CN108768494B - 一种无人机接力测控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人机接力测控方法，包括以下步骤：S1、建立多个地面站，采用地面站组网的方式延伸测控范围，对测控机载设备进行唯一地址标识进行动态入网鉴权；S2、无人机在多个地面站中进行切换，选择合适的地面站；S3、对无人机数据进行分类，针对不同的分类数据采用不同的传输方式与指挥中心进行传输。本发明所述的无人机接力测控方法将多个地面站进行地面组网实现无人机控制权不间断交接，指挥中心可以连续不间断对无人机状态及视频进行监测；在距离绵长、无人机航程能力超出单地面站测控范围的情况下扩大无人机作业区域，并实现机载设备的随机入网退网，最大化无人机巡检效率。

Description

一种无人机接力测控方法
技术领域
本发明属于无人机通信技术领域，尤其是涉及一种无人机接力测控方法。
背景技术
海域无人机动态监视监测、无人机电力巡线等工程具有范围大、距离远、实时共享的应用特征。传统点对点专用数据链使得目前无人机只能在可视范围内飞行。
现有的无人机测控通信的缺点：
公用蜂窝移动网络信号波束传播方向向下，覆盖高度有限，与无人机巡检的飞行高度要求矛盾。公用蜂窝移动网络带宽不稳定，在人口稠密地点信号强，但存在竞争性使用问题，人少地点信号弱，难以满足无人机巡检时对通信可靠性和安全性的特殊要求。另外基于蜂窝移动网络的机载数据链存在上行速率低、下行速率高且传输延时不稳定等固有缺陷。
机载卫星通信数据链传输延时一般在3s以上，目前还不能完全满足无人机长时间贴近输电线路等飞行的高精度、实时飞控要求。另外，传输带宽低，难以满足高清视频实时回传需求。
机间空空中继利用中继机实现任务机的测控距离，系统相对复杂，占用资源较多，安全稳定风险加大。
地面移动中继需要道路支持，交通条件要求高；相邻中继站之间需要通视，作业选点难度较大，且存在信号盲区，覆盖区域相对有限；每次执行任务时增加大量的人员与车辆投入。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种无人机接力测控方法，以解决现有的无人机通信受多重情况影响，指挥中心无法有效的长距离对无人机的测控和飞行进行精确的控制。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种无人机接力测控方法，包括以下步骤：
S1、建立多个地面站，采用地面站组网的方式延伸测控范围，对测控机载设备进行唯一地址标识进行动态入网鉴权；
S2、无人机在多个地面站中进行切换，选择合适的地面站；
S3、对无人机数据进行分类，针对不同的分类数据采用不同的传输方式与指挥中心进行传输。
进一步的，其中步骤S1中，所述的地面站包括地面站数据链、测控信息转发设备、专网接入终端，地面站数据链用于与无人机记载数据链进行通信，并将测控信息发送给测控信息转发设备，测控信息转发设备将测控信息通过专网接入终端发送至指挥中心。
进一步的，所述专网接入终端还直接与地面站数据链连接，指挥中心发送的控制命令通过专网接入终端和地面站数据链发送至无人机机载数据链。
进一步的，所述步骤S2，具体方法如下：
S201、无人机开机后顺序搜索可连接的多个地面站，直至与某一地面站建立连接，采用码分多址(CDMA)技术对各地面站进行标识；
S202、无人机与某一地面站建立连接后，无人机同时对可连接的地面站信号进行相关同步操作，地面站的信号强度越大，相关值越大，比较多个地面站相关值的结果，如果当前地面站相关值最大，不进行切换，否则向其他相关值较大的地面站切换，机载数据链同时接收所有同频遥控信号，通过不同伪码序列确定受控于哪个地面站；
S203、一旦无人机与当前地面站链路中断，则比较其他可连接地面站的相关值，向信号强度大的一个切换，然后进入跟踪切换阶段；如果当前和其他可连接地面站同时同步失败，则进入连接建立阶段，从当前地面站开始，顺序搜索其他地面站。
进一步的，所述步骤S202中，地面站切换过程中，相关值比较时，采用具有滞后余量的相对信号强度准则，即仅允许在新地面站的信号强度比原地面站信号强度强一定余量，即大于滞后余量的情况下进行切换。
进一步的，所述步骤S3的具体方法如下：
无人机下行数据为高速视频数据和低速遥测数据，上行数据为低速遥控数据；无人机下行数据通过机载数据链回传至地面站数据链，地面站数据链通过专网接入终端将视频数据回传至指挥中心的视频监控软件；测控信息转发设备接受地面站数据链的下行的遥测数据通过专网接入终端传送至指挥中心。
进一步的，对于图像数据，由指挥中心进行多路视频并行缓存，切换播放过程中根据当前帧号选择所要切换链路对应的下一帧视频数据，避免不同延时产生的图像抖动和中断，保证链路切换中视频的流畅性。
相对于现有技术，本发明所述的人机接力测控方法具有以下优势：
本发明所述的无人机接力测控方法将多个地面站进行地面组网实现无人机控制权不间断交接，指挥中心可以连续不间断对无人机状态及视频进行监测；在距离绵长、无人机航程能力超出单地面站测控范围的情况下扩大无人机作业区域，并实现机载设备的随机入网退网，最大化无人机巡检效率
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的人机接力测控方法原理图；
图2为本发明实施例所述的地面站切换时基带信号处理流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，一种无人机接力测控方法，包括以下步骤：
S1、建立多个地面站，采用地面站组网的方式延伸测控范围，对测控机载设备进行唯一地址标识进行动态入网鉴权；
S2、无人机在多个地面站中进行切换，选择合适的地面站；
S3、对无人机数据进行分类，针对不同的分类数据采用不同的传输方式与指挥中心进行传输。
其中步骤S1中，所述的地面站包括地面站数据链、测控信息转发设备、专网接入终端，地面站数据链用于与无人机记载数据链进行通信，并将测控信息发送给测控信息转发设备，测控信息转发设备将测控信息通过专网接入终端发送至指挥中心。
所述专网接入终端还直接与地面站数据链连接，指挥中心发送的控制命令通过专网接入终端和地面站数据链发送至无人机机载数据链。
所述步骤S2，具体如下：
针对无人机测控通信特点，遥控数据速率低具备扩频条件，因此采用码分多址(CDMA)技术对各测控站进行标识。而图像和遥测数据采用广播分发方式，各测控站均能平等接收。机载数据链同时接收所有同频遥控信号，通过不同伪码序列确定受控于哪个地面站，地面站切换过程中采用具有滞后余量的相对信号强度准则，即仅允许在新地面站的信号强度比原地面站信号强度强一定余量，即大于滞后余量的情况下进行切换。该技术可以防止由于信号波动引起的无人机在两个测控站之间来回重复切换，即“乒乓效应”。
如图1，图2所示，以三个地面站为例，无人机同时对三个地面站信号进行相关同步操作，对检测到的信号进行解调，解调后的三个地面站信号强度越大，相关值越大，因此本项目的基本方案就是：比较三个地面站的相关值，并向相关值大的地面站切换，地面站切换的具体方法如下：
S201、连接建立阶段，无人机开机后顺序搜索三个地面站，直至与某一地面站建立连接；
S202、跟踪切换阶段，无人机与某一地面站建立连接后，搜索当前地面站、前一个和后一个地面站，分别进行相关同步，比较三个相关值的结果，如果当前地面站相关值最大，不进行切换，否则向前或向后一个地面站切换；重复以上过程；
S203、失联重建阶段，一旦无人机与当前地面站链路中断，则比较前一个和后一个地面站的相关值，向信号强度大的一个切换，然后进入跟踪切换阶段；如果当前和前后共三个地面站同时同步失败，则进入连接建立阶段，从当前地面站开始，顺序搜索三个地面站。
所述步骤S3的具体方法如下：
无人机下行数据为高速视频数据和低速遥测数据，上行数据为低速遥控数据；无人机下行数据通过机载数据链回传至地面站数据链，地面站数据链通过专网接入终端将视频数据回传至指挥中心的视频监控软件；测控信息转发设备接受地面站数据链的下行的遥测数据通过专网接入终端传送至指挥中心。
所述上行数据通过专网接入终端传送至地面站数据链，通过地面站数据链发送至机载数据链。
对于图像数据，由指挥中心进行多路视频并行缓存，切换播放过程中根据当前帧号选择所要切换链路对应的下一帧视频数据，避免不同延时产生的图像抖动和中断，保证链路切换中视频的流畅性。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无人机接力测控方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、建立多个地面站，采用地面站组网的方式延伸测控范围，对测控机载设备进行唯一地址标识进行动态入网鉴权；
S2、无人机在多个地面站中进行切换，选择合适的地面站；
S3、对无人机数据进行分类，针对不同的分类数据采用不同的传输方式与指挥中心进行传输；
其中步骤S1中，所述的地面站包括地面站数据链、测控信息转发设备、专网接入终端，地面站数据链用于与无人机机载数据链进行通信，并将测控信息发送给测控信息转发设备，测控信息转发设备将测控信息通过专网接入终端发送至指挥中心。
2.根据权利要求1所述的无人机接力测控方法，其特征在于：所述专网接入终端还直接与地面站数据链连接，指挥中心发送的控制命令通过专网接入终端和地面站数据链发送至无人机机载数据链。
3.根据权利要求1所述的无人机接力测控方法，其特征在于，所述步骤S2，具体方法如下：
S201、无人机开机后顺序搜索可连接的多个地面站，直至与某一地面站建立连接，采用码分多址(CDMA)技术对各地面站进行标识；
S202、无人机与某一地面站建立连接后，无人机同时对可连接的地面站信号进行相关同步操作，地面站的信号强度越大，相关值越大，比较多个地面站相关值的结果，如果当前地面站相关值最大，不进行切换，否则向其他相关值较大的地面站切换，机载数据链同时接收所有同频遥控信号，通过不同伪码序列确定受控于哪个地面站；
S203、一旦无人机与当前地面站链路中断，则比较其他可连接地面站的相关值，向信号强度大的一个切换，然后进入步骤S202；如果当前和其他可连接地面站同时同步失败，则进入步骤S201，从当前地面站开始，顺序搜索其他地面站。
4.根据权利要求3所述的无人机接力测控方法，其特征在于，所述步骤S202中，地面站切换过程中，相关值比较时，采用具有滞后余量的相对信号强度准则，为仅允许在新地面站的信号强度比原地面站信号强度强一定余量，即大于滞后余量的情况下进行切换。
5.根据权利要求1所述的无人机接力测控方法，其特征在于：所述步骤S3的具体方法如下：
无人机下行数据为高速视频数据和低速遥测数据，上行数据为低速遥控数据；无人机下行数据通过机载数据链回传至地面站数据链，地面站数据链通过专网接入终端将视频数据回传至指挥中心的视频监控软件；测控信息转发设备接受地面站数据链的下行的遥测数据通过专网接入终端传送至指挥中心。
6.根据权利要求5所述的无人机接力测控方法，其特征在于：对于视频数据，由指挥中心进行多路视频并行缓存，切换播放过程中根据当前帧号选择所要切换地面站数据链的链路对应的下一帧视频数据。
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