CN109326110B - 无人机控制装置、无人机、无人机系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无人机控制装置、无人机、无人机系统及控制方法。该无人机控制装置的一具体实施方式包括遥控器和移动终端，遥控器包括第一2.4G无线模块和第一处理器；第一处理器通过第一2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，移动终端通过移动通信网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，以使得无人机对来自第一处理器和移动终端的控制指令与历史控制指令日志进行时间戳比对后，基于最新的控制指令进行运动。该实施方式在控制装置与无人机之间建立双通信链路，提高了控制指令与图像数据传输的可靠性。

Description

无人机控制装置、无人机、无人机系统及控制方法
技术领域
本发明涉及无人机技术领域。更具体地，涉及一种无人机控制装置、无人机、无人机系统及控制方法。
背景技术
无人机(UAV)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，因其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低等优点而得到迅速发展。民用无人机通过搭载多种传感器，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。目前在航拍、农业、植保、微型自拍、快递运输、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检、救灾、影视拍摄、制造浪漫等等领域获得了广泛的应用。
通信是无人机中一项非常重要的技术，用于向无人机传输控制指令和接收无人机发送回来的相关信息。现有技术中，通常都是通过工作在2.4GHz频段的无线电波采用Wi-Fi协议、Lightbridge协议或其它协议与无人机进行一对一通信。这些通信方式主要的缺陷或不足在于：
(1)无人机操控距离受限：通常的民用无人机由于射频发射功率的限制，通信距离的范围在几十米到几公里左右不等，并且需要在空旷无干扰的情况下才能达到。对于需要远程控制的无人机来说，难以满足需求。
(2)数据传输可靠性低：采用单一无线链路进行无人机与遥控器通信，在有同频同通道干扰的情况下，控制指令以及视频回传都会受到很大影响，在楼宇密集的区域，甚至只能在几百米范围内工作。
因此，需要提供一种通信可靠性高的无人机控制装置、无人机、无人机系统及控制方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种通信可靠性高的无人机控制装置、无人机、无人机系统及控制方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明第一方面提供了一种无人机控制装置，包括遥控器和移动终端，所述遥控器包括第一2.4G无线模块和第一处理器；
所述第一处理器通过第一2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，所述移动终端通过移动通信网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，以使得所述无人机对来自第一处理器和移动终端的控制指令与历史控制指令日志进行时间戳比对后，基于最新的控制指令进行运动。
优选地，所述第一处理器通过有线连接接收来自所述移动终端的标准时间信息，以根据所述标准时间信息生成带有时间戳的控制指令。
优选地，所述第一处理器通过2.4GHz无线网络接收来自无人机的带有时间戳的图像数据，并通过所述有线连接将接收的图像数据发送至所述移动终端；所述移动终端通过移动通信网络接收来自无人机的带有时间戳的图像数据，并对来自无人机和第一处理器的图像数据的时间戳比对，得到符合时间顺序的图像数据组。
优选地，所述第一处理器通过第一2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络将带有遥控器硬件ID和时间戳的控制指令发送至无人机，所述移动终端通过移动通信网络将带有移动终端MAC地址和时间戳的控制指令发送至无人机。
本发明第二方面提供了一种无人机，包括无人机本体，所述无人机本体包括第二处理器、第二2.4G无线模块和移动通信模块；
所述第二处理器，通过第二2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络接收来自遥控器的带有时间戳的控制指令，通过移动通信模块接入的移动通信网络接收来自移动终端的带有时间戳的控制指令，对来自遥控器和移动终端的控制指令与历史控制指令日志进行时间戳比对后，基于最新的控制指令控制无人机本体进行运动。
优选地，所述无人机本体包括图像采集器和GPS/北斗模块，所述第二处理器，对所述图像采集器采集的图像进行压缩编码后，基于GPS/北斗模块获取的标准时间信息生成带有时间戳的图像数据；通过2.4GHz无线网络将所述带有时间戳的图像数据发送至所述遥控器，并通过移动通信网络将所述带有时间戳的图像数据发送至移动终端。
优选地，所述第二处理器，基于GPS/北斗模块获取的标准时间信息记录最新的控制指令的接收时间，根据所述最新的控制指令的接收时间与所述最新的控制指令的时间戳比对计算2.4GHz无线网络或移动通信网络的时延，在所述时延大于第一预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度。
优选地，所述第二处理器，在所述时延大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度，在所述时延大于第二预设阈值时控制无人机本体悬停并通过2.4GHz无线网络或移动通信网络向遥控器或移动终端发送警报指令。
本发明第三方面提供了一种无人机系统，包括本发明第一方面提供的无人机控制装置及本发明第二方面提供的无人机。
本发明第四方面提供了一种无人机控制方法，包括：
遥控器通过2.4GHz无线网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，移动终端通过移动通信网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机；
无人机对来自遥控器和移动终端的控制指令进行时间戳比对后，基于最新的控制指令进行运动。
本发明的有益效果如下：
本发明所述技术方案在控制装置与无人机之间建立双通信链路，提高了控制指令与图像数据传输的可靠性及有效传输距离。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明；
图1示出本发明实施例提供的无人机系统的示意图。
图2示出本发明实施例提供的无人机控制方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种无人机系统，包括无人机控制装置和无人机，无人机控制装置包括遥控器和移动终端，其中，移动终端为手机、平板电脑等，遥控器包括第一2.4G无线模块和第一处理器，无人机包括无人机本体，无人机本体包括第二处理器、第二2.4G无线模块和移动通信模块；
遥控器的第一处理器通过第一2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，移动终端通过移动通信网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机；
无人机的第二处理器，通过第二2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络接收来自遥控器的带有时间戳的控制指令，通过移动通信模块接入的移动通信网络接收来自移动终端的带有时间戳的控制指令，对来自遥控器和移动终端的控制指令与历史控制指令日志进行时间戳比对后，基于最新的控制指令控制无人机本体进行运动。
本实施例提供的无人机系统在控制装置与无人机之间建立双通信链路，提高了控制指令传输的可靠性及有效传输距离。
其中，
移动通信模块的工作模式兼容4G(TD-LTE，FDD-LTE)及5G标准，从而使无人机能够接入各个通信运营商的移动网络。
无人机的第二处理器对来自遥控器和移动终端的控制指令与历史控制指令日志进行时间戳比对，以去除冗余无效的指令，基于最新的控制指令控制无人机本体进行运动，具体为：第二处理器对来自遥控器和移动终端的控制指令中的时间戳进行提取，与历史控制指令日志进行比较，如果该时间戳是历史控制指令日志中最新的时间，则根据该控制指令控制无人机本体进行运动；如果该时间戳的时间已经在历史控制指令日志中出现过，则说明该控制指令由于通信链路延迟等原因已经是滞后的控制指令，该控制指令将被丢弃。
在本实施例的一些可选的实现方式中，第一处理器通过有线连接接收来自移动终端的标准时间信息，以根据标准时间信息生成带有时间戳的控制指令。进一步，该有线连接为USB连接，即移动终端通过USB连接将标准时间信息发送至遥控器的第一处理器，以保证遥控器与移动终端的时间同步。
在本实施例的一些可选的实现方式中，
无人机本体还包括图像采集器和GPS/北斗模块；
第二处理器，对图像采集器采集的图像进行压缩编码后，基于GPS/北斗模块获取的标准时间信息生成带有时间戳的图像数据，通过2.4GHz无线网络将带有时间戳的图像数据发送至遥控器，并通过移动通信网络将带有时间戳的图像数据发送至移动终端；
第一处理器通过2.4GHz无线网络接收来自无人机的带有时间戳的图像数据，并通过上述有线连接将接收的图像数据发送至移动终端；
移动终端通过移动通信网络接收来自无人机的带有时间戳的图像数据，并对来自无人机和第一处理器的图像数据的时间戳比对，即进行图像数据顺序和冗余性分析及合并处理，得到符合时间顺序的图像数据组。
采用本实现方式，通过控制装置与无人机之间建立的双通信链路，提高了图像传输的可靠性及有效传输距离。
在本实施例的一些可选的实现方式中，遥控器的第一处理器通过第一2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络将带有遥控器硬件ID和时间戳的控制指令发送至无人机，移动终端通过移动通信网络将带有移动终端MAC地址和时间戳的控制指令发送至无人机。采用本实现方式，无人机的第二处理器可基于遥控器硬件ID和移动终端MAC地址进行控制指令筛选识别，以确定接收到的控制指令是针对该无人机的。
在本实施例的一些可选的实现方式中，无人机的第二处理器，基于GPS/北斗模块获取的标准时间信息记录最新的控制指令的接收时间，根据最新的控制指令的接收时间与最新的控制指令的时间戳比对计算2.4GHz无线网络或移动通信网络的时延，在时延大于第一预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度。即，第二处理器在接收到控制指令时记录接收时间T2，提取该控制指令的时间戳T1与历史控制指令日志进行时间戳比对以判断该控制指令是否为最新的控制指令，与此同时，还通过△T＝T2-T1计算2.4GHz无线网络或移动通信网络的时延，在时延大于第一预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度，以降低操控延时导致的飞行风险，提升无人机系统的控制即时性，其中无人机的第二处理器根据最新的控制指令的时延大小动态进行图像压缩编码算法调整可以实现图像清晰度与图像延时之间的折中最优值。
进一步，无人机的第二处理器，在时延大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度，在时延大于第二预设阈值时控制无人机本体悬停并通过2.4GHz无线网络或移动通信网络向遥控器或移动终端发送警报指令。以进一步降低操控延时导致的飞行风险，提升无人机系统的控制即时性。
其中，第一预设阈值和第二预设阈值可根据实际场景和需要设定。
如图2所示，本发明的另一个实施例提供了一种无人机控制方法，包括：
遥控器通过2.4GHz无线网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，移动终端通过移动通信网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机；
无人机对来自遥控器和移动终端的控制指令进行时间戳比对后，基于最新的控制指令进行运动。
在本实施例的一些可选的实现方式中，使遥控器通过有线连接接收来自移动终端的标准时间信息，以根据标准时间信息生成带有时间戳的控制指令。进一步，该有线连接采用USB连接。
在本实施例的一些可选的实现方式中，
无人机对采集的图像进行压缩编码后，基于获取的GPS/北斗标准时间信息生成带有时间戳的图像数据，通过2.4GHz无线网络将带有时间戳的图像数据发送至遥控器，并通过移动通信网络将带有时间戳的图像数据发送至移动终端；
遥控器通过2.4GHz无线网络接收来自无人机的带有时间戳的图像数据，并通过上述有线连接将接收的图像数据发送至移动终端；
移动终端通过移动通信网络接收来自无人机的带有时间戳的图像数据，并对来自无人机和第一处理器的图像数据的时间戳比对，即进行图像数据顺序和冗余性分析及合并处理，得到符合时间顺序的图像数据组。
在本实施例的一些可选的实现方式中，遥控器通过2.4GHz无线网络将带有遥控器硬件ID和时间戳的控制指令发送至无人机，移动终端通过移动通信网络将带有移动终端MAC地址和时间戳的控制指令发送至无人机。
在本实施例的一些可选的实现方式中，无人机基于GPS/北斗模块获取的标准时间信息记录最新的控制指令的接收时间，根据最新的控制指令的接收时间与最新的控制指令的时间戳比对计算2.4GHz无线网络或移动通信网络的时延，在时延大于第一预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度。
进一步，无人机在时延大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度，在时延大于第二预设阈值时控制无人机本体悬停并通过2.4GHz无线网络或移动通信网络向遥控器或移动终端发送警报指令。
需要说明的是，本实施例提供的无人机控制方法与上述无人机系统的原理及工作流程相似，相关之处可以参照上述说明，在此不再赘述。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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。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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
还需要说明的是，在本发明的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种无人机控制装置，其特征在于，包括遥控器和移动终端，所述遥控器包括第一2.4G无线模块和第一处理器；
所述第一处理器通过第一2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，所述移动终端通过移动通信网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，以使得所述无人机对来自第一处理器和移动终端的控制指令与历史控制指令日志进行时间戳比对后，基于最新的控制指令进行运动，其中，所述无人机对来自第一处理器和移动终端的控制指令中的时间戳进行提取，与历史控制指令日志进行时间戳比对，如果来自第一处理器和移动终端的控制指令的时间戳是历史控制指令日志中最新的时间，则基于该控制指令进行运动；如果来自第一处理器和移动终端的控制指令的时间戳的时间已经在历史控制指令日志中出现过，则丢弃该控制指令。
2.根据权利要求1所述的无人机控制装置，其特征在于，所述第一处理器通过有线连接接收来自所述移动终端的标准时间信息，以根据所述标准时间信息生成带有时间戳的控制指令。
3.根据权利要求2所述的无人机控制装置，其特征在于，所述第一处理器通过2.4GHz无线网络接收来自无人机的带有时间戳的图像数据，并通过所述有线连接将接收的图像数据发送至所述移动终端；所述移动终端通过移动通信网络接收来自无人机的带有时间戳的图像数据，并对来自无人机和第一处理器的图像数据的时间戳比对，得到符合时间顺序的图像数据组。
4.根据权利要求1所述的无人机控制装置，其特征在于，所述第一处理器通过第一2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络将带有遥控器硬件ID和时间戳的控制指令发送至无人机，所述移动终端通过移动通信网络将带有移动终端MAC地址和时间戳的控制指令发送至无人机。
5.一种无人机，包括无人机本体，其特征在于，所述无人机本体包括第二处理器、第二2.4G无线模块和移动通信模块；
所述第二处理器，通过第二2.4G无线模块接入的2.4GHz无线网络接收来自遥控器的带有时间戳的控制指令，通过移动通信模块接入的移动通信网络接收来自移动终端的带有时间戳的控制指令，对来自遥控器和移动终端的控制指令与历史控制指令日志进行时间戳比对后，基于最新的控制指令控制无人机本体进行运动，其中，所述第二处理器对来自遥控器和移动终端的控制指令中的时间戳进行提取，与历史控制指令日志进行时间戳比对，如果来自遥控器和移动终端的控制指令的时间戳是历史控制指令日志中最新的时间，则根据该控制指令控制无人机本体进行运动；如果来自遥控器和移动终端的控制指令的时间戳的时间已经在历史控制指令日志中出现过，则丢弃该控制指令。
6.根据权利要求5所述的无人机，其特征在于，所述无人机本体包括图像采集器和GPS/北斗模块，所述第二处理器，对所述图像采集器采集的图像进行压缩编码后，基于GPS/北斗模块获取的标准时间信息生成带有时间戳的图像数据；通过2.4GHz无线网络将所述带有时间戳的图像数据发送至所述遥控器，并通过移动通信网络将所述带有时间戳的图像数据发送至移动终端。
7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述第二处理器，基于GPS/北斗模块获取的标准时间信息记录最新的控制指令的接收时间，根据所述最新的控制指令的接收时间与所述最新的控制指令的时间戳比对计算2.4GHz无线网络或移动通信网络的时延，在所述时延大于第一预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度。
8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述第二处理器，在所述时延大于第一预设阈值且小于等于第二预设阈值时降低压缩编码的码率及分辨率和/或控制无人机本体降低运动速度，在所述时延大于第二预设阈值时控制无人机本体悬停并通过2.4GHz无线网络或移动通信网络向遥控器或移动终端发送警报指令。
9.一种无人机系统，其特征在于，包括如权利要求1-4中任一项所述的无人机控制装置及如权利要求5-8中任一项所述的无人机。
10.一种无人机控制方法，其特征在于，包括：
遥控器通过2.4GHz无线网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机，移动终端通过移动通信网络将带有时间戳的控制指令发送至无人机；
无人机对来自遥控器和移动终端的控制指令进行时间戳比对后，基于最新的控制指令进行运动，其中，所述无人机对来自遥控器和移动终端的控制指令中的时间戳进行提取，与历史控制指令日志进行时间戳比对，如果来自遥控器和移动终端的控制指令的时间戳是历史控制指令日志中最新的时间，则基于该控制指令进行运动；如果来自遥控器和移动终端的控制指令的时间戳的时间已经在历史控制指令日志中出现过，则丢弃该控制指令。
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