CN109859765A - 一种无人机空管语音通信系统、语音发送方法及接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，尤其是一种无人机空管语音通信系统。包括机载通信系统和地面通信系统，所述机载通信系统通过电台与外部空管单位、飞行器进行通信，所述机载通信系统具有编解码器用于通信数据的转换；所述地面通信系统接受无人机操作人员控制，所述地面通信系统具有编解码器用于通信数据的转换；所述机载通信系统和地面通信系统均通过各自的编解码器与无人机指挥与控制数据链路进行双向通信。本发明在不改变现有空管单位设备和工作方式的前提下，通过现有的数据链路实现了无人机操作人员与空管单位之间的语音通信，简化了无人机机组和空管单位人员和设备投入。不仅减少加装设备节约了成本，而且使无人机融入了现有空管语音通信体系。

Description

一种无人机空管语音通信系统、语音发送方法及接收方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其是一种无人机空管语音通信系统、语音发送方法及接收方法。

背景技术

随着国内大型货运无人机技术的不断成熟与发展，这类无人机在未来必将有着广泛的运用，对于大型货运无人机的空中管理显得越发重要。但国内很多大型无人机只停留在设计研制阶段；少数几家试飞成功的大型无人机也只处于研制试飞阶段，所以与民航局对接的空管系统并未搭建完善。

目前大型货运无人机并没有可供其单独使用的专用机场，其试飞和运行必须遵循有人机的管理模式，必须服从机场塔台空管人员的指挥调度，所以无人机操作人员与塔台空管人员之间的语音通信显得尤为重要。

现阶段大型无人机在执行飞行任务时，无人机操作人员与机场空管单位之间只能通过对讲机进行语音通信，该对讲机需要由无人机机组提前向机场空管单位提供，或者由无人机机组安排一位携带对讲机的人员到机场塔台，实现空管单位与无人机操作人员之间的语音通信。使用该方法，虽然能实现空管单位与无人机操作员在无人机执行单架次飞行任务时的语音通信，但其至少存在如下技术问题：

首先，这种方法改变了空管单位原本的工作模式，为了配合无人机机组，其必须使用额外的设备来实现与无人机操作员的语音通信，这使空管单位的工作变得更为复杂，通信的直接性、及时性相比于有人机都有所降低，给飞行任务带来了潜在的风险，同时也增加了执行飞行任务所需的人员投入。其次，普通手持对讲机的通信距离十分有限，最多只有几公里，且在地面遮挡或干扰的条件下，其通信距离会更短。这就要求无人机在执行飞行任务时，无人机操作人员距离机场塔台不能过远，否则将无法与塔台进行顺畅的语音通信，这极大地限制了无人机控制站的架设范围。

综上所述，目前大型货运无人机的空管语音通信方法存在空管语音通信效率低、距离短、人员投入多且无法融入现有空管体系等技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了解决空管语音通信效率低、距离短、人员投入多且无法融入现有空管体系的技术问题，提供了一种无人机空管语音通信系统、语音发送方法及接收方法。

本发明采用的技术方案如下：一种无人机空管语音通信系统，包括机载通信系统和地面通信系统，所述机载通信系统通过电台与外部空管单位、飞行器进行通信，所述机载通信系统具有编解码器用于通信数据的转换；所述地面通信系统接受无人机操作人员控制，所述地面通信系统具有编解码器用于通信数据的转换；

所述机载通信系统和地面通信系统均通过各自的编解码器与无人机指挥与控制数据链路进行双向通信。

进一步的，所述机载通信系统包括电台天线、语音电台、机载语音压缩编解码器，所述语音电台分别与电台天线和机载语音压缩编解码器，所述语音电台和机载语音压缩编解码器均与无人机指挥与控制数据链路连接。

进一步的，所述电台天线通过射频线缆与语音电台连接，所述电台天线设置于无人机机身顶部位置。

进一步的，所述地面通信系统包括语音收发单元和地面语音压缩编解码器，所述地面语音压缩编解码器分别与无人机指挥与控制数据链路、语音收发单元连接，所述语音收发单元与地面的无人机操控人员进行通信。

进一步的，所述语音收发单元设置PPT信号按键，用于采集语音信号以及输出语音信号的控制。

进一步的，所述地面通信系统还包括电台参数设置界面，所述电台参数设置界面内嵌于无人机地面控制软件，用于设置电台参数。

进一步的，所述电台参数设置界面设置好的参数以控制指令的形式，由无人机指挥与控制数据链路传输到语音电台，并且由语音电台执行该控制指令。

进一步的，所述无人机空管语音通信系统还包括具备数据存储与回放功能，所述无人机指挥与控制数据链路连接到地面控制站的数据存储设备，将无人机指挥与控制数据链路的数据信号进行存储；所述数据存储设备连接到地面通信系统，需要回放时存储设备中的数据传输到地面语音压缩编解码器进行解码，然后地面语音压缩编解码器将解码完成后的模拟信号传输至语音收发单元，最后由语音收发单元向外回放语音信号。

本发明还公开了一种无人机空管语音通信系统的语音接收方法，包括：

语音电台天线在接收到空管单位或者飞行器通过电台通信所传输来的语音信号后，通过射频线缆把信号传输到处于长收状态的语音电台；语音电台将信号交由机载语音压缩编解码器进行压缩编码，将语音模拟信号转换成为数字信号；机载语音压缩编解码器该数字信号通过无人机指挥与控制数据链路传输到地面通信系统中的地面语音压缩编解码器；地面语音压缩编解码器把收到的数字信号经过解码处理成为模拟信号，然后将该模拟信号传输到语音收发单元；最后由语音收发单元输出语音信号。

本发明还公开了一种无人机空管语音通信系统的语音发送方法，包括：

无人机操作人员按下语音收发单元上的PTT按键，并且向语言收发单元输入一段语音信号，松开PTT按键，完成语音输入；语音收发单元把接收到的语音信号以模拟量的形式发送至地面语音压缩编解码器进行压缩编码处理，将模拟信号转换为了数字信号；然后地面语音压缩编解码器将该信号通过无人机指挥与控制数据链路传输到机载语音压缩编解码器；机载语音压缩编解码器把收到的数字信号经过解码处理成为模拟信号，并且生成PTT信号发送给语音电台，使语音电台处于长发模式，然后将该模拟信号传输到语音电台；最后由语音电台将该语音信号通过电台天线向外发送，利用电台通信技术发送到空管单位或者飞行器的电台接收端。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

本发明的技术方案在不改变现有空管单位设备和工作方式的前提下，通过现有的数据链路实现了无人机操作人员与空管单位之间的语音通信，简化了无人机机组和空管单位为保证飞行安全的人员和设备投入，使无人机融入了现有空管语音通信体系。

本发明的技术方案能够实现无人机与其他搭载有航空语音电台的其它飞行器之间的语音通信，使得无人机在有多条航线的空域内执行飞行任务时，搭建起了与其它飞行器进行信息交流的平台，进一步地保障了无人机飞行的安全性。

本发明的技术方案的信息传输基于大型货运无人机原有的无人机指挥与控制数据链路，不需加装更多的设备或系统，最大限度的节约了成本，有很高的经济性。

本发明的技术方案基于语音电台通信和数据链路通信技术，使得通信距离相较于原有技术大大增加，极大地拓宽了地面控制站的可选架设位置。

本发明的技术方案在每次任务期间产生的语音通信信息可以存储在地面控制站的数据存储设备中，并且具备回放功能，方便记录与分析每次任务。

附图说明

图1是本发明无人机空管语音通信系统的原理示意图。

图2是本发明无人机空管语音通信系统其中一实施例的结构示意图。

图3是本发明无人机空管语音通信系统参数设置功能示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种无人机空管语音通信系统，包括机载通信系统和地面通信系统，所述机载通信系统通过电台通信技术与外部空管单位、飞行器(飞行器是指本无人机以外的其它飞行器)进行双向通信，所述机载通信系统具有编解码器用于通信数据的转换；所述地面通信系统接受无人机操作人员控制，所述地面通信系统具有编解码器用于通信数据的转换；所述机载通信系统和地面通信系统均通过各自的编解码器与无人机指挥与控制数据链路进行双向通信。其中无人机指挥与控制数据链路是无人机系统里面用于传输各种指令的现有通用链路，本实施例的技术方案利用该数据链路进行语音指令的双向传输，实现大型无人机语音通信；语音通信的过程中，只需要在地面通信系统设置无人机操作人员。

机载通信系统：

如图2所示，机载通信系统包括电台天线、语音电台、机载语音压缩编解码器，所述语音电台分别与电台天线和机载语音压缩编解码器，所述语音电台和机载语音压缩编解码器均与无人机指挥与控制数据链路连接。所述电台天线通过射频线缆与语音电台连接，所述电台天线设置于无人机机身顶部位置，目的在于最大化地减少可能影响通信质量的信号干扰。

其中，语音电台工作模式包括长收和长发模式，其中长收模式是指语音电台长期处于信号接收状态，用于随时接收由空管单位或其他飞机发送至本无人机的语音信息；其中长发模式是指语音电台长期处于信号发送状态，用于向空管单位或其他飞机发送来自于无人机操作人员的语音信息。语音电台的两种工作模式由所述机载语音压缩编解码器生成的PTT信号来实现控制与切换。

其中，所述机载语音压缩编解码器能对语音电台所接收到的语音信号进行压缩编码，处理成为无人机指挥与控制数据链路可以识别与传输的数字信号，然后发送至无人机指挥与控制数据链路；所述的机载语音压缩编解码器能将无人机指挥与控制数据链路传输来的数字信号进行解码，并且将解码过后的信号发送给语音电台。

地面通信系统：

如图2所示，所述地面通信系统包括语音收发单元、地面语音压缩编解码器和电台参数设置界面，所述地面语音压缩编解码器分别与无人机指挥与控制数据链路、语音收发单元连接，所述语音收发单元与地面的无人机操控单元进行通信。

其中，所述的语音收发单元安装在无人机地面控制站内，并且设置在易于无人机操作人员使用的位置；所述语音收发单元具备语音收发功能和PTT信号输入功能，语音收发功能可以清晰地输入和输出语音信号，PTT信号输入功能可以输入PTT信号，用于控制语音收发单元的工作模式；当语音收发单元接收到PTT信号时，开始采集语音信号，当PTT信号消失时，结束采集语音信号。所述语音收发单元的PTT信号输入功能通过设置的PPT信号按钮控制。

其中，地面语音压缩编解码器安装在无人机地面控制站内，对语音收发单元所接收到的语音信号进行压缩编码，处理成为无人机指挥与控制数据链路可以识别与传输的数字信号，然后发送至无人机指挥与控制数据链路；上述的地面语音压缩编解码器能将无人机指挥与控制数据链路传输来的数字信号进行解码，而后发送给语音收发单元。

电台参数设置界面：

所述电台参数设置界面包含在地面通信系统，所述电台参数设置界面内嵌于无人机地面控制软件，用于设置电台参数。

如图3所示，电台参数设置界面包括以下参数的设置：电台编号、电台频率、工作模式、静噪控制、信道间隔和音量控制，所述电台参数设置界面设置好的参数以控制指令的形式，由无人机指挥与控制数据链路传输到语音电台，并且由语音电台执行该控制指令。

其中，语音电台频率可以根据实际不同工作需要进行设置，其能覆盖所有常用航空通信电台所使用的频率波段(118-135.975MHz)。

数据存储与回放功能：

所述无人机空管语音通信系统还具备数据存储于回放功能，所述无人机指挥与控制数据链路连接到地面控制站的数据存储设备，将无人机指挥与控制数据链路的数据信号进行存储，这里的存储过程是自动并实时存储的；所述数据存储设备连接到地面通信系统，需要回放时存储设备中的数据传输到地面语音压缩编解码器进行解码，然后地面语音压缩编解码器将解码完成后的模拟信号传输至语音收发单元，最后由语音收发单元向外回放语音信号，完成语音信息回放功能。

语音接收方法：

在语音接收过程中，无人机操作人员无需进行任务操作。语音电台天线在接收到空管单位或者飞行器通过电台通信所传输来的语音信号后，通过射频线缆把信号传输到处于长收状态的语音电台；语音电台将信号交由机载语音压缩编解码器进行压缩编码，将语音模拟信号转换成为数字信号；机载语音压缩编解码器该数字信号通过无人机指挥与控制数据链路传输到地面通信系统中的地面语音压缩编解码器；地面语音压缩编解码器把收到的数字信号经过解码处理成为模拟信号，然后将该模拟信号传输到语音收发单元；最后由语音收发单元输出语音信号。

语音发送方法：

在语言发送过程中，无人机操作人员按下语音收发单元上的PTT按键，并且向语言收发单元输入一段语音信号，松开PTT按键，完成语音输入；语音收发单元把接收到的语音信号以模拟量的形式发送至地面语音压缩编解码器进行压缩编码处理，将模拟信号转换为了数字信号；然后地面语音压缩编解码器将该信号通过无人机指挥与控制数据链路传输到机载语音压缩编解码器；机载语音压缩编解码器把收到的数字信号经过解码处理成为模拟信号，并且生成PTT信号发送给语音电台，使语音电台处于长发模式，然后将该模拟信号传输到语音电台；最后由语音电台将该语音信号通过电台天线向外发送，利用电台通信技术发送到空管单位或者飞行器的电台接收端，完成语音发送功能。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种无人机空管语音通信系统，其特征在于，包括机载通信系统和地面通信系统，所述机载通信系统通过电台与外部空管单位、飞行器进行通信，所述机载通信系统具有编解码器用于通信数据的转换；所述地面通信系统接受无人机操作人员控制，所述地面通信系统具有编解码器用于通信数据的转换；

所述机载通信系统和地面通信系统均通过各自的编解码器与无人机指挥与控制数据链路进行双向通信。

2.如权利要求1所述的无人机空管语音通信系统，其特征在于，所述机载通信系统包括电台天线、语音电台、机载语音压缩编解码器，所述语音电台分别与电台天线和机载语音压缩编解码器连接，所述语音电台和机载语音压缩编解码器均与无人机指挥与控制数据链路连接。

3.如权利要求2所述的无人机空管语音通信系统，其特征在于，所述电台天线通过射频线缆与语音电台连接，所述电台天线设置于无人机机身顶部位置。

4.如权利要求2所述的无人机空管语音通信系统，其特征在于，所述地面通信系统包括语音收发单元和地面语音压缩编解码器，所述地面语音压缩编解码器分别与无人机指挥与控制数据链路、语音收发单元连接，所述语音收发单元与地面的无人机操控人员进行通信。

5.如权利要求4所述的无人机空管语音通信系统，其特征在于，所述语音收发单元设置PPT信号按键，用于采集语音信号以及输出语音信号的控制。

6.如权利要求4所述的无人机空管语音通信系统，其特征在于，所述地面通信系统还包括电台参数设置界面，所述电台参数设置界面内嵌于无人机地面控制软件，用于设置电台参数。

7.如权利要求6所述的无人机空管语音通信系统，其特征在于，所述电台参数设置界面设置好的参数以控制指令的形式，由无人机指挥与控制数据链路传输到语音电台，并且由语音电台执行该控制指令。

8.如权利要求7所述的无人机空管语音通信系统，其特征在于，所述无人机空管语音通信系统还具备数据存储和回放功能，所述无人机指挥与控制数据链路连接到地面控制站的数据存储设备，将无人机指挥与控制数据链路的数据信号进行存储；所述数据存储设备连接到地面通信系统，需要回放时存储设备中的数据传输到地面语音压缩编解码器进行解码，然后地面语音压缩编解码器将解码完成后的模拟信号传输至语音收发单元，最后由语音收发单元向外回放语音信号。

9.一种基于权利要求5所述的无人机空管语音通信系统的语音接收方法，包括：

语音电台天线在接收到空管单位或者飞行器通过电台通信所传输来的语音信号后，通过射频线缆把信号传输到处于长收状态的语音电台；语音电台将信号交由机载语音压缩编解码器进行压缩编码，将语音模拟信号转换成为数字信号；机载语音压缩编解码器该数字信号通过无人机指挥与控制数据链路传输到地面通信系统中的地面语音压缩编解码器；地面语音压缩编解码器把收到的数字信号经过解码处理成为模拟信号，然后将该模拟信号传输到语音收发单元；最后由语音收发单元输出语音信号。

10.一种基于权利要求5所述的无人机空管语音通信系统的语音发送方法，包括：

无人机操作人员按下语音收发单元上的PTT按键，并且向语言收发单元输入一段语音信号，松开PTT按键，完成语音输入；语音收发单元把接收到的语音信号以模拟量的形式发送至地面语音压缩编解码器进行压缩编码处理，将模拟信号转换为了数字信号；然后地面语音压缩编解码器将该信号通过无人机指挥与控制数据链路传输到机载语音压缩编解码器；机载语音压缩编解码器把收到的数字信号经过解码处理成为模拟信号，并且生成PTT信号发送给语音电台，使语音电台处于长发模式，然后将该模拟信号传输到语音电台；最后由语音电台将该语音信号通过电台天线向外发送，利用电台通信技术发送到空管单位或者飞行器的电台接收端。