CN109891777B - 存储介质、无人驾驶移动装置系统及在其中实施的方法 - Google Patents

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Abstract

涉及存储介质、无人驾驶移动装置系统及在其中实施的方法。具体地一种在包括控制站和至少一架无人机的系统中实施的方法。控制站与无人机之间的、所述系统中的各数据通信以包的形式发生，各包包括前导码并以根据预定调制方案调制的形式来发送。该方法包括以下步骤：在从控制站到无人机的各包通信中，使用所谓的上行前导码，该上行前导码与在从无人机到控制站的各包通信中使用的所谓的下行前导码正交；以及在接收已调制包时，根据已调制包与根据预定调制方案调制的参考前导码的卷积的结果，来确定已调制包是在上行通信的情景下发送还是在下行通信的情景下发送，参考前导码对应于上行前导码或对应于下行前导码。

Description

存储介质、无人驾驶移动装置系统及在其中实施的方法
技术领域
本发明涉及一种在包括控制站和至少一个无人驾驶移动装置的无人驾驶移动装置系统中(pilotless mobile device system)实施的方法，该方法用于区分从控制站到无人驾驶移动装置的上行通信与从无人驾驶移动装置到控制站的下行通信。
背景技术
人的保护已经变成许多领域中的主要关注问题。由此，在许多危险任务中，用无人驾驶移动装置代替人。例如可以提到由被称为无人机的无人驾驶机载装置、在地面上行进的装置、或漂浮或潜水装置执行的、在危险地带(诸如冲突地带、一个高度的建筑工地、或核现场)上方的特定观察任务。
虽然一些无人驾驶移动装置是完全自动的，但这些装置中的许多装置从控制站由一个或更多个人来遥控。这些无人驾驶移动装置通常必须向控制它们的人或负责分析由观察引起的数据的人发送这些观察的结果。这些数据经常包括图像且有时包括视频。于是必须在无人驾驶移动装置与控制站之间建立无线通信，以便提供所述装置的遥控和观察数据的传输。这种通信必须尽可能可靠，以便第一使控制损失不引起无人驾驶移动装置的损失，该损失可能具有非常高的成本，并且第二使得观察数据尽可能有用。
已知包括多个无人驾驶移动装置和至少一个控制站的所谓无人驾驶移动装置系统。在这种系统中，存在从控制站到无人驾驶移动装置的所谓上行通信以及从无人机到控制站的下行通信。重要的是使无人驾驶移动装置能够快速区分可能涉及该装置的上行通信与发源于另一个无人驾驶移动装置，并因此通常不涉及该装置的下行通信。还重要的是，使控制站能够快速区分可能涉及该控制站的下行通信与可能源于另一个控制站并因此不涉及该控制站的上行通信。
将期望限定使得无人驾驶移动装置或控制站能够快速区分上行通信与下行通信的方法和系统。还将期望使该方法没有计算成本并使实施该方法的系统具有低复杂度。
发明内容
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种在无人驾驶移动装置系统中实施的方法，该无人驾驶移动装置系统包括控制站和至少一个无人驾驶移动装置，控制站使用时分多址类型的媒体接入技术与各无人驾驶移动装置通信，在该媒体接入技术中，各通信在帧中进行。各帧被分成多个时隙，各时隙被分成多个突发通信区间，各突发通信区间被分成使得能够以数据包的形式发送数据的多个时段，各数据包在其发送之前由预定调制方案来调制，多个时段中的第一时段使得能够发送前导码，这使得所述前导码的接收方能够进行信道估计，以便执行频率、相位以及时间同步和接收信号均衡，并且第二时段使得能够发送突发通信。该方法包括以下步骤：在从控制站到无人驾驶移动装置的各上行通信中，使用被称为上行前导码的前导码，该前导码与在从无人驾驶移动装置到控制站的各下行通信中使用的下行前导码的前导码正交；以及在接收到已调制数据包时，根据所述包与根据预定调制方案调制的参考前导码的卷积的结果，来确定所述包是在上行通信的情景下发送还是在下行通信的情景下发送，所述参考前导码对应于上行前导码或对应于下行前导码。
这样，数据包的接收方能够在不必解调所述包的情况下，确定所述包是在上行通信的情景下发送还是在下行通信的情景下发送。如果所述包不涉及所述接收方，那么接收方可以容易地拒绝该包。因此，用于辨别在上行或下行通信的情景下发送的包的该方法具有低计算成本。
根据一个实施方式，当在所述包与经调制的下行前导码之间的卷积计算期间获得了大于或等于第一预定阈值的相关值时，所述包被认为是在下行通信的情景下发送的，并且当在所述包与经调制的上行前导码之间的卷积计算期间获得了大于或等于第二预定阈值的相关值时，所述包被认为是在上行通信的情景下发送的。
根据一个实施方式，当在所述包与经调制的下行前导码之间的卷积计算期间获得了低于第一预定阈值的相关值时，所述包被认为是在下行通信的情景下发送的，并且当在所述包与经调制的上行前导码之间的卷积计算期间获得了低于所述预定阈值的相关值时，所述包被认为不是在上行通信的情景下发送的。
根据一个实施方式，当控制站认为所接收的已调制数据包是在上行通信的情景下发送的时，控制站拒绝所述包，并且当在控制站认为所接收的已调制数据包是在下行通信的情景下发送的时，所述控制站继续进行包括所述包的解调在内的、用于接收所述包的处理。
根据一个实施方式，当无人驾驶移动装置认为所接收的已调制数据包是在下行通信的情景下发送的时，所述无人驾驶移动装置拒绝所述包，并且当在无人驾驶移动装置认为所接收的已调制数据包是在上行通信的情景下发送的时，无人驾驶移动装置继续进行包括所述包的解调在内的、用于接收所述包的处理。
根据一个实施方式，上行前导码和下行前导码是伪随机二元序列。
根据一个实施方式，以有限脉冲响应滤波器的形式实施卷积。
根据本发明的第二方面，本发明涉及一种无人驾驶移动装置系统，该无人驾驶移动装置系统包括控制站和至少一个无人驾驶移动装置，控制站使用时分多址类型的媒体接入技术与各无人驾驶移动装置通信，在该媒体接入技术中，各通信在帧中进行。各帧被分成多个时隙，各时隙被分成多个突发通信区间，各突发通信区间被分成使得能够以数据包的形式发送数据的多个时段，各数据包在其发送之前由预定调制方案来调制，多个时段中的第一时段使得能够发送前导码，这使得所述前导码的接收方能够进行信道估计，以便执行频率、相位以及时间同步和接收信号均衡，并且第二时段使得能够发送突发通信。该系统包括：插入装置，该插入装置用于在从控制站到无人驾驶移动装置的上行通信的情景下发送的各数据包中插入与所谓的下行前导码正交的所谓的上行前导码，该下行前导码被插入于在从无人驾驶移动装置到控制站的下行通信的情景下发送的各数据包中；和确定装置，该确定装置用于在接收到已调制数据包时，根据所述包与根据预定调制方案的已调制参考前导码的卷积的结果，来确定所述包是在上行通信的情景下发送的还是在下行通信的情景下发送的，所述参考前导码对应于上行前导码或对应于下行前导码。
根据本发明的第三方面，本发明涉及一种计算机程序，该计算机程序包括指令，所述指令用于在所述程序由装置的处理器执行时由所述装置实施根据第一方面的方法。
根据本发明的第四方面，本发明涉及一种存储装置，该存储装置存储计算机程序，该计算机程序包括指令，所述指令用于在所述程序由装置的处理器执行时由所述装置实施根据第一方面的方法。
附图说明
以上所提及的本发明的特征以及其他特征将从示例实施方式的以下描述的阅读更清楚地显现，所述描述关于附图来给出，附图中：
图1示意性例示了无人驾驶移动装置系统；
图2示意性例示了在控制站的天线系统周围的范围区；
图3示意性例示了在无人机的天线系统周围的范围区。
图4A示意性例示了在控制站中包括的处理模块；
图4B示意性例示了在无人机中包括的处理模块；
图5示意性例示了将时间分成多个分级层次的时间划分的、时分多址类型的根据本发明的媒体接入技术；
图6示意性例示了根据本发明的发送模块；
图7示意性例示了根据本发明的接收模块；
图8示意性例示了根据本发明的用于发送数据包的方法；以及
图9示意性例示了根据本发明的用于接收数据包的方法。
具体实施方式
下文中在包括控制站和一个至四个无人机的无人驾驶移动装置系统的情景下描述本发明。因此，无人驾驶移动装置系统在下文中被称为无人机系统。然而，本发明确实适用于其他情景下。例如，本发明同样可以适用于其他无人驾驶移动装置，诸如在地面上行进的装置、或漂浮或潜水装置。而且，本发明可以适用于不同数量的无人机和/或不同数量的控制站中。
通过扩展，本发明适用于除了无人驾驶移动装置系统的情景之外的其他情景。本发明可以适用于使用时分多址类型的媒体接入技术的网络，下文中，为了简化，我们将其称为TDMA网络。在该情景下，本发明使得能够借助于为TDMA网络中的各个节点以及上行和下行中的每一个特有的已调制前导码序列，辨别来自TDMA网络中的各个节点的上行和下行中的每一个。
图1示意性例示了无人机系统的示例。
在图1中的示例中，无人机系统1包括用于同时控制无人机3A和3B的控制站10。
控制站10包括天线系统11，该天线系统11包括多个天线。控制站10包括处理模块100。多个天线包括六个扇形天线11A、11B、11C、11D、11E以及11F、和全向天线12。各扇形天线使得能够在-3dB下覆盖60°的方位角和+8°的仰角。扇形天线各具有+14dBi的增益。全向天线12使得能够在-3dB下覆盖360°的方位角和具有在从+2.5dBi至+6dBi范围内的增益的+8°至+90°的仰角。全向天线12在近距离处用于无人机通过控制站10的天线系统11上方。
各无人机(3A或3B)包括天线系统(未示出)，该天线系统包括：两个全向天线(未示出)，用于在-3dB下覆盖360°的方位角和从0°至+90°的仰角的一个全向天线，和用于在-3dB下覆盖360°的方位角和从0°至-90°的仰角的一个全向天线。
关于图1描述的无人机系统1形成通信网络，在该通信网络中，控制站10与无人机3A和3B通信。控制站10以及无人机3A和3B将上行通信用于具体在从控制站10到无人机(3A或3B)的方向上交换命令和控制数据，并且将下行通信用于在从无人机(3A或3B)到控制站10的方向上交换有用数据(例如观察数据)。
在无人机系统1中，控制站10以及无人机3A和3B使用TDMA类型的媒体接入技术。TDMA将时间分成我们在下文中关于图5描述的多个分级层次的时间划分。该媒体接入技术为了避免时间上的任意重叠而需要通信网络中的各节点(即，控制站10以及无人机3A和3B)处的时间同步。图1中的通信网络使用集中拓扑，在该集中拓扑中，控制站10充当主节点，也就是说，控制站10对于网络整体计时。其他节点(即，无人机3A和3B)是主节点的从属，并且关于由主节点给出的时间参考在时间上设置自己。
图2示意性例示了在控制站10的天线系统11周围的范围区的示例。
在天线系统11周围的范围区可以被示意性地视为，被放置在使天线系统作为其中心的水平圆柱上的穹顶。该范围区包括七个扇区。六个扇形天线11A、11B、11C、11D、11E以及11F分别限定六个扇区21A、21B、21C、21D、21E以及21F。六个扇区21A、21B、21C、21D、21E以及21F中的个扇区具有方位角6°和+8°仰角的半角锥形式。所有角锥形式共享位于天线系统11处的同一顶点。扇区21A、21B、21C、21D、21E以及21F形成嵌合在水平圆柱中的、具有360°方位角和+8°仰角的组合扇区。由穹顶和圆柱形成的整体的剩余部分是被全向天线12覆盖的扇区20。
在图2的示例中，无人机3A位于被天线11D覆盖的扇区21D中，并且无人机3B位于被天线12覆盖的扇区20中。因此，将认识到，根据无人机在天线系统11的范围区中的位置，各天线不向所述无人机提供相同通信能力。
应注意，图2示出了范围区到扇区的划分的理论视图，并且实际上，天线的范围区是具有与其附近的其他天线的发送节点的非零交叉的发送瓣。
图3示意性例示了在无人机的天线系统周围的范围区。
在无人机的天线系统周围的范围区可以由球体来表示。各无人机的天线系统的全向天线将该球体分成由水平面分离的两个半球扇区(即，两个半球)30A和30B。在图3的示例中，控制站10的天线系统11位于扇区3B中。
在无人机系统1中，天线系统11中的单个天线和无人机的单个天线同时发送或接收。用于选择天线系统11中的天线的处理由处理模块100定期执行，以便确定哪一个天线在给定时刻提供控制站10与无人机3A(或相应地为无人机3B)之间的最佳质量的通信。同样，用于选择无人机天线的处理由在各无人机(3A或3B)中包括的处理模块300定期实施，以便确定哪一个天线在给定时刻提供控制站10与所述无人机之间的最佳质量的通信。
图4A示意性例示了在控制站10中包括的处理模块100的硬件架构的示例。
根据图4A所示的硬件架构的示例，处理模块100然后包括由通信总线1000连接的、处理器或CPU(中央处理单元)1001；随机存储存储器(RAM)1002；只读存储器(ROM)1003；存储单元(诸如硬盘)或存储介质阅读器(诸如SD(安全数据)读卡器)1004；至少一个通信接口1005，该至少一个通信接口1005使得处理模块100能够与其他模块或装置通信。例如，通信接口1005使得处理模块100能够与控制站10的其他模块(诸如用于选择要在给定时刻使用的天线的天线切换模块)或与诸如无人机3A和3B的其他装置通信。
处理器1001能够执行从ROM 1003、从外部存储器(未示出)、从存储介质(诸如SD卡)或从通信网络加载在RAM 1002中的指令。当控制模块10加电时，处理器1001能够从RAM1002读取指令并执行它们。在一个实施方式中，这些指令形成计算机程序，该计算机程序使得实施基站10与无人机系统1中的各无人机之间的通信以及用于区分上行通信与下行通信的方法的至少一部分。
图4B示意性例示了在诸如无人机3A或无人机3B这样的无人机中包括的处理模块300的硬件架构的示例。
根据图4B所示的硬件架构的示例，处理模块300然后包括由通信总线3000连接的、处理器或CPU(中央处理单元)3001；随机存储存储器(RAM)3002；只读存储器(ROM)3003；存储单元(诸如硬盘)或存储介质阅读器(诸如SD(安全数据)读卡器)3004；至少一个通信接口3005，该至少一个通信接口3005，使得处理模块300能够与其他模块或装置通信。例如，通信接口3005使得处理模块300能够与其他模块(诸如用于选择要在给定时刻使用的天线的天线切换模块)通信或与控制站10通信。
处理器3001能够执行从ROM 3003、从外部存储器(未示出)、从存储介质(诸如SD卡)或从通信网络加载在RAM 3002中的指令。当无人机(3A或3B)加电时，处理器3001能够从RAM 3002读取指令并执行它们。在一个实施方式中，这些指令形成计算机程序，该计算机程序使得实施包括处理模块300的无人机与控制站10之间的通信，以及用于区分上行通信与下行通信的方法的至少一部分。
由处理模块100和处理模块300实施的方法可以通过由可编程机器(例如DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令，以软件形式来实施，或者可以由机器或专用部件(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))以硬件形式来实施。
图6示意性例示了根据本发明的发送模块。
控制站10的通信接口1005和各无人机3A和3B的通信接口3005各包括与关于图6描述的发送模块相同的发送模块。
发送模块包括：
·复用模块601；
·形成数据块(被称为“突发通信”)的模块602；
·信道编码模块603，该信道编码模块603包括LDPC(低密度奇偶校验)编码模块6031和BCH(博斯(Bose)、雷-乔杜里(Ray-Chaudhuri)以及霍克文黑姆(Hocquenghem))编码模块6032；
·基带滤波模块604，诸如高斯(Gaussian)滤波器；
·MSK(最小移动键控)调制模块605；使用高斯滤波器的滤波模块和MSK调制模块的组合创建GMSK(高斯最小移动键控)调制模块；
·射频模块606，该射频模块606包括用于从基带向军用频带【4.4GHz；4.9GHz】或民用带【5.031GHz；5.091GHz】的变换的模块、高功率放大模块(HPA)以及用于在发送模块与接收模块之间选择的开关。
·天线系统607，该天线系统607对应于用于控制站10的天线系统11或用于无人机3A和无人机3B的无人机的天线系统。
所选择的调制(即，GMSK调制)使得能够由于由高斯滤波器引入的记忆效应而进行卷积类型的信道编码。GMSK调制特别适于实现在所用频带(即，军用频带【4.4GHz；4.9GHz】或民用带【5.031GHz；5.091GHz】)中提供的各信道上需要的位速率。
如上所述，信道编码模块603包括两个子模块：LDPC编码模块6031和BCH编码模块6032。
在一个实施方式中，LDPC编码模块6031的后面可以是行/列类型的时间交织模块。交织发生在时隙的各时间突发通信区间所包括的有用数据上。
在一个实施方式中，发送模块包括例如使用跳频技术(跳频扩频(FHSS))的发送安全(TRANSEC)模块。
图7示意性例示了接收模块。控制站10的通信接口1005和各无人机3A和3B的通信接口3005各包括与关于图7描述的接收模块相同的接收模块。
接收模块包括：
·天线系统701，该天线系统701对应于用于控制站10的天线系统11或用于无人机3A和无人机3B的无人机的天线系统。应注意，对于控制站10和各无人机，天线系统607和701实际上为一个且是同一发送和接收天线系统；
·用于选择频带的接收滤波器702，该接收滤波器702使得能够例如选择军用频带【4.4GHz；4.9GHz】或民用带【5.031GHz；5.091GHz】；
·低噪放大器(LNA)703；
·用于从军用频带【4.4GHz；4.9GHz】或民用带【5.031GHz；5.091GHz】到基带的频率变换的模块704；
·提供基带选择性的基带滤波模块705；
·使得能够部分免于多路径现象的基带信号均衡模块706；
·用于根据我们在下文中描述的方法区分上行通信和下行通信的卷积模块707；
·频率和相位同步模块708；
·GMSK解调模块709；
·BCH解码模块7101；
·LDPC解码模块7102；
·用于解复用数据流的模块711。
应注意，当在发送模块中，LDPC编码模块6031后面是行/列类型的时间交织模块时，LDPC解码模块7092的前面是行/列类型的时间解交织模块。
而且，在发送模块包括发送安全(TRANSEC)模块时，接收模块包括互逆发送安全模块。
图5示意性例示了将时间分成多个分级时间划分层次的、时分多址类型的根据本发明的媒体接入技术。
TDMA将时间分成被称为例如具有一秒的时长的时期(epoch)(图5中未示出)的第一分级层次。
在无人机系统1的示例中，时期被分成例如具有200ms的时长的5个帧。200ms的帧时长使得能够使无人机与控制站10之间的通信的时延时间可与对话音频数据的发送兼容。
除了以时期组织之外，在无人机系统1中使用的帧还以一系列连续帧组来组织。图5中示出了帧组50。帧组50包括数量等于控制站的天线系统11的天线的数量(即，七个)乘以在无人机系统1中有效的无人机的数量(即，两架无人机)的帧。因此，在帧组中存在与由天线系统11和无人机的天线形成的可能对一样多的帧。因此，帧组50包括十四个帧501至514。帧414属于在帧组50之前的十四个帧的组，并且帧601属于在帧组50之后的十四个帧的组。我们在下文中将看到，以帧组进行的组织使得能够在无人机系统1中限定天线系统11的哪一个天线必须向给定无人机发送信号并由此实施选择提供控制站10与所述无人机之间的最佳发送质量的天线的处理。
图5给出了在帧组50中包括的帧502的细节，在无人机系统1中使用的所有帧具有相同的帧结构。帧502被分成多个时隙。多个时隙包括第一时隙500A，该第一时隙500A使得控制站10能够发送被称为信标的第一信号，该第一信号使得各地带能够关于由控制站10给出的时间参考同步自己。无人机系统1中的无人机是借助于该信标可以同步自己与控制站10。而且，如我们在下文中描述的，帧在帧组中的位置指示信标旨在用于哪一架无人机。因此，认为第一信号指定无人机系统1的无人机当中的一架无人机。
多个时隙还包括第二时隙500B，该第二时隙使得由第一信号指定的无人机能够发送第二信号，该第二信号由此使得该无人机能够应答其在无人机系统1中的存在。
时隙500A和500B后面是一系列时隙500C。该系列时隙500C包括取决于可以在无人机系统1中控制的无人机的最大数量(即，四架无人机)的若干时隙。在用于无人机系统1中的TDMA中，潜在地能够受控的各无人机与该系列时隙中的两个连续时隙关联：期间无人机可以接收来自控制站10的数据的时隙和期间无人机可以沿控制站10的方向发送数据的时隙。各无人机和控制站10共享描述帧中的时隙500A、500B以及该系列时隙500C的分配的信息。在关于图5所描述的示例中，该系列时隙包括八个时隙。因此，无人机系统1的通信系统可以同时管理多达四架无人机。
描述分配的信息采取被网络中的所有节点共享的分配表的形式。该分配表可以固定，或可以在网络中的所有节点中同步更新，以便例如将无人机系统1中的无人机的停止或新无人机的到来考虑在内。
在时隙500A中在各帧期间发送至少一个分配表。由此，在帧期间接收分配表的各节点知道所述帧中的时隙的分配。使用该分配表，各无人机知道它必须在帧的哪一个时隙中向控制站10发送和它可以在帧的哪一个时隙中接收来自控制站10的数据。同样，控制站10知道它可以在哪一个时隙中向给定无人机发送数据和它可以在帧的哪一个时隙中接收来自给定无人机的数据。例如，在图5中，该系列时隙500C包括：第一时隙，该第一时隙用于从控制站10向无人机3A通信；第二时隙，该第二时隙用于从无人机3A向控制站10通信；第三时隙，该第三时隙用于从控制站10向无人机3B通信；以及第四时隙，该第四时隙用于从无人机3B向控制站10通信。留下最后四个时隙空闲，例如用于任意两架其他无人机。
各时隙例如具有与帧划分成十个时隙对应的20ms的时长。20ms的时隙使得能够包含完整LDPC块，这使得能够限制各个节点的发送时延。
图5还给出了帧502的时隙的细节，帧的各时隙具有相同结构。帧的时隙包括：突发通信区间5000A，该突发通信区间使得能够将无人机系统1中的传播时间考虑在内；和突发通信区间5000B的组，在这些突发通信区间期间，发送突发通信。用于对于在军用频带【4.4GHz；4.9GHz】或民用带【5.031GHz；5.091Ghz】中使用的无线电信号从处于通常最大距离200km处的控制站10到无人机3A或3B中的一个的传播时间为大约0.8ms。在无人机系统1中，各时隙包括五个突发通信区间5000B的组。因此，各突发通信区间具有3.84ms的时长。3.84ms的突发通信区间的时长使得能够获得在突发通信区间的时长期间被认为稳定的信道。
而且，图5给出了帧的时隙的突发通信区间的细节，各突发通信区间具有相同结构。各突发通信区间包括被称为突发通信保护时间的时段50000A、被称为高功率放大器(HPA)斜坡的时段50000B、以及被称为预期将无人机3A或3B或控制站10的电子部件的反应时间考虑在内的高功率放大器(HPA)下坡的时段50000F。时段50000C(被称为序列前导码)用于发送前导码，该前导码使得接收节点能够进行信道的估计，以便执行频率、相位和时间同步以及接收信号均衡。这些同步使得能够在突发通信区间中的时段50000C之后同步样本的读数。此外，如我们在下文中将看到的，该前导码用于如与下行通信相反地识别上行通信。时段50000D(被称为选择模式)使得能够发送表示突发通信区间数的信息，以便确保各个无人机关于控制站的时间同步。而且，该突发通信区间数使得各个节点能够确定所述突发通信区间是否与其发送或接收数据有关。表示在时段50000D期间发送的突发通信区间数的数据独立于突发通信区间的所有其他数据由BCH编码模块6032编码。时段50000E(被称为突发通信)使得能够发送有用数据。在时段50000E期间发送的有用数据由LDPC编码模块6031编码。与突发通信区间数对应的数据的独立编码使得能够在不必解码有用数据的情况下解码这些数据。这样，在接收时，处理模块(100或300)能够在不必解码该有用数据的情况下确定在突发通信中发送的有用数据是否打算为其所用。在时段50000C、50000D以及50000E中发送的数据形成数据包。
如上面看到的，在无人机系统1中使用的各帧组以组结构来组织，该组结构使各帧与由控制站10和无人机的天线形成的对关联，各可能对根据不同帧在组中的位置与该帧关联。例如，在图5中，帧501至507与无人机3A关联，并且帧508至514与无人机3B关联。帧501与天线11A关联，帧502与天线11B关联，帧503与天线11C关联，帧504与天线11D关联，帧505与天线11E关联，帧506与天线11F关联，并且帧507与天线12关联。帧508与天线11A关联，帧509与天线11B关联，帧510与天线11C关联，帧511与天线11D关联，帧512与天线11E关联，帧513与天线11F关联，并且帧514与天线12关联。
知道各帧的时长且与控制站10同步的各节点能够确定帧何时开始，即使在它未接收用于一些帧的数据时。而且，从在各分配表中包含的信息，各节点能够确定组结构。这是因为，从在帧中归属的时隙的数量，各节点能够确定在无人机系统1中有效的无人机的数量。因为各无人机知道天线系统11中的天线的数量，所以它能够确定帧组中的帧的数量。在一个实施方式中，各节点知道在无人机系统1中可能的各若干有效无人机(即，从1至4有效无人机)的组结构。而且，在一个实施方式中，表示帧在帧组中的位置的信息在各帧的时隙500A中发送。由此，从当前帧在帧组中的位置，各节点能够确定控制站中的哪个天线发送信标和所述信标旨在用于哪一架无人机。与组结构以及其他方面有关的该信息使得控制站10的处理模块100能够实施天线选择方法，该方法使得处理模块能够从天线系统11中的天线选择提供与给定无人机的最佳质量的通信的天线。这是因为，以图5为例，对于在帧501至507中发送的各信标，处理模块100从无人机3A接收应答信号，该信号包含表示由无人机测量的信标的接收质量的信息。表示接收质量的信息例如是在接收信标时测量的RSSI(所接收信号强度指示)测量。从所获得的表示接收质量的信息，处理模块100确定哪一个天线在提供最佳质量的通信，并且对于帧507之后的预定数量的帧选择该天线。例如，处理模块100选择用于无人机3A的天线，直到发送包含指定无人机3A的信标的下一帧为止。在无人机系统1中具有两架无人机的图1中的示例中，这相当于对于七个帧选择天线。处理模块100从帧508至514对于无人机3B同样地进行，以便选择用于与无人机3B通信的最佳天线。
在无人机系统的传统通信网络中，上行与下行通信在OSI(开放系统互连，opensystem interconnection)模型的数据链路层和/或随后层中的解调和信道解码之后区分。因此，为了确定所接收的各信号是上行还是下行，必须解调并解码该信号。
为了避免这些解调和信道解码，无人机系统1在各上行通信中使用被称为上行前导码的前导码，该前导码与在各下行通信中使用的所谓下行前导码正交。
图8示意性例示了根据本发明的用于发送数据包的方法。
关于图8描述的方法在由控制站10的通信接口1005或各无人机3A和3B的通信接口3005所包括的发送模块各发送数据包时实施。该方法通过处理模块100或300使用构成发送模块的模块来实施。
在步骤800中，处理模块100(或相应地为300)检测要由发送模块发送的突发通信的接收。
在步骤801中，处理模块100(或相应地为300)使用突发通信形成模块602生成上行前导码(或相应地为下行前导码)。在一个实施方式中，控制站10(或相应地为无人机3A或无人机3B)的突发通信形成模块602对于各数据包生成同一前导码。另一方面，控制站10的突发通信形成模块602生成与由无人机3A和3B的突发通信形成模块602生成的下行前导码正交的上行前导码。
上行前导码和下行前导码是具有良好自相关特性的伪随机二元序列。
可以充当用于上行通信的前导码的伪随机二元序列
Figure GDA0003574783660000131
的示例如下：
Figure GDA0003574783660000132
可以充当用于下行通信的前导码的伪随机二元序列
Figure GDA0003574783660000133
的示例如下：
Figure GDA0003574783660000134
在步骤802中，突发通信形成模块602生成表示旨在在时段50000D中发送的突发通信区间数的信息。
在步骤803中，向表示突发通信区间数的信息和要发送的突发通信应用信道编码。更详细地，由BCH编码模块6032向表示突发通信区间数的信息应用BCH编码，并且由LDPC编码模块6031向突发通信应用LDPC编码。
在步骤804中，形成数据包，该数据包包括前导码、表示已编码突发通信区间数的信息以及已编码突发通信。然后由GMSK调制模块(即，高斯滤波模块604和MSK调制模块605)调制由此形成的包。
在步骤805期间，发送数据包。
图9示意性例示了根据本发明的用于接收数据包的方法。
关于图9描述的方法在由控制站10的通信接口1005(或相应地为各无人机3A和3B的通信接口3005)所包括的接收模块各接收数据包时实施。该方法通过处理模块100(或相应地为处理模块300)使用构成接收模块的模块来实施。
在接收数据包时，处理模块100(或相应地为处理模块300)根据所接收的已调制数据包与根据GMSK调制调制的参考前导码的卷积的结果，确定所述包在上行或下行通信的情景下何时发送，参考前导码取决于方法是由控制站的处理模块100实施还是由无人机3A或3B的处理模块实施，而对应于上行前导码或下行前导码。
在步骤900中，接收模块接收已调制数据包。
在步骤901中，处理模块100(或相应地为300)使用卷积模块707向所接收的已调制数据包应用卷积。卷积步骤901在由频率和相位同步模块708执行的同步之前且在由GMSK解调模块709执行的解调之前实施。在步骤901期间，处理模块100(或相应地为300)在所接收的已调制数据包与在存储器中存储的参考已调制前导码之间应用卷积。参考已调制前导码例如存储在处理模块100的存储单元1004中(或相应地为在处理模块300的存储单元3004中)。参考已调制前导码对应于用于控制站10的下行前导码(或相应地对应于用于无人机3A或3B的上行前导码)。
在步骤902中，处理模块检查卷积的结果。当在接收已调制数据包、所接收的已调制包与参考已调制前导码之间的卷积时，没有检测到相关(即，已调制包与已调制参考前导码之间的卷积不使得能够观察相关峰)时，处理模块100(或相应地为300)由此推断在所述包中包括的前导码与所寻求的前导码正交，因此，所述包不打算为其所用。然后拒绝数据包。相反，当在接收已调制数据包、已调制包与参考已调制包之间的卷积时，检测到相关(即，已调制包与在存储器中存储的已调制前导码之间的卷积使得能够观察相关峰)时，处理模块(100或300)由此推断数据包打算为其所用。
在一个实施方式中，卷积以有限脉冲响应滤波器(FIR滤波器)的形式来实施。
应注意，相关峰被认为当在由卷积模块707进行的卷积计算期间获得大于或等于预定相关阈值的相关值时观察到。
在观察到相关峰时，处理模块100(或相应地为处理模块300)在步骤903期间通过以下方式继续接收处理：由频率和相位同步模块708实施同步步骤，然后继续由解调模块709对包进行解调。否则，在步骤904中，处理模块100(或相应地为300)在不应用任何另外处理的情况下拒绝包。换言之，在控制站10的处理模块100认为数据包在上行通信的情景下发送时，它拒绝所述包。在控制站10的处理模块100认为数据包在下行通信的情景下发送时，它继续包接收处理并具体向所述数据包应用解调。在无人机3A(或3B)的处理模块300认为数据包在下行通信的情景下发送时，它拒绝所述包。在无人机3A(或3B)的处理模块300认为数据包在上行通信的情景下发送时，它继续包接收处理并具体向所述数据包应用解调。

Claims (9)

1.一种在无人驾驶移动装置系统中实施的方法，该无人驾驶移动装置系统包括控制站和至少一个无人驾驶移动装置，所述控制站使用时分多址类型的媒体接入技术与各无人驾驶移动装置通信，在该媒体接入技术中，各通信在帧中进行，其中：
各帧被分成多个时隙，各时隙被分成多个突发通信区间，各突发通信区间被分成允许以数据包的形式发送数据的多个时段，各数据包在其发送之前由预定调制方案来调制，所述多个时段中的第一时段允许发送第一前导码，这使得所述第一前导码的接收方能够进行信道估计，以便执行频率、相位以及时间同步和接收信号均衡，并且第二时段允许发送突发通信；
并且其中，所述方法包括以下步骤：
在从所述控制站到无人驾驶移动装置的各上行通信中，使用被称为上行前导码的前导码，该上行前导码与在从所述无人驾驶移动装置到所述控制站的各下行通信中使用的被称为下行前导码的前导码正交；以及
当接收到已调制数据包时，根据所述包与根据所述预定调制方案所调制的参考前导码的卷积的结果，来确定所述包是在上行通信的情景下发送的还是在下行通信的情景下发送的，所述参考前导码对应于所述上行前导码或对应于所述下行前导码。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，当在所述包与已调制下行前导码之间的卷积计算期间获得了大于或等于第一预定阈值的相关值时，所述包被认为是在下行通信的情景下发送的，并且当在所述包与已调制上行前导码之间的卷积计算期间获得了大于或等于第二预定阈值的相关值时，所述包被认为是在上行通信的情景下发送的。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，当在所述包与已调制下行前导码之间的卷积计算期间获得了低于所述第一预定阈值的相关值时，所述包被认为不是在下行通信的情景下发送的，并且当在所述包与已调制上行前导码之间的卷积计算期间获得了低于所述第二预定阈值的相关值时，所述包被认为不是在上行通信的情景下发送的。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，当所述控制站认为所接收的已调制数据包是在上行通信的情景下发送的时，所述控制站拒绝所述包，并且当所述控制站认为所接收的已调制数据包是在下行通信的情景下发送的时，所述控制站继续进行包括所述包的解调在内的用于接收所述包的处理。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，当无人驾驶移动装置认为所接收的已调制数据包是在下行通信的情景下发送的时，所述无人驾驶移动装置拒绝所述包，并且当所述无人驾驶移动装置认为所接收的已调制数据包是在上行通信的情景下发送的时，所述无人驾驶移动装置继续进行包括所述包的解调在内的用于接收所述包的处理。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述上行前导码和所述下行前导码是伪随机二元序列。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，以有限脉冲响应滤波器的形式来实施所述卷积。
8.一种无人驾驶移动装置系统，该无人驾驶移动装置系统包括控制站和至少一个无人驾驶移动装置，所述控制站使用时分多址类型的媒体接入技术与各无人机通信，在该媒体接入技术中，各通信在帧中进行，其中：
各帧被分成多个时隙，各时隙被分成多个突发通信区间，各突发通信区间被分成允许以数据包的形式发送数据的多个时段，各数据包在其发送之前由预定调制方案来调制，所述多个时段中的第一时段允许发送第一前导码，这使得所述第一前导码的接收方能够进行信道估计，以便执行频率、相位以及时间同步和接收信号均衡，并且第二时段允许发送突发通信；
并且其中，所述系统包括：
插入装置，该插入装置用于在从所述控制站到无人驾驶移动装置的上行通信的情景下发送的各数据包中插入与所谓的下行前导码正交的所谓的上行前导码，该下行前导码被插入于在从所述无人驾驶移动装置到所述控制站的下行通信的情景下发送的各数据包中；以及
确定装置，该确定装置用于在接收到已调制数据包时，根据所述包与根据所述预定调制方案的已调制参考前导码的卷积的结果，来确定所述包是在上行通信的情景下发送的还是在下行通信的情景下发送的，所述参考前导码对应于所述上行前导码或对应于所述下行前导码。
9.一种非暂时性存储介质，其中，所述非暂时性存储介质存储计算机程序，所述计算机程序包括程序代码指令，所述程序代码指令能够加载在可编程装置中，在所述程序代码指令由所述可编程装置执行时，使所述可编程装置实施根据权利要求1所述的方法。
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