CN108615346A

CN108615346A - 中继无人机系统

Info

Publication number: CN108615346A
Application number: CN201810400229.2A
Authority: CN
Inventors: 屠浩锋
Original assignee: M Ni Gowers Kobita LLC
Current assignee: Shanghai Autoflight Co Ltd
Priority date: 2017-05-05
Filing date: 2018-04-28
Publication date: 2018-10-02
Anticipated expiration: 2038-04-28
Also published as: EP3399666B1; CN108615346B; US9836049B1; HUE056160T2; EP3399666A1

Abstract

提供用于中继无人机网络的系统和方法，该中继无人机作为基站和由基站控制的工作无人机之间的中继或连接使用。网络中的中继无人机可以扩大基站和工作无人机之间的通信链或通信信号。中继无人机可通过充当节点来扩大通信链路，该节点通过在每个节点增加通信信号以补偿在行进距离的信号能量损失和/或在基站与工作无人机之间提供具有直达视线的路径来中继基站与工作无人机之间的通信。当直达视线建立时可使用定向天线，其相较于全向天线可以提高通信信号功效。

Description

中继无人机系统

技术领域

本申请通常涉及无人驾驶设备比如无人机，尤其涉及在基站和工作无人机之间转播数据的中继无人机系统。

背景技术

无人机是无人驾驶设备，可供军事、警察、科学、援救、科学和商业团体使用。无人机的一个例子是能够受控、持续和动力运动的无人驾驶设备。因此，无人机的设计可能包括各种尺寸、能力和重量的车辆、飞机、船只、潜艇或航天器。一个典型的无人机包括推进设备，比如发动机、导航系统、一个或多个传感器和可能存在的货物。对于飞机或空中无人机，传感器可提供关于无人机飞越的领域的信息给地面观测器，比如在援救应用中关于迷路的徒步旅行者的视频信息，在科研或安全应用中来自激光和/或生物传感器的关于环境情况的信息，或者在军事应用中关于战场情况的视频、激光、生物和其它传感器的结合。根据无人机的任务，货物可以是军需品、食物、药品，和/或其它物品。

由于无人机是无人驾驶的，执行于无人机上的一个或多个处理器的计算机软件可以部分或完全控制无人机。计算机软件，或许借助观测器的帮助，可以控制无人机执行的各种功能。

仍有必要扩展和更有效地使用无人机。

发明内容

在所附权利要求的范围内，系统、方法和设备的各种实施的每种都具有几个方面，没有一种是单独负责本文所描述的所需属性。在不限制所附权利要求的范围的情况下，本文描述了一些显著的特征。

在本说明书中相关主题的一个或多个实施的细节阐述于附图和下面的说明书中。其它特征、方面和优势将在说明书、附图和权利要求中变得显而易见。值得注意的是下文图中的相对尺寸不是按比例绘制。

在一特定的实施例中，系统包括至少一中继无人机被配置为：保持在基站的视线内；保持在工作无人机的视线内；传递从基站接收的控制信号至工作无人机，传递从工作无人机接收的数据信号至基站。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机包括：第一中继无人机，被配置为保持在基站的视线内；第二中继无人机，被配置为保持在工作无人机的视线内，第一中继无人机被配置为保持在第二中继无人机的视线内。

在另一特定的实施例中，工作无人机的视线包括足以在至少一中继无人机和工作无人机之间单向无线通信的无障碍的线性关系。

在另一特定的实施例中，基站的视线包括足以在至少一中继无人机和基站之间栓上电缆的无障碍的线性关系。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机和工作无人机之间的第一距离比至少一中继无人机和基站之间的第二距离大一个数量级。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机被配置为响应于基站运动而移动以保持在基站的视线内。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机被配置为从基站接收中继无人机控制信号，中继无人机控制信号控制中继无人机。

在另一特定的实施例中，中继无人机控制信号不被传递到工作无人机。

在另一特定的实施例中，中继无人机控制信号配置至少一中继无人机在距离基站的设定距离内采取自主飞行模式。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机包括：全向天线，被配置为从工作无人机接收位置信号；第一定向天线，被配置为接收控制信号；以及第二定向天线，被配置为发送控制信号。

在另一特定的实施例中，全向天线位于与第一定向天线相对的至少一中继无人机的另一端。

在另一特定的实施例中，基站不在工作无人机的视线内。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机不是固定翼无人机。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机是多用途直升机无人机。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机是栓在基站上的滑翔机。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机被配置为从工作无人机接收位置信号。位置信号包括GPS坐标和海拔高度。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机被配置为：保持在第二工作无人机的视线内；传递从基站接收的第二控制信号至第二工作无人机；以及传递从第二工作无人机接收的第二数据信号至基站。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机包括单无人机，被配置为：通过单无人机上的第一定向天线传递从基站接收的控制信号至工作无人机；以及通过单无人机上的第二定向天线传递从基站接收的第二控制信号至第二工作无人机。

在另一特定的实施例中，工作无人机被配置为自主飞行。

在另一特定的实施例中，工作无人机被配置为在地面上自主运动。

在另一特定的实施例中，工作无人机是通讯设备。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机包括朝下指向基站的定向天线。

在另一特定的实施例中，定向天线使用万向节导向。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机包括指向工作无人机的第二定向天线。

在另一特定的实施例中，第二定向天线使用第二万向节导向。

在另一特定的实施例中，至少一中继无人机被配置为从第一位置移动到相对于第一位置，具有与基站的增强的信号接收的第二位置。

在另一特定的实施例中，信号是控制信号或数据信号。

附图说明

上述方面和随之而来的许多优点将变得更容易理解，因为通过参照下面的详细说明，配合附图，上述的将变得更好地理解，其中：

图1示出了与工作无人机交互的中继无人机的示例。

图2示出了与地面车载工作无人机交互的空中中继无人机的示例。

图3示出了多中继无人机系统的示例。

图4示出了使用定向和全向天线与工作无人机交互的中继无人机的示例。

图5A和5B示出了通过移动基站执行导航命令的中继无人机的示例。

图6示出了与手持基站交互的中继无人机的示例。

图7示出了拴在基站上的中继无人机的示例。

图8示出了与多个工作无人机交互的中继无人机的示例。

图9示出了沿偏航轴追踪工作无人机的中继无人机的示例。

图10示出了沿俯仰轴追踪工作无人机的中继无人机的示例。

图11是中继无人机系统中使用的示例系统的框图。

图12是中继无人机操作的示例过程的流程图。

图13是建立工作无人机通信链路的示例过程的流程图。

图14是建立基站通信链路的示例过程的流程图。

图15是建立中继无人机通信链路的示例过程的流程图。

图16示出了用于无人机的示例系统架构的框图。

具体实施方式

本公开的一般性描述、方面涉及用于在至少一基站和至少一工作无人机之间转播信息的至少一中继无人机的系统和方法。虽然说明书描述了基站、中继无人机和工作无人机的具体示例，但为了中继无人机的任何配置，可以是单独或作为群组控制以及在基站和工作无人机之间传递信息，系统和方法可以被修改。

在本说明书中，无人机包括任何无人载具，比如无人驾驶飞行器(UAV)、无人驾驶的飞行器、遥控飞机、无人飞机系统、由国际民航阻止分类的在循环328AN/190下覆盖的任何飞机，等等。作为一个例子，无人机可以以单或多旋翼直升机(如四旋翼直升机)或固定翼飞机的形式。此外，本公开的某些部分可以同其它种类的无人载具(例如轮式、履带式和/或水上交通工具) 的形式的无人机一起使用。

正如所描述的，中继无人机的网络可以被用作基站与被基站控制的工作无人机之间的一组中继或连接装置。处于网络中的中继无人机可以扩大基站与工作无人机之间的通信链路或通信信号。在某些实施例中，中继无人机可通过充当节点来扩大通信链路，该节点通过在每个节点增加通信信号以补偿在行进距离的信号能量损失和/或在基站与工作无人机之间提供具有直达视线的路径来中继基站与工作无人机之间的通信。当直达视线被建立时可以使用定向天线，与全向天线相比，定向天线可以提高通信信号效能。

此外，基站和/或中继无人机可利用通信协议来初始化可用中继无人和/ 或工作无人机的交互。例如，在某些实施例中，可用无人机和/或工作无人机传输位置信息。该位置信息可通过全向天线；校准到基站，工作无人机，或中继无人机的定向天线；或者穿过空间执行扫描模式的定向天线传输。全向天线的例子可包括偶极天线或单极天线。定向天线的例子可包括蝶形天线、抛物面天线、八木天线、四天线、横列定向天线、激光器或螺旋天线。试图利用可用中继无人机和/或工作无人机的基站和/或中继无人机可接收位置信息和传输信号至可用中继无人机和/或工作无人机的位置。这些信号可以是控制基站和/或中继无人机的控制信号，或指示操作状态或工作无人机或中继无人机捕捉的内容的数据信号。这些控制信号可通过全向天线或校准至可用中继无人机和/或工作无人机的位置的定向天线传输。此外，来自可用中继无人机和/或工作无人机的数据信号可从全向天线或校准的定向天线接收。数据信号可响应于控制信号而产生和/或可用于基站接收。此外，可用中继无人机和 /或工作无人机可通过传输位置信息来与基站和/或其它中继无人机交互，以便基站和/或其它中继无人机可向可用中继无人机和/或工作无人机发送控制信号或数据信号。在某些实施例中，可以使用任一或两个无人机作为中继无人机(当中继通信)或工作无人机(收集用于返回至基站的数据)。在某些实施例中，控制信号可包括位置信号，位置信号包括可用于通信链路的建立的位置信息，例如节点(例如基站、中继无人机、工作无人机)或中继无人机网络的节点的天线的位置。

中继无人机可用于保持基站与至少一工作无人机之间的宽带通信连接，即使基站、工作无人机和/或中继无人机处于移动中。当基站和工作无人机分开时，例如基站和工作无人机之间没有视线，也是有可能的。虽然基站和工作无人机可能是分开的，但可通过至少一中继无人机保持两者之间的链路。只要中继无人机与基站和/或工作无人机保持一条视线，中继无人机可以是静止的或处于运动状态。使用定向天线相比于全向天线保持中继无人机网络中每一节点之间(例如至少一基站、中继无人和工作无人机之间)的视线有利于允许更有效果的和有效率的通信，全向天线可能通过在已知没有基站、中继无人机和/或工作无人机的方向上的信号传输而浪费能量和信号强度。当要求高比特率需求的通信，例如4K+视频(例如8.3+万像素的分辨率)直播流时，这种优势是明显的。此外，通过中继无人机与工作无人机通信的基站可有效地将工作无人机的操作范围增加到更高的高度或更远的距离，同时保持强连接链路(通过定向天线或每个基站、中继无人机和工作无人机之间的直达视线)。在这样更高的高度或更远的距离的操作可克服由于环境因素而出现的限制(例如，如图1所示，由于地球曲率而导致的视线丧失)。在某些实施例中，这样的通信链路可以是无线的，而在其它实施例中，这样的通信链路可以是有线的，而在再其它实施例中，这样的通信链路可以是无线和有线的链路的组合。在某些实施例中，通信链路可以是连续发送和/或接收信息，例如通过每秒刷新几次。

在某些实施例中，视线可以通过控制中继无人机保持在中继无人机网络(例如，基站、中继无人机、工作无人机)的一个节点的距离内来保持，当中继无人机到中继无人机网络的另一个节点之间的空域或视线是清晰的已知(而不是不得不将中继无人机从中继无人机网络的另一个节点移动到超出地平线)时。此外，视线可以通过控制中继无人机来保持，以避免中继无人机与中继无人机网络的另一个节点之间的已知障碍物，例如避免导航到已知不具有中继无人机网络的另一个节点的视线的区域内。这些已知障碍物可以在飞行中通过中继无人机网络的节点使用能够感测节点的周围环境传感器感测，或来自于包括节点的周围环境的预订信息，例如地图或其它地理空间信息。

在某些实施例中，中继无人机网络可动态地改变从基站到工作无人机的视线路径。例如，基站可通过第一工作无人机与工作无人机通信。然而，第一工作无人机可能具有有限的操作时间或遭遇技术困难并且被排除在任命之外。由此，第二中继无人机可被引入中继无人机网络以便基站可以通过第二中继无人机而非第一中继无人机与工作无人机通信。此外，从中继无人机接收或接收到中继无人机可能是不稳的，例如由于环境因素或中继无人机网络中节点之间的障碍物，以及其它中继无人机可代替在中继无人机网络中不稳的中继无人机以中继基站和工作无人机之间的通信。

此外，中继无人机可以自主地保持关于基站、另一个中继无人机和/或工作无人机中任一的导航模式，以使得中继无人机网络中的这些节点之间的视线是被保护的，以及每一节点能够持续地且容易地监视另一节点。例如，通过保持视线或中继无人机网络的节点接近，在中继无人机网络的任何节点的失败可被更快速地识别和寻址，例如通过发送代替工作无人机和/或中继无人机来代替失败的工作无人机和/或中继无人机。此外，中继无人机可与基站保持相对较近的距离，而与相对较远的工作无人机保持联系。在某些实施例中，中继无人机可从基站操作的距离可被设置为尽可能接近或接近合理的给定环境或操作约束，例如保持从基站的安全操作距离以避免碰撞到基站。有利的是，保持中继无人机在尽可能最近的距离可使能中继无人机的替代也可尽可能的方便。

在某些实施例中，中继无人机可是能垂直起落(VTOL)的多旋翼直升机。因此，具有VTOL功能的中继无人机可无需跑道操作并且更容易从基站或接近于基站的位置发射，无需跑道。VTOL中继无人机相比于固定翼中继无人机也可更接近于地面基站。

在某些实施例中，定向天线可连接到无人机且沿着单轴移动，相反于其它实施例定向天线沿着多轴移动。具有沿着单轴移动的天线的无人机有利于减少操作定向天线的硬件(例如电机、齿轮和传动部件)的数量，有利于减少重量、功耗和/或，当天线被校准到中继无人机网络(例如基站、中继无人机或工作无人机)中的另一节点时，甚至在移动中，无人机的复杂性。这可能会导致由于能源使用的避免浪费而增加或提升运行时间。在某些实施例中，定向天线可沿其移动的单轴可以是俯仰轴，沿着另一个轴(例如偏航轴)的运动可通过沿着偏航轴移动整个无人机而不是仅是定向天线来完成。因此，沿着偏航轴和俯仰轴的运动的这种组合为定向天线提供了足够的自由度来指向远离无人机的任何空间位置。此外，这种运动的组合通过不倾斜无人机以及保持平行于水平的位置提供了稳定的数据链路。通过不倾斜的无人机，或不影响无人机的水平方向，无人机可对环境的位移不那么敏感，例如由于风、雨或空气阻力引起的环境位移。这些特性可提供进一步的优势例如在更高的高度的操作或当保持无人机操作稳定性时覆盖更远的通信距离。

在某些实施例中，无人机(例如中继无人机或工作无人机)可包括避雷针。

图1示出了与工作无人机104和基站106交互的中继无人机102的示例。中继无人机102可由基站主动控制或自主配置为保持在基站106的视线内。中继无人机102可处于“跟随我”模式，其中中继无人机102监视基站 106的位置，并当基站106移动时保持在有一定距离的位置，要么在基站106 的位置的上方要么在基站106的后面。例如，基站106可传输位置信息(GPS 位置信号后其它信号)至中继无人机102。可访问中继无人机的处理器可利用接收到的位置信息为中继无人机102来自主构建路由以在基站106的上方或后面跟随。

在某些实施例中，中继无人机102当进入“跟随我”模式时无需基站106 主动广播其位置，可自主感测基站106的位置。例如，中继无人机102可依赖中继无人机102上的传感器来定位基站106(例如通过在图像中识别基站之后的图像边缘检测)或可从基站106跟随识别标志检测(例如中继无人机上的唯一且可追踪的形状或颜色)。

中继无人机102可通过通信链路(例如基站通信链路108B和工作无人机通信链路108A)与基站106和工作无人机104连接。在某些实施例中，通信链路可包括基站106、中继无人机102和工作无人机104之间传输的控制信号和/或数据信号。例如，控制信号可从基站106传输至中继无人机102，或传输于中继无人机102和工作无人机104之间，传输于中继无人机102和工作无人机104之间的控制信号控制中继无人机102或工作无人机104的方面(例如飞行或导航模式、仪器使用或通信协议使用)。此外，数据信号(例如视频信号、无人机状态通知或音频信号)可从工作无人机104和/或中继无人机102传输至基站。通信链路可由任何种类的通信协议组成，从中设备可彼此相互通信，例如红外(IR)无线通信、广播电台、卫星通信、微波无线通信、微波广播、射频、Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、GPC、GSM、RFID、OFDM 或者诸如此类中的一个或组合。

通信链路108A，108B可通过定向天线或全向天线实现。因为中继无人机102可保持基站106和工作无人机104之间的视线，所以定向天线可被使用在中继无人机102与基站106之间的基站通信链路108B的末端(通过在中继无人机102的定向天线指向基站106和/或在基站106的定向天线指向中继无人机102)。此外，定向天线可被使用在中继无人机102与工作无人机 104之间的工作无人机通信链路108A的末端(通过在中继无人机102的定向天线指向工作无人机104和/或在工作无人机104的定向天线指向中继无人机)。当与使用全向天线而没有定向天线的系统比较时，在通信链路108B， 108A的末端的定向天线的使用，可增加信号强度的有效使用以及与在相同距离的更强信号强度或在更远距离的相同信号强度通信。

尽管单天线可在通信链路的末端，多个天线和/或多种类型的天线可也使用在通信链路的末端。例如，全向天线和定向天线两者都可使用在通信链路的末端，例如其中使用全向天线传输某些数据信号或控制信号，而使用定向天线传输其它种类的数据信号或控制信号。在某些实施例中，定向和全向天线两者都可使用在通信链路的不同末端，例如其中中继无人机102使用指向于基站106的定向天线110A与基站106通信而基站106使用全向天线与中继无人机102通信，和/或其中中继无人机102使用指向于工作无人机104 的定向天线110B与工作无人机104通信而工作无人机104使用全向天线与中继无人机102通信。在通信链路108B，108A的末端定向和全向天线的使用，可为中继无人机102的有限资源增加信号强度的有效使用，当与使用全向天线而没有定向天线的系统比较时，其中的中继无人机102可与在相同距离的更强信号强度或在更远距离的相同信号强度通信。在进一步实施例中，中继无人机可使用定向和全向天线的组合，例如其中中继无人机102使用全向天线来检测指示工作无人机104(和/或在工作无人机104上的天线)的位置的信号和/或指示基站106(和/或在工作无人机106上的天线)的位置的信号。此外，穿过通信链路108A，108B的距离可比通过太空中的卫星的通信链路更近，相比于使用太空中的卫星通信，有利地允许中继无人机地系统来更有效地传输大量地数据，例如通过宽带通信。

在某些实施例中，全向天线可被使用在通信链路108A，108B的两个末端。这些全向天线可以传输相比于包括内容(比如音频和/或视频内容)的数据信号具有更低比特率的控制数据。此外，全向天线可使用窄带信号作为控制数据(相对于可使用宽带信号作为包括内容的数据信号)。在某些实施例中，使用全向天线的控制信号传输可包括工作无人机104(和/或在工作无人机104上的天线)和/或基站106(和/或在基站106上的天线)的位置数据。在接收到位置数据之后，定向天线可被校准到到位置的更有效数据传输的位置。例如，在中继无人机102接收到工作无人机104的位置数据之后，中继无人机102可调整其定向天线110B的方向朝向工作无人机104以通过宽带连接接收大得多的数据信号(例如，从工作无人机104发送的视频信号)。

工作无人机104可以被配置为在长时间内运行，例如6-10小时或8小时以上，以便在基站106的指挥下执行各种任务。任务可以通过工作无人机 104执行从基站106发送的控制信号中的命令或任务执行以及通过穿过通信链路108A，108b的中继无人机102中继。在某些实施例中，工作无人机104 可在运行期间的尾声撤退，新的工作无人机安装到它的位置。被撤退的工作无人机可能返回到基站106或其它移动或固定站用于维护(例如，对电池充电和进行修理)并且新的工作无人机可从基站106或其它移动或固定发射。

在某些实施例中，工作无人机可负责提供在移动物体(例如船、汽车、自行车、直升机)行进的前方的视觉。移动物体可是基站106或与基站106 不同的移动物体。在某些实施例中，工作无人机104可负责提供位置的视觉并发送具有视觉的数据回基站106。视觉可以是在水可能的岩石或冰山、被损坏或冲毁道路、沉船、在水中或陆地的难民、漂浮物、一群野生动物、漂浮货物或碎片、油污、天气条件、温度变化的视觉表现、需要救援的人、其他移动物体等。在图示的实施例中，工作无人机104可负责可视化包含船112 的区域。

在某些实施例中，工作无人机104可负责在一个位置上执行积极任务。该位置可以是本地的，也可以是远离基站106的。这一积极任务可能是运送货物或有效载荷，例如空投医疗用品、食品和/或救生圈。这一积极任务也可能是从事搜寻物品(如船只、鱼群或失踪者)或执行营救任务。这些积极任务可以通过在工作无人机控制信号中确定的预定任务协议来自动执行(例如在自动的方式中当可视化被选择的物体时在物体上方保持握住模式或在接近物体的位置投下货物)或者由基站106直接控制(例如在基站106的实时控制下当可视化物体时在物体上方保持握住模式或在接近物体的位置投下货物)。在图示的实施例中，工作无人机104可负责在远离基站106且在基站106的视线之外的位置为船112投下救生圈。

定向天线可被固定在万向节上。在某些实施例中，在中继无人机102上的至少一定向天线110A，110B可位于2轴万向节上用以接收和发送信号的稳定，例如发送到工作无人机104或基站106和从工作无人机104或基站 106接收。其它种类的万向节，例如1轴万向节、3轴万向节，或补偿运动 (例如无人机运动)的其它种类的已知设备可被用于接收和发送信号的稳定。此外，任何定向天线，无论是中继无人机102、工作无人机104上的，或是基站106上的，可被设置在1轴万向节、2轴万向节或3轴万向节上用以接收和发送信号的稳定。补偿运动的其它种类的已知设备可被用于接收和发送信号的稳定，例如减震泡沫或弹簧。

在某些实施例中，中继无人机102可降落在基站106上。中继无人机102 可降落在基站106上用以定期维修、充电、存储和/或维护。此外，工作无人机104可降落在基站106上。工作无人机104可降落在基站106上用以定期维修、充电、存储和/或维护。可选地，工作无人机104和/或中继无人机102 可以从基站106发射。基站106可以在板上具有多个中继无人机102和/或工作无人机104，以便即使每一中继无人机102和/或工作无人机104具有有限的飞行时间，基站106也可以轮换不同的中继无人机102和/或工作无人机104操作，以便当其它的被服务或存储时总有工作无人机104和/或中继无人机102是运转的或在空中。

尽管图1仅示出了一个中继无人机102，正如下面将进一步讨论，可利用多个中继无人机102来创建中继无人机102的网络，该网络通过中继无人机102的网络提供路径，在基站106和工作无人机104之间具有直达视线。此外，一个或多个基站106可使用至少一个中继无人机102来与一个或多个工作无人机104通信。此外，一个或多个工作无人机104可使用至少一个中继无人机102来与一个或多个基站106通信。此外，无人机可以在一个时间为基站106担任中继无人机102(以与工作无人机通信)并且可以在不同的时间担任工作无人机104(执行命令而不将命令转发至不同的无人机)。此外，无人机可以与多个基站106交互以担任一个基站106的中继无人机102和另一个基站106的工作无人机104。这种类型的网络可以使数据和/或任务的执行比没有这样的网络更快更容易。

一般来说，中继无人机102和工作无人机104都被认为是无人且自主的 (不需要恒定和/或实时控制)。

应当特别注意的是，图1中的无人机和基站的轮廓示意图不打算限制在设想的实施例中的无人机和/或基站或无人机和/或基站的模型的类型。例如，虽然中继无人机102被图解为一种多用途直升机无人机，工作无人机104被图解为固定翼无人机以及基站106被图解为船舶，每个中继无人机102、工作无人机104和/或基站106可能具有任何固定的或移动的物体的组成因素，如漂浮或浸没的船舶、陆地车辆、消费电子设备、或一个飞行交通工具(如飞机、直升机、飞艇)。此外，所设想的方法和装置可用于传输数据到移动物体或静止物体(例如建筑物)以及从移动物体或静止物体(或在移动物体或静止物体之间)接收数据。

图2示出了与地面车载工作无人机214与地面车载基站216交互的中继无人机102的示例。由于车载工作无人机214与基站216之间的障碍220，基站216没有到工作无人机214的视线。然而，中继无人机102到工作无人机214和基站216两者均具有视线。因此，基站216可以使用中继无人机 102来沿着具有基站216与工作无人机214之间的直达视线的路径建立通信链路108A，108B。

图3示出了多个中继无人机102A，102B的系统的示例。在示出的实施例中，基站216与工作无人机214之间的障碍物312妨碍了使用一个中继无人机建立具有基站216与工作无人机214的直达视线的路径。因此，多个中继无人机102A，102B可用于建立具有基站216与工作无人机214之间的直达视线的路径。

除了在中继无人机102A与基站216之间的通信链路108A以及在中继无人机102B与工作无人机104之间的通信链路108B，额外的中继无人机通信链路310可在两个中继无人机102A，102B之间建立。中继无人机通信链路310可使用与通信链路108A或通信链路108B相同或不同的通信协议建立。中继无人机通信链路310可具有在两个末端的定向天线314，316，其包括定向天线和全向天线的组合或在两个末端的全向天线。通过首先使用全向天线接收位置信号(其它中继无人机或其它中继无人机的天线)确定其它中继无人机的位置(或其它中继无人机的天线的位置)，从而建立定向天线在中继无人机上的校准。随后，中继无人机可以将中继无人机的定向天线校准到其它中继无人机(或其它中继无人机的天线)的位置。每个中继无人机 102A，102B可以通过全向天线或定向天线传输它的位置(或在其天线中的至少一个的位置)(例如通过定向天线在扫描模式传输位置信息，该扫描模式涵盖了不同时间的不同区域)。在某些实施例中，中继无人机102A，102B 可传输位置信号，该位置信号由基站216和/或工作无人机214接收并被基站216和/或工作无人机214用于确定中继无人机102A，102B(或中继无人机的天线(复数个天线))的位置，用以中继无人机通信链路102A，102B的建立。

在某些实施例中，两个节点之间的通信链路可以使用通信协议，该通信协议与中继无人机网络的其他节点之间的通信链路所使用的通信协议相同或不同。例如，基站通信链路可以使用有线的通信协议，而工作无人机通信链路可以使用无线的通信协议(如WiFi)，而中继无人机通信链路可以使用不同于工作无人机通信链路使用的有线通信协议的无线通信协议(例如， ZigBee)。

在某些实施例中，中继无人机网络(例如，地面车载基站、工作无人机或中继无人机；船只基站、工作无人机或中继无人机；固定基站、工作无人机或中继无人机；空中基站、工作无人机或中继无人机；或手持基站、工作无人机或中继无人机)的任何节点可任选地具有使用LTE、卫星或现有已知的或未来发展的任何无线通信能力(硬件和/或软件)的通信模块。有了这种可选连接，可以进一步确保这些通信点或节点的最佳、可靠和及时的实时连接，在其中继无人机网络中相互连接，或连接至该中继无人机网络之外的其他网络(例如因特网)。

在某些实施例中，中继无人机网络的任何上述通信点或节点能够实时地(自主地或非自主地)选择不同的通信类型或协议。这个选择可以基于标准，例如传输的成本、传输的可靠性、传输速度、传输的接收、或传输的安全性。例如，基站、中继无人机和工作无人机系统可以不使用外部节点(如中继无人机网络节点外的手机塔或轨道卫星)而直接地相互通信，和/或使用外部节点间接地相互通信(如手机塔或轨道卫星)。同时，由于基站、中继无人机和 /或工作无人机通过可用某些类型的通信协议(如LTE)处理的区域，基站、中继无人机和/或工作无人机将使用不同的通信协议(如LTE)操作，如在低高度空域更低成本通信和/或更高可靠性。

在某些实施例中，基站、中继无人飞行器和工作无人机系统可以直接相互通信，但也可以与外部参与者(例如指挥台、总部、警察局或其它基站) 通信。在基站、中继无人机和/或工作无人机相互通信时，与外部参与者的这一通信可以是实时的。这种通信也可以直接地和/或间接地使用基站、中继无人机和/或工作无人机之间使用的相同或不同的通信协议。

此外，在这里公开了各种特定类型的天线时，其它实施例可以包括具有不同功率等级的天线的组合以提供多种是最佳传输距离的传输距离和要传输的数据类型。

图4示出了使用定向和全向天线与工作无人机404交互的中继无人机 402的示例。在图示的实施例中，中继无人机402与工作无人机404和基站 406联网。中继无人机402被配置成跟随基站406并且在基站406处于运动状态或中继无人机402处于运动状态时保持基站406之上且在基站406的视线内的位置。通信链路426，422，420对于高比特率数据传输来说是足够的，例如在工作无人404生成目标(例如一群海豚424)的4K+流视频并传送给基站406。基站406可以是移动的和/或与移动体(如在图示的实施例中的船只)连接的。基站406可以与中继无人机共享基站通信链路426，其中控制信号被发送到中继无人机402，并且从中继无人机402接收数据信号。除了与基站406保持视线之外，中继无人机402可保持与基站406的固定距离和 /或保持在工作无人机404的视线内。

如图所示，中继无人机402可包括全球定位系统(GPS)单元。虽然GPS 单元被使用于实施例中，但能够确定位置的任何类型的定位单元可以用来代替GPS装置或与GPS装置连接，如位置传感器、高度计、指南针、惯性导航系统(INS)、运动传感器(如加速度计)、旋转传感器(如陀螺仪)。例如，位置可以是GPS坐标，其高度取决于高度计。中继无人机402还可以包括全向天线410和定向天线414。工作无人机404可包括全向天线416和GPS 单元418。使用全向天线410(全向无人机通信链路)和定向天线414(定向无人机通信链路)的工作无人机404的通信链路420,422可以是上述引入并在下文中进一步讨论的工作无人机通信链路的一部分。

在工作无人机404上，GPS单元可决定工作无人机的位置。该位置被编码为位置信号中的位置信息420，可以通过工作无人机404的全向天线416 发送，并由中继无人机402的全向天线410接收。然后，中继无人机402可通过从位置信号解码位置来确定工作无人机404的位置，并校准定向天线 414以指向工作无人机404。然后，中继无人机402可以使用经校准的定向天线414与工作的无人机404通信，例如通过接收高比特率数据信号422(例如，4K视频流)。

在某些实施例中，全向天线410可以用来将控制信息传递至全向天线 416的工作无人机404，如通过中继工作无人机404从基站406接收到的控制信息，该基站406分配任务或控制工作无人机404的一个方面(例如，飞行模式或仪器的操作)，而定向天线414接收数据信号(可能是比控制信号更高的比特率)。在其它实施例中，定向天线414还可用于与工作无人机404 通信控制信息。

在某些实施例中，中继无人机402的全向天线410从工作无人机接收位置信息，但使用定向天线414与工作无人机404通信。

在某些实施例中，工作无人机404可包括定向天线(未示出)且可通过全向天线416从中继无人机402接收位置信息，然后校准工作无人机404的定向天线(未示出)到中继无人机402的位置用以与中继无人机通信，例如通过传输高比特率的数据信号。

在某些实施例中，单中继无人机402可与多个工作无人机通信并在全向天线410接收来自每个工作无人机的位置信息，以及校准定向天线414至在不同时间指向每个工作无人机(例如执行时分多路复用通信)，或通过校准不同的定向天线至每个位置来与每个工作无人机通信。在某些实施例中，为了减少无人机上天线的数量(以及相关重量)，多路复用通信可能比非多路复用通信有利。

在某些实施例中，中继无人机可包括在中继无人机的一侧的至少一用于与其它无人机(如其它中继无人机和/或工作无人机)通信的天线以及在中继无人机的反向侧的至少一用于与基站通信的天线。例如，在图示的实施例中，用于与工作无人机404通信的天线410，414位于中继无人机402的顶部，而用于与基站406通信的天线426位于中继无人机402的底部。在一个具体实施例中，天线426是指向基站406的定向天线。有利的是，定位这些不同的天线于中继无人机402的不同侧相比于配置多个天线于同一位置，可减少天线之间的干扰以及为天线运动或旋转提供更多空间。

图5A和5B示出与移动基站一起执行导航命令的中继无人机的示例。图5A和5B中的中继无人机402A与图4中的中继无人机402相同，除了现在与中继无人机402A一同示出了光发射器540和光检测器542。图5A和 5B中的基站406A与图4中的基站406相同，除了为基站406A现在示出了 GPS单元510、天线512和反射单元544。中继无人机402A到后来位置的运动以及基站406A到后来位置的运动用中继无人机402A或基站406A的虚线轮廓示出。

图5A示出了与移动基站406A一同执行导航命令来保持在基站406A附近的中继无人机402A的示例。如图5A所示，中继无人机402A被配置为安置在基站406A(以船只的形式)之上。中继无人机402A包括GPS单元514、全向天线516、朝向定向天线518的无人机以及朝向定向天线520的基站。

中继无人机是与基站406A通信的且接收位置信号，该位置信号编码了由基站406上的GPS单元510确定的GPS坐标。响应于接收和解码位置信号来确定GPS坐标，中继无人机402A可从当前位置(如图5A示出的在右侧的中继无人机402A)移动到远高于接收到的GPS坐标的新的位置(如图 5A示出的在左侧的中继无人机402A)。因此，当基站移动时，中继无人机 402A可通过改变位置来基本上保持在基站的上面或后面(下面)。

在某些实施例中，中继无人机402A可包括光发射器540和光检测器542。光发射器可以是LED或激光器。光检测器可以检测从基站406的反射单元 544反射回来的来自光发射器中的光。光检测器是光电二极管或光电二极管阵列。反射单元可以是反射镜(例如普通镜或曲面镜)。中继无人机402A可感测来自反射单元544的反射光来确定基站406a的位置和/或确认从基站 406A接收的位置信息。

图5B示出了与移动基站406A一同执行导航命令且同时与工作无人机 530通信的中继无人机402A的示例。工作无人机可包括工作无人机全向天线550和GPS单元515。正如上文所介绍的，中继无人机402A可通过无人机全向通信链路532使用全向天线516来接收工作无人机位置信号，或确定工作无人机530的位置，中继无人机402A可从全向通信链路532接收信息。然后，中继无人机402A可校准朝向定向天线518的无人机至工作无人机530 的位置并在无人机定向通信链路上通过高比特率信号与工作无人机通信(如通过接收4K+视频内容流)。

基站406可通过基站通信链路传输控制信号来控制与中继无人机402A 通信的工作无人机530。然后，中继无人机402A可中继通过无人机定向通信链路534的控制信号到通过朝向定向天线518的无人机的工作无人机(和 /或在其它实施例中通过全向天线通过无人机全向通信链路532)。

当基站406A移动时，基站406A可通过基站通信链路522传输控制信号，该控制信号包括具有基站406的当前位置的基站位置信号以及控制工作无人机530的命令。响应于接收控制信号，中继无人机402A可移动(如图 5B中箭头所示)至基站406A的当前位置的附近。此外，当中继无人机402A 移动时，中继无人机402A可不断地校准朝向定向天线520的基站到基站 406A的当前位置(相对于从中继无人机的GPS单元514确定的中继无人机自身位置)并且不断地校验朝向定向天线518的无人机到从工作无人机位置信号确定的工作无人机530的位置。在某些实施例中，中继无人机402A可使用全向天线(未示出)来在基站通信链路522上与基站通信。

在某些实施例中，中继无人机402A可基本上保持在高于基站或基站后面，该基站以一小时0到100公里(km)之间的速度移动。有利的是，由于至少与基站406A保持接近和/或与基站406A保持视线，中继无人机可与基站交换高比特率信号。在某些实施例中，中继无人机402A与工作无人机530 之间的距离可以是1-400km，通常少于300km，而中继无人机402A与基站 406A之间的距离可以是大约500米(m)。在一个实施例中，中继无人机402A 是在相对于基站406的固定天线位置，高度超过300米。在另一个实施例中，中继无人机402A可能在离超过400公里的基站406更高高度或更长距离的位置。这些距离可以是横向距离、高度或其任何组合。

在某些实施例中，定向天线516可通过无人机全向通信链路532检测来自工作无人机530的信号(如位置信号)。全向天线的检测范围可是大约1000km、900km、800km、700km、600km、500km、400km、300km、200km、 100km、50km、30km、10km、5km、3km、1km、500m、300m、100m、50m 或10m。距离可以是横向距离、高度或其任何组合。

在某些实施例中，定向天线518可通过无人机定向通信链路534从工作无人机530接收高比特率和/或宽带信号和发送高比特率和/或宽带信号到工作无人机530。被校准到工作无人机530的位置的定向天线518的检测范围可是大约1000km、900km、800km、700km、600km、500km、400km、300km、 200km、100km、50km、30km、10km、5km、3km、1km、500m、300m、100m、 50m或10m。距离可以是横向距离、高度或其任何组合。在某些实施例中，定向天线518可由基站406通过经由基站通信链路522接收的控制信号控制。

无人机可改变高度或导航模式，例如为了补偿不断变化的环境波动。这些高度或导航模式的变化可以通过根据高度或导航模式的变化来校准定向天线和/或移动无人机以跟踪高度或导航模式的变化来补偿。通过在高度或导航模式的变化中跟踪无人机运动，通过定向天线上的通信链路可以保持强信号。例如，工作无人机可以在一时间段内(比如1秒)改变其高度小于或约 suo’s1厘米(cm)、3cm、5cm、10cm、30cm、50cm、1m、3m、5m或10m。因此，中继无人机402A在与工作无人机530通信，或跟踪的工作无人机530 时，可通过在一时间段内(比如1秒)移动同样的1cm、3cm、5cm、10cm、 30cm、50cm、1m、3m、5m或10m来跟踪工作无人机530。此外，或代替运动来跟踪工作无人机，中继无人机可以移动定向天线来跟踪工作无人机的运动。此外，无人机上的至少一个定向天线和/或所有定向天线可以安装在万向节上。万向节可以提供定向天线，该定向天线具有稳定、不受干扰的操作平台，并且可以在三个维度上沿任意轴旋转。

在某些实施例中，工作无人机可以被配置为执行各种任务，例如将有效载荷或货物传送到位置、记录位置内活动的视频或记录移动对象的视频(例如迁移中的动物)。当工作无人机执行跟踪移动物体的任务时，工作无人机 530可以移动以相对于移动对象保持距离或方向。

在某些实施例中，中继无人机402A可距离基站406A保持距离，如通过在基站406A徘徊。中继无人机402A可直接地徘徊在基站406A之上或，如固定翼无人机的一个实施例中，通过围绕基站406A周围徘徊。中继无人机402A可从基站406A保持的距离可以小于或约等于10cm、30cm、50cm、 1m、3m、5m、10m、30m、50m、100m、300m、500m、1km、3km、5km或 10km。在某些实施例中，对于需要较长的运行时间或更远的无人机行驶距离的应用，固定翼无人机可能优于多用途直升机无人机。

图6示出了与手持基站606交互的中继无人机602的示例。中继无人机 602可以通过基站通信链路610与手持基站606通信。手持基站可以是能够与中继无人机602通信的任何类型的手持设备，并且可以是平板计算机或智能手机的组成因素。在图示的实施例中，基站通信链路610是无线的。在某些实施例中，基站通信链路610可以是WiFi或蓝牙无线链路，也可以使用定向天线和/或全向天线来建立。

中继无人机602可被配置为与基站606保持视线。例如，中继无人机602 可被配置为保持在从基站606的固定距离内，例如在基站606空中的阈值距离内。中继无人机602可被配置为在中继无人机602的中继无人机全向天线 612处接收来自工作无人机604的工作无人机位置信号。工作无人机位置信号可从工作无人机604的GPS单元614生成，并从工作无人机604上的工作无人机全向天线616通过无功全向通信链路618传输到中继无人机602上的全向天线612。在某些实施例中，全向天线(如在中继无人机602或604 工作无人机上的用于传输或接收工作无人机604或中继无人机602的位置信号的全向天线612，616)可能被定向天线进行扫描某一地区所取代，例如绕一个或两个轴旋转过360度。

中继无人机602可从工作无人机位置信号中解码工作无人机位置，并将中继无人机602上的中继无人机定向天线622校准到工作无人机位置，以与工作无人机604通信，并建立工作无人机定向通信链路620。中继无人机定向天线622可以绕俯仰轴旋转，同时整个中继无人机可以绕偏航轴旋转。在某些实施例中，中继无人机定向天线622可以绕水平轴旋转，同时整个中继无人飞行器602可以绕垂直轴旋转。

中继无人机602可包括指南针632和惯性导航系统(INS)634。INS 634 可包括运动和旋转传感器。运动传感器可以是加速度计，旋转传感器可以是陀螺仪。

在某些实施例中，中继无人机602与工作无人机604之间的距离可以1- 400公里，一般不超过300公里，而中继无人机602与基站606之间的距离可能大约500米。在一个实施例中，中继无人机602是在基站606以上的一个固定的空中位置，高度超过300米。在另一个实施例中，中继无人机602 可以处于距离基站606更高的高度或更远的距离，例如400公里以上。这些距离可以是横向距离、高度或其任何组合。

工作无人机604可被配置为由基站606支配的各种任务。例如，工作无人机可以负责将货物运送到目标630的位置，或者通过从目标630记录感测数据(例如视频数据)来监视目标630。货物可以存储在工作无人机604的底盘外部，或者可以存储在工作无人机604内部。

图7示出了具有物理线路的图6的中继无人机的示例，该物理线路将中继无人机602拴在基站606。图7与图6相同，除了图6的基站通信链路610 是图7中有线的基站通信链路702。有线基站通信链路702可能是物理连接，例如线缆。在某些实施例中，有线基站通信链路702也可为中继无人机602 供电。在某些实施例中，有线基站通信链路702可被用于代替基站606与中继无人机602之间的任何无线通信。

在某些实施例中，中继无人机可不因自身推进而移动，但可以依靠空气摩擦来推动，如由基站拉动的滑翔机或风筝的形式。

图8示出了与多个工作无人机604A，604B交互的中继无人机602A的示例。图6和7的中继无人机602与图8的中继无人机602A相同，除了中继无人机602A包括多个中继无人机定向天线622A，622B。中继无人机602A 被配置为从不同的无人机全向通信链路618A，618B接收来自多个工作无人机604A，604B的工作无人机位置信号。中继无人机602A还被配置为校准不同中继无人机定向天线622A，622B，以为每个工作的无人机604A，620B 建立多个中继无人机定向通信链路620A，604B。

每个工作无人机位置信号可以从在每个工作无人机604A，604B上的 GPS单元614A，614B生成，并且从每个工作无人机604A，604B通过来自工作无人机604A，604B上的每个工作无人机全向天线616A，616B的无人机全向通信链路618A，618B传输。另外，每个工作的无人机604a，604b可用于各种任务，由基站606。例如，每个工作无人机604A，604B可被配置为由基站606支配的各种任务。例如，每个工作无人机604A，604B负责将货物802A，802B有效地从每个工作无人机604A，604B运送到不同的目标630A，630B的位置，或者通过记录每个目标630A，630B的感测数据(例如视频数据)来监视不同的目标630A，630B。在图8所示的实施例中，货物802A，802B是每个工作无人机604A，604B底盘外部。在某些实施例中，工作无人机604A，604B还可以从目标630A，630B附近取回(例如，拿起) 货物用以运送至基站606的附近。

因此，基站606可以发送控制信号至单中继无人机602A用以多个工作无人机604A，604B的控制和/或通过单中继无人机602A从多个工作无人机 604A，604B接收数据信号。

图9示出了从顶视图沿着偏航轴跟踪工作无人机904的中继无人机902 的示例。中继无人机902沿着偏航轴的运动与中继无人机902的后续方向一起使用虚线轮廓示出。

工作无人机904可包括处理器916、位置单元918(例如GPS和/或高度计或气压计)和全向天线920。位置单元918可生成注释工作无人机904 的当前位置的位置信息。处理器可编码位置信息并使用全向天线920通过无人机全向通信链路914将作为位置信号的位置信息从工作无人机904发送出去。当工作无人机904移动时位置信息可被更新，并且更新后的位置信息可从工作无人机904发送出去，用以当工作无人机904移动时通过随着时间改变位置来更新工作无人机904的位置。

中继无人机902可包括处理器912、位置单元922、指南针924、INS 926 和中继无人机全向天线910。中继无人机全向天线910可以通过无人机全向通信链路914从工作无人机904接收位置信息。中继无人机902上的处理器 912可被配置为基于接收到的工作无人机位置信号来计算工作无人机904的位置。处理器921还可以被配置为计算中继无人机902的当前方向与跟踪工作无人机904的运动的中继无人机的可能方向之间的差。然后，中继无人机上的处理器912可配置中继无人机902绕偏航轴旋转，以根据中继无人机 902的可能方向跟踪工作无人飞行器沿偏航轴的运动。处理器可以利用由位置单元922、指南针924和INS 926生成的信息来配置中继无人机绕偏航轴旋转。例如，指南针924，如三轴数字磁强计，和/或INS 926可以使用三轴陀螺仪和三轴加速度计提供中继无人机902的大致位置和方向。INS926提供的大致位置和方向可以与由位置单元922提供的绝对位置和方向进行比较，并且由该过程用于执行用于中继无人机902运动的控制序列。绕偏航轴的旋转用双头箭头930表示。当工作无人机发送已更新的位置信息以反映工作无人机的运动时，中继无人机可以接收已更新的位置信息，并沿偏航轴进一步旋转以跟踪工作无人机的移动。在某些实施例中，中继无人机902可以具有多个定向天线(如图8所示)以与多个工作无人机建立无人机定向通信链路。

图10示出了从侧视图沿俯仰轴跟踪工作无人机904的中继无人机902 的示例。沿俯仰轴中继无人机902和中继无人机定向天线1002的运动采用虚线轮廓示出。

当工作无人机904改变仰角，或者沿中继无人机902的俯仰轴移动时，跟踪工作无人机904的中继无人机902上的中继无人机定向天线1002可沿中继无人机902的俯仰轴移动(例如，倾斜)。

中继无人机定向天线1002的这种运动可被执行以保持无人机定向中继通信链路1004没有中继无人机902的其它部分的运动。中继无人机定向天线1002的运动可通过控制轴来执行，中继无人机定向天线1002安装在该轴上。轴控制可由PID(比例-积分-微分)控制器执行。在某些实施例中，定向天线可以安装在一系列具有步进电机的轴上(如可加工陶瓷的耐气候和温度变化陶瓷轴)。该电机可以是带有光电编码器的压电马达。

又或者，定向天线1002可以稳固在一个万向节，如一轴万向节、两轴万向节或三轴万向节。

在某些实施例中，工作无人机904可距离中继无人机902有300km。中继无人902还可在至少500米的高度，以实现与工作无人机904的视线。在某些实施例中，中继无人机902和/或工作无人机904可是具有固定翼的长距离无人机，能够连续操作6-10小时。

图11是中继无人机系统中使用的示例系统的框图1100。框图1100包括与至少一个中继无人机1102和至少一个工作无人机1104通信的至少一个基站1106。基站1106、中继无人机1102和工作无人机1104的系统可被称为中继无人机网络。可选地，中继无人机网络的节点可以通过网络1132与外部网络系统1110和指挥中心1130进行交互，例如因特网、LTE、蜂窝网络或任何已知的通信网络。在图11所示的实施例中，基站1106、中继无人机 1102和工作无人机1104中的每一个都用向后倾斜的框示出，以记录可能有多个网络化并一起运行的基站1106、中继无人机1102和/或工作无人机1104。

指挥中心1130的一个设想到的例子是警察总部固定地位于一个遥远的城市。通常情况下，警察总部将无法直接与工作无人机1104和/或中继无人机1102进行实时通信。通过本文所述的设想实施例，警察总部现在可以实时接收和发送数据，包括命令，发送给工作无人机1104和/或中继无人机1102。

中继无人机1102可以与至少一个工作无人机1104、至少一个基站1106 和/或与其它中继无人机1102通信。此外，中继无人机1102和/或工作无人机1104可任选地与网络系统1110或指挥中心1130通信(例如，在网络1132，例如因特网、LTE、蜂窝网络、任何已知的通信网络或通过中间系统)。网络系统1110、指挥中心1130和/或基站1106可确定工作无人机控制信息，该工作无人机控制信息编码在工作无人机控制信号中，用于描述由工作无人机1104执行的一个或多个任务(例如有效载荷运送)。网络系统1110、指挥中心1130和/或基站1106也可以确定，该中继无人机控制信息编码在中继无人机控制信号中，用于描述由中继无人机1102执行的一个或多个任务(例如导航模式)。

网络系统1110和/或基站1106可以包括工作确定引擎1112A，1112B，该工作确定引擎1112A，1112B可以接收，或获得，描述工作或任务的信息，并确定任务信息。在某些实施例中，工作确定引擎可以包括诸如数据存储的存储库，其中包括可由中继无人机1102或工作无人机1104执行的各种工作或任务，以及工作或任务的相关元数据。

工作确定引擎1112A，1112B可以与应用引擎通信以产生用于在基站上 (例如，在基站的用户界面)报告的交互式用户界面(例如，由基站提供的网页)。通过用户界面，基站的用户可以将任务分配给中继无人机1102和/或工作无人机1104，并提供与任务相关联的信息，如参数。

在某些实施例中，基站1106不与网络系统1110通信并利用本地的工作确定引擎1112B生成控制信号而不是在网络系统中做主机的远程的工作确定引擎1112A。

例如，通过基站1106的应用引擎的用户界面，用户可以将任务分配给与特定属性或位置相关的工作无人机1104。用户还可以包括用于任务的性能的信息或参数，如用于有效载荷或货物传送的位置的地产边界(或参考存储或可访问地产边界信息的数据库或系统)，位置的地理整流的图像(例如，卫星图)，等等。

应用引擎1114可处理工作信息和产生控制信号，该控制信号可以作为命令被发送到中继无人机，该命令为中继无人机1102和/或工作无人机1104 实行任务。例如，控制信号可编码控制信息，该控制信息指定哪个工作无人机1104执行任务或哪个中继无人机1102来将控制信号中继到工作无人机 1104。控制信息还可包括为中继无人机1102和/或工作无人机1104的导航路径。例如，控制信息可以命令工作无人机1104根据基于在基站1106选择的安全高度的之字形图案(zig-zag pattern)导航。这可能是基于相机的特定的焦距，传感器的分辨率，等等，这样的之字形图案的各腿(leg)之间的距离是一个特定的距离间隔，以便不会在摄像机的对目标位置的覆盖范围内出现空洞。

中继无人机1102可以通过基站通信链路1118从基站1106接收控制信号，并进一步讨论上述信号。基站通信链路1118可以通过无线或有线连接，可以全部使用定向天线、全部使用全向天线或使用全向天线和定向天线的结合实现。控制信号可包括中继无人机控制信息1102，其控制中继无人机1102 的方面，或命令中继无人机1102执行任务，例如保持在基站1106的距离和/或视线内。

中继无人机1102可包括中继无人机应用引擎1120，该中继无人机应用引擎1120可配置中继无人机以执行从中继无人机控制信号确认的任务。在执行任务时，中继无人机1102可以上升到安全高度(例如，在中继无人机控制信息中所标识的)，并且保持相对于基站1106的位置。中继无人机控制信号也可包括工作无人机控制信号，其中中继无人机1102可被配置为通过工作无人机通信链路1124(其中包括如前面介绍的无人机全向通信链路和无人机定向通信链路)传输工作无人机控制信息至工作无人机1104。

中继无人机1102可包括导航控制引擎1112，该导航控制引擎1112可管理中继无人机1102中包括的推进机构(例如马达、旋翼、螺旋桨等)，以影响中继无人机控制信息中确认的任务。可选地，中继无人机应用引擎102可以向导航控制引擎1112提供命令(例如，高等级的命令)，这可以解释或覆盖来自中继无人机控制信号的中继无人机控制信息。例如，中继无人机应用引擎1120可以指示中继无人机1102由于中继无人机1102被损坏而下降到位置，并且导航控制引擎1122可确保中继无人机1102在基本垂直方向上下降。

工作无人机1102可包括工作无人机应用引擎1120，该工作无人机应用引擎1120可配置工作无人机以执行通过工作无人机通信链路1124接收的工作无人机控制信息确认的任务。在执行任务时，中继无人机1102可以上升到安全高度(例如，在工作无人机控制信息中所标识的)，并且保持相对于中继无人机1102的位置并且激活有效负载(如工作无人机1104所包括的传感器来获取描述目标区域的真实世界信息)。

工作无人机1104可包括导航控制引擎1126，该导航控制引擎可管理工作无人机1126中包括的推进机构(例如马达、旋翼、螺旋桨等)，以影响工作无人机控制信息中确认的任务。可选地，工作无人机应用引擎1128可以向导航控制引擎1126提供命令(例如，高等级的命令)，这可以解释或覆盖工作控制无人机信息。例如，工作无人机应用引擎1128可以指示工作无人机1104由于工作无人机1104被损坏而下降到位置，并且导航控制引擎1126 可确保工作无人机1104在基本垂直方向上下降。

在执行或作为其中一部分执行在工作无人机控制信息中详述的任务之后，工作无人机1104可以通过中继无人机1102向被中继到的基站1106发送数据信号。此过程可以是迭代的，例如基站1106在接收到数据信号后，通过中继无人机1104中继，向工作无人机1104发送附加的工作无人机控制信息。例如，工作无人机1104可以为基站1106提供传感器信息。基站1106 可以结合接收到的传感器信息(例如，将图像拼接在一起，生成属性的三维模型等)。基于所结合的接收到的传感器信息，基站可以通过中继无人机1102 向工作无人机1104发送更新的工作无人机控制信息，以便对传感器信息中标识的区域进行更详细的检查。

可选地，工作无人机1104和/或中继无人机1102可通过网络1132与指挥中心1130通信。指挥中心1130可直接向工作无人机和/或中继无人机发送工作无人机控制信息或向中继无人机发送中继无人机控制信息，其覆盖了从基站1106发送而来的控制信息。

图12是中继无人机操作过程1200的示例的流程图。过程1200可由中继无人机执行，其可使用一个或多个计算机或处理器。

中继无人机可从基站获得中继无人机控制信号(框1202)。中继无人机控制信号可通过具有基站的基站通信链路接收。

中继无人机可以从中继无人机控制信号中执行命令(框1204)。如上所述，中继无人机控制信号可控制中继无人机执行任务。例如，中继无人机控制信号可指示中继无人机执行导航任务，例如保持在基站的一定距离内，保持在具有基站的视线的路径内，或在基站周围假定保持模式。在某些实施例中，即使在基站处于运动状态时，中继无人机控制信号也可以指示中继无人机保持在基站的距离内和基站的视线内。

中继无人机可以获得工作无人机控制信号(框1206)。工作无人机控制信号可包括工作无人机控制信号被传送到的工作无人机的名称命令。工作无人机控制信号可包括工作无人机的命令和/或指示工作无人机执行任务。

中继无人机可以将工作无人机控制信号中继给工作无人机(框1208)。工作无人机控制信号还可以包括对中继无人机的命令，以将工作无人机控制信号中继到适当的工作无人机(例如，通过设置中继参数，例如用于中继工作无人驾驶控制信号的时间)。在某些实施例中，中继无人机可以响应接收工作无人机控制信号而自动地将工作无人机控制信号中继到适当的工作无人机，而无需向中继无人机发送的工作无人机控制信号中的附加组件。中继无人机可以通过工作无人机和中继无人机之间建立的工作无人机通信链路，将工作无人机控制信号直接传送给工作无人机。

在某些实施例中，中继无人机可以通过至少一个其它中继无人机间接地将工作无人机控制信号发送给工作无人机。在这种情况下，中继无人机可以通过中继无人机之间的中继无人机通信链路将工作无人机控制信号发送给另一个中继无人机。

中继无人机可以接收由工作无人机生成的工作无人机数据信号(框 1210)。工作无人机数据信号可由工作无人机生成，以响应接收工作无人机控制信号。工作无人机数据信号可以包括来自指定基站的工作无人机的数据和/或反馈。如果中继无人机直接与工作无人机通信，则工作无人机数据信号可以通过工作无人机通信链路接收，或者如果中继无人机通过另一中继无人机间接地与工作无人机通信，则可以通过无人机通信链路接收。

中继无人机可以发送工作无人机数据信号(框1212)。工作无人机数据信号可以包括对中继无人机的命令，以将工作无人机数据信号传送到相应的基站(例如，通过设置中继参数，例如用于中继工作无人机数据信号的时间)。在某些实施例中，中继无人机可以响应于接收工作无人机数据信号而自动地将工作无人机数据信号中继到相应的基站，而无需向中继无人机发送的数据信号中的附加组件。如果中继无人机直接与基站通信，中继无人机可以通过工作无人机和基站之间建立的基站通信链路，直接向基站发送工作无人机数据信号。

在某些实施例中，中继无人机可以通过至少一个其他中继无人机间接地将工作的无人机数据信号发送到基站。在这种情况下，中继无人机可以通过中继无人机之间的中继无人机通信链路将工作无人机数据信号发送给另一中继无人机，以传输到基站。

图13是建立工作无人机通信链路的示例过程的流程图。过程1300可以由中继无人机执行，该中继无人机可以使用一个或多个计算机或处理器。

中继无人机可以从工作无人机获得工作无人机位置(框1302)。工作无人机位置可以是工作无人机的位置和/或工作无人机的天线的位置，由此可以建立工作无人机通信链路。工作无人机的位置可以在特定的时间或定期从工作无人机传输。因此，工作无人机位置可以定期更新，以反映基站如何随着时间的推移保持在同一地点或随时间移动。工作无人机的位置可以通过工作无人机全向天线或通过工作无人机定向天线传输，例如通过指向中继无人飞行器的位置的工作无人机定向天线或在扫描运动中的工作无人机定向天线，该扫描运动跨度一个恰好包括中继无人机的宽范围。

中继无人机可以将中继无人机上的中继无人机定向天线校准到工作无人机位置(框1304)。中继无人机可以将中继无人机定向天线指派给单个工作无人驾驶飞机，或者可以在许多工作无人机中共享中继无人机定向天线 (例如通过执行时间或基于代码的多路复用)。

中继无人机可以与工作无人机建立工作无人机通信链路(框1306)。

工作无人机通信链路可以与工作无人机建立，首先初始化与工作无人机的通信握手，以便工作无人机初始化或接受与中继无人机的通信。握手后，中继无人机可以通过中继无人机的定向天线与工作无人机通信。通信可以发生于中继无人机使用中继无人机的定向天线，将数据或信号发送到和/或接收来自工作无人机的信号。传输的数据或信号可以包括工作无人机控制信号和 /或工作无人机数据信号。

在某些实施例中，握手包括将中继无人机位置发送到工作无人机，并将在工作无人飞行器上定向天线校准到指向中继无人机位置。握手后，工作无人机通信链路可以通过中继无人机的定向天线与中继无人机通信建立。

图14是建立基站通信链路的示例过程的流程图。过程1400可以由中继无人机执行，该中继无人机可以使用一个或多个计算机或处理器

中继无人机可以获得基站位置(框1402)。基站位置可以从基站获得，通过传感器可获得到中继无人机，或者可以预先预定并存储在中继无人机可访问的数据存储器中。基站位置可以是基站的位置和/或基站天线的位置，由此可以建立基站通信链路。基站位置可以周期性地确定或更新，例如通过刷新中继机器人可访问的传感器或从基站周期性地发送。因此，基站位置可以定期更新，以反映基站如何随着时间的推移保持在同一地点或随时间移动。

当接收到并没有感测到，基站位置可通过中继无人机上的全向天线或定向天线无线接收，如通过指向基站的位置的中继无人机定向天线或在扫描运动中的中继无人机定向天线，该扫描运动跨度一个恰好包括基站的宽范围。

基站位置可以通过基站的全向天线或定向天线从基站无线发出，如通过指向中继无人机的位置的基站定向天线或在扫描运动中的基站定向天线，该扫描运动跨度一个恰好包括中继无人机的宽范围。

在某些实施例中，基站位置可以通过与基站连接的物理线来接收。基站位置可以被编码为来自基站在中继无人机中接收到的中继无人机控制信号的一部分。

可选地，如虚线所示，中继无人机可以响应接收基站位置而执行导航协议(框1404)。例如，基于上述的基站位置，中继无人机可以执行导航协议，其使得中继无人机保持在基站附近，或者沿着与基站具有直接视线的路径移动。在某些实施例中，中继无人机可能从基站接收控制信号，该基站配置中继无人机(或没有先接受控制信号时预编程)保持在基站附近内或沿着具有与基站的直接视线的路径移动。

中继无人机可以校准中继无人机上的天线以与基站通信(框1406)。天线可以通过采用用于与基站通信的通信协议特性来校准，例如通过采用用于与基站通信的特性数据编码协议和/或通过校准朝向基站的定向天线到直接指向基站位置。在某些实施例中，中继无人机可以将定向天线指定给单个基站，或者可以在许多基站之间共享定向天线(例如通过执行时间或基于代码的多路复用)。

中继无人机可以与基站建立基站通信链路(框1408)。通过初始化与基站的通信握手可以与基站建立中继无人机通信链路，以使初始化基站或接受与中继无人机通信。握手之后，中继无人机可以通过用于与基站通信的通信协议特性与基站通信。通信可以发生于中继无人机使用中继无人机的定向天线向基站传输数据或信号和/或接收来自基站的数据或信号。传输的数据或信号可以包括中继无人机控制信号和/或工作无人机数据信号。

在某些实施例中，握手包括将中继无人机位置发送到基站以便校准在基站处定向天线并指向中继无人机位置。握手后，可以通过经由基站的定向天线与中继无人机通信，建立基站通信链路。

图15是建立中继无人机通信链路的示例过程的流程图。过程1500可以由中继无人机执行，该中继无人机可以使用一个或多个计算机或处理器。

中继无人机可以获得第二中继无人机的第二中继无人机位置(框1502)。第二中继无人机是中继无人机配置为与之建立通信的远程中继无人机。第二中继无人机位置可以是第二中继无人机的位置和/或第二中继无人机的天线的位置，由此可以建立中继无人机通信链路。第二中继无人机位置可通过中继无人机可访问地传感器和/或从第二中继无人机在特定时间或定期地传输来感测。或者，第二中继无人机位置可以从基站或从中继无人机在网络上可访问的任何源发送。在某些实施例中，第二中继无人机位置可以被编码为从基站接收的中继无人机控制信号的一部分。

第二中继无人机位置可通过中继无人机上的全向天线或定向天线无线接收，如通过指向中继无人机的第二中继无人机定向天线或在扫描运动中的第二中继无人机定向天线，该扫描运动跨度一个恰好包括第二中继无人机的宽范围。

第二中继无人机位置可以通过第二中继无人机上的全向天线或定向天线从第二中继无人机无线发出，如通过指向中继无人机的位置的第二中继无人机定向天线或在扫描运动中的第二中继无人机定向天线，该扫描运动跨度一个恰好包括中继无人机的宽范围。

中继无人机可以将中继无人机上的定向天线校准到第二中继无人机位置(框1504)。中继无人机可以将中继天线上的定向天线指派给单个第二中继无人机，或者可以在许多第二中继无人机之间在中继无人机上共享定向天线。(例如通过执行时间或基于代码的多路复用)

中继无人机可以与第二中继无人机建立中继无人机通信链路(框1506)。在与第二中继无人机建立中继无人机通信链路时，中继无人机可以初始化与第二中继无人机的通信握手，以初始化第二中继无人机或接受与中继无人机的通信协议。在握手之后，中继无人机可以通过用于与第二中继无人机通信的通信协议特性与第二中继无人机进行通信。通信协议可以包括中继无人机使用中继无人机的定向天线(以及可选地，在通信链路的另一端的第二中继无人飞行器的定向天线)发送到第二中继无人机的数据或信号和/或接收来自第二中继无人机的数据或信号。用于第二中继无人机与中继无人机通信的通信协议可包括将中继无人机位置传送到第二中继无人机，并使第二中继无人机校准在第二中继无人机上的定向天线到中继无人机位置。传输的数据或信号可包括中继无人机控制信号、工作无人机控制信号和/或工作无人机数据信号。

图16示出了用于实现本文描述的特征和过程的无人机的示例系统架构框图。无人机可能是中继无人机，也可能是工作无人机。

无人机主操作系统1600可以是一个或多个计算机的系统，或在一个或多个计算机的系统上执行的软件，该系统与一个或多个数据库通信或维护。无人机主操作系统1600可以是一个或多个处理器1635系统、图形处理器 1636、I/O子系统1634、逻辑电路、模拟电路、相关的易失性和/或非易失性存储器中、相关的输入/输出数据端口、电源端口，等，和/或一个或多个软件处理执行一个或多个处理器或计算机。自动驾驶系统1630包括惯性测量单元(IMU)1632、处理器1635、I/O子系统1634、GPU1636和各种操作系统 1620和模块1620-1629。存储器1618可以包括非易失性存储器，例如更多的磁盘存储设备、固态硬盘驱动器或闪存。当无人机是可操作时，其它易失性存储器如RAM、DRAM、SRAM可用于临时存储数据。数据库可以存储描述无人机导航操作、信息导航计划、应急事件、区域信息、组件的信息和其它信息。

无人机操作系统可以耦合到一个或多个传感器，如GNSS接收机1650 (例如，GPS、GLONASS、Galileo或北斗系统)、陀螺仪1656、加速度计 1658、温度传感器1654、压力传感器(静态或差值)1652、电流传感器、电压传感器、磁力计、比重计、传感器和电机。无人机可以使用用于导航无人机的惯性测量单元(IMU)1632。传感器可以耦合到操作系统，或耦合到无人机操作系统的控制器板。一个或多个通信总线，例如CAN总线或信号线，可以耦合各种传感器和组件。

各种传感器、设备、固件和其它系统可以相互连接，以支持无人机的多种功能和操作。例如，无人机主操作系统1600可以利用各种传感器来确定车辆当前的地理空间位置、姿态、姿态、高度、速度、方向、俯仰、滚动、偏航和/或空速，以及驾驶车辆沿着指定的路线和/或指定的位置和/或控制车辆的姿态、速度、高度和/或空速(或者即使当未导航车辆沿着特定的路径或一个特定的位置时)。

导航控制模块(也称导航控制引擎)1622处理无人机的导航控制操作。模块与控制电机1642和/或致动器1644的操作的一个或多个控制器1640相互作用。例如，该电机可以用于旋转的螺旋桨，致动器可用于导航表面控制如副翼、方向舵、襟翼、起落架和降落伞部署。

应急模块1624监测和处理应急事件。例如，应急模块可以检测到无人机已经越过地理围栏的边界，然后指导导航控制模块返回到预定着陆地点。其它应急标准可能是检测低电池或燃料状态，或机载传感器、马达故障或偏离导航计划。上述情况并不意味着限制，因为可能会检测到其他突发事件。在一些情况下，如果电机或执行器失败，如果在无人机上安装了，则降落伞可能被部署。

任务模块1629处理导航计划、航途基准点和其它与导航计划相关的信息。任务模块1629与导航控制模块联合工作。例如，任务模块可以发送有关导航计划的信息到导航控制模块，例如纬度/经度航途基准点、海拔、导航速度，以便导航控制模块可以自动驾驶无人机。

无人机可能有各种装置连接到它进行数据收集。例如，照相机1649、摄像机、红外相机、多光谱相机和激光雷达、无线电收发器、声纳、TCAS(交通防撞系统)。设备收集的数据可存储在收集数据的设备上，或者数据可存储在无人机操作系统1600的非易失性存储器1618上。

无人机操作系统1600可耦合到各种天线、无线电和发射机1659，以便手动控制无人机，以及以便向和从无人机主操作系统1600以及可选的无人机次操作系统1602进行无线或有线数据传输。无人机可以使用一个或多个通信子系统，例如无线通信或有线子系统，以促进与无人机的通信。无线通信子系统可包括天线、无线电收发机和红外、光学超声、电磁装置。有线通信系统可能包括端口如以太网、USB端口、串行端口、或其它类型的端口来建立有线连接到其他设备的无人机，如地面控制系统，基于云计算的系统，或者其它设备，例如手机、平板电脑、个人电脑、显示器、其它网络-功能的设备。无人机可以使用轻型栓线连到地面基站与无人驾驶飞机通信。栓线可以被可拆卸地贴到无人机，例如通过磁力耦合器。

导航数据日志可以通过读取来自无人机传感器和操作系统的各种信息并将信息存储在非易失性存储器中而生成。数据日志可以包括各种数据的组合，例如时间、高度、航向、环境温度、处理器温度、压力、电池电平、燃料水平、绝对或相对位置、GPS坐标、俯仰、滚转、偏航、地面速度、湿度、速度、加速度和应急信息。上面提到的并不意味着限制，其它数据可能会被捕获并存储在导航数据日志中。导航数据日志可以存储在可移动介质和安装在地面控制系统上的介质上。或者，数据日志可以传送到基站、第二中继机、指挥中心或网络系统。

可以使用操作系统执行用于导航操作、应急演习和其他功能的模块、程序或指令。在一些实现中，操作系统1620可以是实时操作系统(RTOS)、 UNIX、LINUX、OS X、WINDOWS、ANDROID或其它操作系统。此外，其它软件模块和应用可以在操作系统上运行，例如导航控制模块1622、应急模块1624、应用模块1626和数据库模块1628。通常，导航关键功能将使用无人机操作系统1600执行。操作系统1620可包括用于处理基本系统服务和执行与硬件相关的任务的指令。

除了无人机主操作系统1600之外，次操作系统1602可以用于运行另一操作系统来执行其它功能。无人机次操作系统1602可以是一个或多个计算机的系统，或在一个或多个计算机的系统上执行的软件，该系统与一个或多个数据库通信或维护。无人机次操作系统1602可以是一个或多个处理器 1694系统、图形处理器1692、I/O子系统1693、逻辑电路、模拟电路、相关的易失性和/或非易失性存储器中、相关的输入/输出数据端口、电源端口，等，和/或一个或多个软件处理执行一个或多个处理器或计算机。存储器1670 可以包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储设备、固态硬盘驱动器、闪速存储器。当无人机是可操作时，其它易失性存储器如RAM、DRAM、 SRAM可用于数据存储。

理想情况下，在次操作系统1602上运行的模块、应用和其它功能将是非关键功能，即如果功能失败，无人驾驶飞机仍能安全运行。在一些实现中，操作系统1672可以基于实时操作系统(RTOS)、UNIX、LINUX、OS X、 WINDOWS、ANDROID或其它操作系统。此外，其它软件模块和应用可以在操作系统1672上运行，例如应用模块1678、数据库模块1680等等(例如，模块1672-1680)。操作系统1602可包括用于处理基本系统服务和执行与硬件相关的任务的指令。

同时，控制器1646可用于交互和操作有效载荷传感器或设备1648，和其它传感器或设备，如照相机1649、摄像机、红外相机、多光谱相机、立体相机对激光雷达、无线电收发器、声纳、激光测距、测高、TCAS(交通防撞系统)、ADS-B(广播式自动相关监视)转发器。可选地，次操作系统1602 可以具有耦合控制器以控制有效载荷传感器或装置。

上述部分中描述的每一个过程、方法和算法都可以由由一个或多个计算机系统或包括计算机硬件的计算机处理器执行的代码模块来实现，并且由此全部或部分地自动化。代码模块(或“引擎”)可以存储在任何类型的非临时计算机可读介质或计算机存储设备上，例如硬盘驱动器、固态存储器、光盘和/或类似的。该系统和模块也可以生成数据信号传输(例如，作为载波或其他模拟或数字传播信号的一部分)在各种计算机可读的传输介质，包括基于有线/无线和电缆为基础的介质，并可采取多种形式(例如，作为一个单一的或多路模拟信号，或为多个离散的数字分组或帧)的一部分。该过程和算法可以部分地或全部地应用于特定应用的电路中。所公开的过程和处理步骤的结果可以在任何类型的非临时计算机存储中(例如在易失性或非易失性存储器中)被持久地或以其他方式存储。

一般来说，这里所使用的术语“引擎”和“模块”指的是体现在硬件或固件上的逻辑，或指的是一系列的软件指令，可能有出入点，用一种编程语言编写，如，例如，Java，Lua，C或C++。软件模块可以被编译并链接到一个可执行的程序，安装在一个动态链接库，也可以用一种解释等编程语言编写，例如BASIC、Perl或Python。软件模块可以从其他模块或自身调用，和 /或可以响应于检测到的事件或中断调用。配置在计算机设备上执行的软件模块可以提供在一个或多个计算机可读介质上，如光盘、数字视频光盘、闪存驱动器或任何其它有形介质。这种软件代码可以在执行计算设备的存储器设备上部分地或全部地存储。软件指令可以嵌入在固件中，如EPROM。还将进一步认识到，硬件模块可以由连接的逻辑单元组成，例如门和触发器，和 /或可以由可编程单元(例如可编程门阵列或处理器)组成。本文中描述的模块优选地被实现为软件模块，但可以用硬件或固件来表示。一般来说，这里描述的模块指的是逻辑模块，这些模块可以不管它们的物理组织或存储而与其他模块相结合，也可以分为子模块。电子数据源可以包括数据库、易失性 /非易失性存储器以及任何维护信息的存储系统或子系统。

本文实施例公开的描述连接的各种说明性逻辑框和模块可以由机器实现或完成，如通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件，分立门或晶体管逻辑，离散的硬件组件，或其设计执行本文所描述的功能的任意组合。通用处理器可以是微处理器，但在另一方面，处理器可以是控制器、微控制器或状态机、它们的组合，或类似的。处理器可以包括配置为处理计算机可执行指令的电气电路。在另一个实施例中，处理器包括FPGA或其它可执行逻辑操作而非处理计算机可执行指令的可编程设备。处理器也可以作为计算设备的组合来实施，如DSP和微处理器的组合，多个微处理器，以DSP为核心的连接一个或多个微处理器，或任何其他配置。虽然本文描述主要涉及数字技术，处理器也包括主要模拟元件。例如，本文描述的部分或全部信号处理算法可以在模拟电路或混合模拟和数字电路中实现。计算环境可以包括任何类型的计算机系统，包括但不限于，仅命名几个，基于微处理器的计算机系统、大型计算机、数字信号处理器、便携式计算设备、设备控制器、或计算设备内的计算引擎。

本文所公开的实施例中描述的方法、过程或算法的元素可以直接在硬件中、存储在一个或多个存储器设备中的软件模块中实现，并由一个或多个处理器执行，或者两者的组合。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪速存储器、只读存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或任何其他形式的非暂时性计算机可读存储介质、媒体或现有已知的物理计算机存储器中。示例存储介质可以耦合到处理器，使得处理器能够从存储介质读取信息，并向存储介质写入信息。另一方面，存储介质可以与处理器集成。存储介质可以是易失性的或非易失性的。处理器和存储介质可以驻留在专用集成电路中。ASIC可以驻留在用户终端中。在替代方案中，处理器和存储介质可以作为用户终端中的分立组件驻留。

上面描述的各种特征和过程可以彼此独立使用，也可以以多种方式组合在一起。所有可能的组合和子组合落在这个公开的范围。此外，某些方法或过程框可以在某些实现中省略。本文中所描述的方法和过程也不限于任何特定序列，并且与之相关的框或状态可以在适当的其他序列中执行。例如，所描述的框或状态可以以特定公开的顺序执行，或者多个框或状态可以以单个框或状态组合在一起。示例框或状态可以串行地、并行地或以其他方式执行。框或状态可以被添加到或从所公开的示例实施例中移除。这里描述的示例系统和组件可以配置为不同于所描述的。例如，与公开的示例实施例相比，元素可以被添加、移除或重新排列。

这里使用的条件语言，例如，“可”，“可以”，“可能”，“也许”，“例如”，及类似的，除非另有具体说明，或在使用的上下文中以其他方式理解，一般指传达某些实施例包括，而其他实施例不包括，某些特征、元素和/或步骤。因此，这样的条件语言一般不意味着特征、元素和/或步骤是在一个或多个实施例所需的任何方式中，或一个或多个实施例必须包括决定的逻辑，带或不带作者输入或提示，是否包括这些特征、元素和/或步骤，或是在任何一个特定的实施例进行。术语“包括”、“包含”、“拥有”等都是同义词，并被包含地使用，在开放式方法中，并不排除额外的元素、特征、行为和操作，等等。此外，术语“或”是在被用来包括在内的(不包括在内)以便当使用时，例如，连接元素列表，术语“或”意味着列表中的一个、一些或所有的元素。连接语言，如短语“X、Y和Z中的至少一个，“除非特别规定，否则结合内容理解为通用术语来表达一个项目、条件等。可能是X，Y或Z。因此，这样的连接语言通常不意味表达某些实施例需要现在的每个，至少一个X，至少一个Y和至少一个Z。

此处所使用的“一”一词应具有包容性而不是排他性的解释。例如，除非特别指出，“一”并不意味着“一个”或“唯一”；相反，“一”是指“一个或多个”或“至少有一个”，无论用在权利要求书或说明书的其它位置以及不管在权利要求书和说明书中量词的使用如“至少一个，”“一个或更多，”或“多个”。

此处所使用的“包括”一词应具有包容性而非排他性。例如，包括一个或多个处理器的通用计算机不应被解释为排除其他计算机组件，并且可能包括诸如存储器、输入/输出设备和/或网络接口等组件。

虽然已经描述了某些示例实施例，但仅以示例的方式呈现了这些实施例，并且不打算限制披露的范围。因此，上述描述中的任何内容都不意味着任何特定的元素、特征、特征、步骤、模块或框是必要的或不可缺少的。实际上，本文中所描述的新方法和系统可以体现在各种其他形式中，此外，本文中所描述的方法和系统的形式中的各种遗漏、替换和更改可以在不背离本文所揭示的发明的精神的情况下进行。所附权利要求书及其对等物旨在涵盖这些形式或修改，如属于本发明所披露的某些发明的范围和精神。

本文中描述的流程图和/或附图中描述的任何流程描述、元素或框应被理解为潜在地表示模块、段或部分代码，其中包括执行过程中特定逻辑功能或步骤的一个或多个可执行指令。在本文所描述的实施例的范围内包括了可替换的实现，其中可删除或从所示或讨论的顺序执行的元素或功能，包括基本上的或相反的顺序，取决于所涉及的功能，如本领域技术人员所理解的。

应当强调的是，可以对上述实施例进行多种变体和修改，其内容将被理解为其他可接受的示例。所有这些修改和变更都打算包括在本公开的范围内。前述描述详细说明本发明的某些实施例。然而，无论上述细节如何在文本中出现，这项发明在许多方面都可以实行。也是上面说的，应该指出的是，特定的术语的使用在描述本发明的某些特征或方面不应该采取暗示的术语被重新定义，被限制在任何特定的特性包括本发明的术语的特征或因素有关。

需要理解的是，不一定按照本文所述的任何特定实施例来实现所有对象或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，某些实施例可以被配置为以实现或优化此处所教导的一个优点或一组优点而操作，而不必实现如本文所教导或建议的其他对象或优点。

Claims

1.一种系统，包括：

至少一中继无人机，被配置为：

保持在到基站的无阻碍的直线内；

保持在到工作无人机的无阻碍的直线内；

传递从基站接收的工作无人机控制信号至工作无人机以为基站控制工作无人机，以及

传递从工作无人机接收的已收集信息数据信号至基站。

2.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机包括：

第一中继无人机，被配置为保持在到基站的无阻碍的直线内；以及

第二中继无人机，被配置为保持在到工作无人机的无阻碍的直线内，第一中继无人机被配置为保持在第二中继无人机的视线内。

3.如权利要求1所述的系统，其中，到工作无人机的无阻碍的直线包括足以在至少一中继无人机和工作无人机之间单向无线通信的无障碍的线性关系。

4.如权利要求1所述的系统，其中，到基站的无阻碍的直线包括足以在至少一中继无人机和基站之间栓上电缆的无障碍的线性关系。

5.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机和工作无人机之间的第一距离比至少一中继无人机和基站之间的第二距离大一个数量级。

6.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机被配置为响应于基站运动而移动以保持在到基站的无阻碍的直线内。

7.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机被配置为从基站接收中继无人机控制信号，中继无人机控制信号控制中继无人机。

8.如权利要求7所述的系统，其中，中继无人机控制信号不被传递到工作无人机。

9.如权利要求8所述的系统，其中，中继无人机控制信号配置至少一中继无人机在距离基站的设定距离内采取自主飞行模式。

10.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机包括：

全向天线，被配置为从工作无人机接收位置信号；

第一定向天线，被配置为接收工作无人机控制信号；以及

第二定向天线，被配置为发送工作无人机控制信号。

11.如权利要求10所述的系统，其中，全向天线位于与第一定向天线相对的至少一中继无人机的另一端。

12.如权利要求1所述的系统，其中，基站不在到工作无人机的无阻碍的直线内。

13.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机不是固定翼无人机。

14.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机是多用途直升机无人机。

15.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机是栓在基站上的滑翔机。

16.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机被配置为从工作无人机接收位置信号，位置信号包括GPS坐标和海拔高度。

17.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机被配置为：

保持在到第二工作无人机的无阻碍的直线内；

传递从基站接收的第二控制信号至第二工作无人机；以及

传递从第二工作无人机接收的第二数据信号至基站。

18.如权利要求17所述的系统，其中，至少一中继无人机包括单无人机，被配置为：

通过单无人机上的第一定向天线传递从基站接收的工作无人机控制信号至工作无人机；以及

通过单无人机上的第二定向天线传递从基站接收的第二工作无人机控制信号至第二工作无人机。

19.如权利要求1所述的系统，其中，工作无人机被配置为自主飞行。

20.如权利要求1所述的系统，其中，工作无人机被配置为在地面上自主运动。

21.如权利要求1所述的系统，其中，工作无人机是通讯设备。

22.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机包括朝下指向基站的定向天线。

23.如权利要求22所述的系统，其中，定向天线使用万向节导向。

24.如权利要求23所述的系统，其中，至少一中继无人机包括指向工作无人机的第二定向天线。

25.如权利要求24所述的系统，其中，第二定向天线使用第二万向节导向。

26.如权利要求1所述的系统，其中，至少一中继无人机被配置为从第一位置移动到相对于第一位置，具有与基站的增强的信号接收的第二位置。

27.如权利要求26所述的系统，其中，信号是工作无人机控制信号或已收集信息数据信号。