CN109094793B - 一种长续航无人机城市应急监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于信息检索及数据库结构技术领域，公开了一种长续航无人机城市应急监测系统及方法，包括无人机机身、电池、动力系统、传感器。无人机机身安装有供电电池，动力系统与机身连接，无人机机身搭载有传感器。本发明提供的精准垂直起降与悬停技术，以及高效的数据传输技术，最终形成各个固定和机动节点通过搭载中继或自组网数据链形成紧密联系、协同工作的应急空中视频信息传输平台，从而实现无人机升空高、续航长、有效载荷大、机动灵活、覆盖面广等预期目标，构建出一套适应复杂环境的无人机应急空地信息高带宽数据传输系统，以期为城市紧急事件提供强大技术保障。

Description

一种长续航无人机城市应急监测方法

技术领域

本发明属于信息检索；及其数据库结构技术领域，尤其涉及一种长续航无人机城市应急监测系统及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：无人驾驶飞机简称“无人机”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。机上无驾驶舱，但安装有自动驾驶仪、程序控制装置等设备。地面、舰艇上或母机遥控站人员通过雷达等设备，对其进行跟踪、定位、遥控、遥测和数字传输。可在无线电遥控下像普通飞机一样起飞或用助推火箭发射升空，也可由母机带到空中投放飞行。回收时，可用与普通飞机着陆过程一样的方式自动着陆，也可通过遥控用降落伞或拦网回收。可反复使用多次。广泛用于空中侦察、监视、通信、反潜、电子干扰等。长期以来，续航时间一直无人机技术民用方面的短板，特别是在城市应急事件监测领域，某种程度上限制了无人机技术的发展。城市应急指挥信息系统是指在正常状态下对全市公共安全进行实时监测，收集各方面的实时信息，发生突发公共安全事件时作出反应，搜集、整理现有信息资料和动态反馈安全信息资料，组织人力、物力实施救援或采取相应措施化解城市危机的现代化信息技术指挥系统。将无人机应用到城市应急检测系统，可实现城市应急一体化信息平台，可将整座城市的公共设施保障部门与救援机构有机融合到一起，实现信息资源共享，共同构建无人机的在城市应急中的应用，可以获取城市日常公共安全实时信息，获取突发事件指定区域的图像信息，完善城市应急指挥信息系统。目前，市场上的民用小型无人机以多旋翼无人机为主，且主要选用电能为主要能源。虽然多旋翼无人机操作原理简单，方便起降及悬停，而在多旋翼无人机的功能越来越强大的同时，其续航能力就需要更加地重视；但是，目前市场上销售的多旋翼无人机的续航基本在二十几分钟，对于无人机的应用需求来说是远远不够的。

综上所述，现有技术存在的问题是：

目前，市场上的民用小型无人机以多旋翼无人机为主，且主要选用电能为主要能源，续航时间短；

实用新型内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种长续航无人机城市应急监测系统及方法。

本发明是这样实现的，一种长续航无人机城市应急监测系统，所述长续航无人机城市应急监测系统包括：无人机机身、电池、动力系统、传感器；

无人机机身安装有供电电池，动力系统与无人机机身连接，无人机机身搭载有传感器。

进一步，所述长续航无人机城市应急监测系统垂直起降采用气动布局设计、系统建模技术、飞行控制技术控制；同时在模式转换时，固定翼向多旋翼平稳切换。

进一步，所述长续航无人机城市应急监测系统采用RTK技术控制无人机的悬停精度。

进一步，所述长续航无人机城市应急监测系统正交频分复用技术，采用多载波调制解调技术。

本发明的另一目的在于提供一种应用于长续航无人机城市应急监测系统的长续航无人机城市应急监测方法，所述长续航无人机城市应急监测方法包括以下步骤：

步骤一，将无人机传输的高速串行数据分解成多路并行的窄带数据流；

步骤二，多路数据流通过调制形成相互正交并在子载波上发送，子信道频谱相互重叠；

步骤三，在有限频带内发送大量数据，非常适用于无人机数据链路进行高速信息传输。

进一步，在无人机传输发射端，输入数据经编码交织、QPSK映射后进行OFDM调制，即经过S/P、IFFT变换、插入CP、P/S和D/A构成OFDM符号五个过程。在地面接收端，进行与发射端相反的操作，即将接收信号A/D、去CP、S/P后，FFT解调、P/S后输出数据。

在发送端，完成N个子载波正交调制的是IFFT模块，假设输入的频域数据为d_i，进行IFFT后输出的时域数据为S_k，则有：

同样在接收端，为了恢复出原始的数据符号d_i，可以对ks进行逆变换，即FFT得到：

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明提供的续航无人机城市应急监测系统，极大地增强无人机的续航时间，平稳的垂直和起降，精准定位及悬停；与常规无人机相比，垂直起降无人机具有起降方式灵活、发射回收方便、机动性好等优点，同时也具备常规无人机的一般功能。本发明提供的精准垂直起降与悬停技术，以及高效的数据传输技术，最终形成各个固定和机动节点通过搭载中继或自组网数据链形成紧密联系、协同工作的应急空中视频信息传输平台，从而实现无人机升空高、续航长、有效载荷大、机动灵活、覆盖面广等预期目标，构建出一套适应复杂环境的无人机应急空地信息高带宽数据传输系统，以期为城市紧急事件提供强大技术保障。

附图说明

图1是本发明实施例提供的长续航无人机城市应急监测方法流程图；

图2长续航无人机城市应急监测方法数据链系统传输及处理过程图。

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。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的长续航无人机城市应急监测方法包括以下步骤：

S101：将无人机传输的高速串行数据分解成多路并行的窄带数据流；

S102：多路数据流通过调制形成相互正交并在子载波上发送，子信道频谱相互重叠；

S103：在有限频带内发送大量数据，非常适用于无人机数据链路进行高速信息传输。

在无人机传输发射端，输入数据经编码交织、QPSK映射后进行OFDM调制，即经过S/P、IFFT变换、插入CP、P/S和D/A构成OFDM符号五个过程。在地面接收端，进行与发射端相反的操作，即将接收信号A/D、去CP、S/P后，FFT解调、P/S后输出数据。

在发送端，完成N个子载波正交调制的是IFFT模块，假设输入的频域数据为d_i，进行IFFT后输出的时域数据为S_k，则有：

同样在接收端，为了恢复出原始的数据符号d_i，可以对ks进行逆变换，即FFT得到：

本发明实施例提供的长续航无人机城市应急监测系统包括：无人机机身、电池、动力系统、传感器。

无人机机身安装有供电电池，动力系统与机身连接，无人机机身搭载有传感器。

本发明提供的电池为无人机提供电力，增强无人机的续航时间；

本发明提供的垂直起降采用气动布局设计、系统建模技术、飞行控制技术控制；同时在模式转换时，固定翼向多旋翼平稳切换；

本发明提供的精准定位及悬停，采用RTK技术控制无人机的悬停精度，方便控制；

本发明提供的正交频分复用技术(OFDM)，采用多载波调制解调技术。

本发明采用IFFT数据变换将无人机传输的高速串行数据分解成多路并行的窄带数据流；FFT是将多路并行的窄带数据流合并为串行数据流输出；

串并转换是将串行数据进行调制，分解成多路并行的窄带数据流；

并串转换是将不同的载波进行调制，同时为了提高频谱利用率，各子载波上的频谱相互重叠，在整个符号周期内满足正交性，从而保证接收端能够不失真地复原信号；

附加循环前缀构成OFDM符号去除循环前缀构成OFDM符号；

在有限频带内发送大量数据，非常适用于无人机数据链路进行高速信息传输再经无人机通信信道发射出去。

本发明的无人机应急监测系统可有效针对城市的洪涝、地震、气象等自然灾害进行多方面应用，产生巨大的经济和社会价值。洪涝灾害。

目前，我国洪涝灾害监测的方式主要是借助于水文站测量的相关水文信息，然而这已难以这种方法显然在城市应急救援方面有所脱节，即无法实时地掌握汛情变化，也不够准确和客观，因此急需一种快速、准确的监测手段。本发明的无人机极大地突破以往续航时间短的特点，在灾害情况可长时间对汛情的变化进行动态监测，在应急救援方面具有灵活、机动性，显著提高政府部门的工作效率，城市经济损失预计降低20％以上，有效保护居民的生命财产，具有重大的社会经济效益。

气象灾害：

无人机航空遥感系统进行气象灾害的监控和评估时，可以提供更加准确、客观的数据图像，这种具体的灾情信息有利于进行准确的灾害损失评估，有效掌握灾害的范围和灾情的严重程度。雨雪和冰冻等气象灾害在实施救援工作时具有一定的难度，需对灾情调查清楚后才能实施援救活动，本发明的无人机应急监测系统可以对灾害的强度和分布范围进行实时的动态监测，可以提供有效的灾情信息，保证救援工作有效及时的进行，在辅助政府实施救援决策方面具有重要作用。

本发明的无人机系统在城市日常管理的应急事件中具有重要的应用价值，如交通拥堵、消防等，在提供管理人员的工作效率方面极为明显，从而方便城市居民的生活，产生潜在的社会经济效益。

当道路发生交通堵塞、事故甚至火灾等情况下，如何让交通管理者快速了解现场情况是一个难题。而本发明的无人机具快速、灵活，以及续航时间等优势，在交通事故发生后，交通管理人员可利用其快速进行交通指挥和疏通，并在发生交通意外时，可有效利用无人机搭载救援物资对伤员进行抢救，保障人们的生命和财产，整个流程的工作效率相比以往提高20％以上，极大地增强管理人员的机动性。

无人机搭载的传感器可实时传输数据，既可以用来进行实时监测，又可经后期的软件处理，生产三维模型，DEM等数据，可有效生产高精度、高质量的数据产品，在城市应急事件后的数据分析，原因调查，以及城市规划，建筑设计等领域都很好应用，缩短现场调研的时间近80％，极大提高政府以及相关城市设计行业工作效率。

本发明的主要指标如下：

系留无人机指标：有效载荷≥10千克，留空时间≥72小时，升空高度≥100米；即实现更高的升空高度，长续航时间，更大的载荷能力，能在一些恶劣环境条件下，进行长时间监测。

机动无人机指标：有效载荷≧3公斤(不含机载数据链，机载数据链重量计入无人机平台重量中)，续航时间≧120分钟，支持精准起降、悬停，精度≤10厘米(CEP)，可快速拆装，自组网通信带宽≥10Mbps，通视距离≥10千米；主要实现长续航以及精准悬停能力。

数据链指标：上行链路采用扩频方式，带宽≥10Mbps；下行链路带宽≥20Mbps，采用图像压缩传输方式，压缩率不小于100，传输距离≥20千米；重量≤0.8kg，力求达到高质量、高效的信号传输能力。

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 (4)

1.一种长续航无人机城市应急监测方法，其特征在于，所述长续航无人机城市应急监测方法包括以下步骤：

步骤一，将无人机传输的高速串行数据分解成多路并行的窄带数据流；

步骤二，多路数据流通过调制形成相互正交并在子载波上发送，子信道频谱相互重叠；

步骤三，在有限频带内发送大量数据，进行无人机数据链路高速信息传输；

所述长续航无人机城市应急监测方法的数据处理采用正交频分复用，具体包括：在无人机传输发射端，输入数据经编码交织、QPSK映射后进行OFDM调制，即经过S/P、IFFT变换、插入CP、P/S和D/A构成OFDM符号五个过程；在地面接收端，进行与发射端相反的操作，将接收信号A/D、去CP、S/P后，FFT解调、P/S后输出数据；

在发送端，完成N个子载波正交调制的是IFFT模块，输入的频域数据为d_i，进行IFFT后输出的时域数据为S_k，则有：

同样在接收端，为了恢复出原始的数据符号d_i，对ks进行逆变换，FFT得到：

实施长续航无人机城市应急监测方法的长续航无人机城市应急监测系统，包括：无人机机身、电池、动力系统、传感器；

无人机机身安装有供电电池，动力系统与无人机机身连接，无人机机身搭载有传感器。

2.如权利要求1所述的长续航无人机城市应急监测方法，其特征在于，所述长续航无人机城市应急监测系统垂直起降采用系统建模技术、飞行控制技术控制；同时无人机在模式转换时，固定翼向多旋翼平稳切换；无人机的垂直起降采用气动布局设计。

3.如权利要求1所述的长续航无人机城市应急监测方法，其特征在于，所述长续航无人机城市应急监测系统采用RTK技术控制无人机的悬停精度。

4.如权利要求1所述的长续航无人机城市应急监测方法，其特征在于，所述长续航无人机城市应急监测系统正交频分复用技术，采用多载波调制解调技术。

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