飞行协处理器传递至云台控制模块，实现云台俯仰、变焦、拍照等功能。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：包括飞行协处理器、云台控制模块、遥控器接收模块、飞行控制模块、串口转网口模块、图传模块、交换机、4G传输模块、远程服务器、地面站；
所述飞行协处理器与4G传输模块通过USB口连接；所述飞行协处理器与交换机采用网口连接；所述飞行协处理器与遥控器接收模块采用串口连接；所述飞行协处理器与云台控制模块采用串口连接；
所述飞行控制模块与串口转网口模块通信连接；所述串口转网口模块与交换机通过网口连接；所述交换机与图传模块采用网口连接；所述遥控器接收模块连接飞行控制模块；
所述远程服务器与4G传输模块、地面站分别通过4G网络连接；
所述飞行控制模块与飞行协处理器通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述飞行协处理器实时监控飞控数据并控制飞行控制模块，把飞控数据和图像通过4G发送到远程服务器用以监控和备份，并且可与地面站通讯，通过标准口控制飞机挂载的云台。
3.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述的云台控制模块通过相应的指令控制云台俯仰、变焦、拍照功能。
4.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述的遥控器接收模块通过向飞行控制模块输入遥控数据进行无人机的飞行控制。
5.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述的飞行控制模块实时监测飞机的飞行姿态和飞行位置，其型号为Pixhawk2.4.6。
6.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述的图传模块传输实时图像数据，将实时视频流压缩编码发送至交换机，再由交换机将压缩后的视频码流发送至飞行协处理器，然后经4G传输模块转发至远程服务器，远程服务器再将数据转发至地面站，经解压解码后视频即可清晰呈现在地面站。
7.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述的交换机能同时连通许多对端口，进行无冲突地传输数据。
8.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述的4G传输模块将接收或发送的数据通过4G网络传输至远程服务器。
9.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述的远程服务器对实时传输的飞行数据和视频进行备份和传输，并可接收来自地面站的控制指令，通过4G网络将地面站的控制信息传递至飞行协处理器，当无人机处于通信范围内远程服务器仅对数据进行备份；当任一数据发生丢包时，远程服务器将对相应数据进行上传。
10.根据权利要求1所述的一种无人机飞行数据及图像传输系统，其特征在于：所述的地面站通过4G网络与远程服务器实时通信，接收飞行数据和实时视频，还可发送飞机控制指令至远程服务器。
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