CN110362106A - 一种基于光通信的无人机群控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光通信的无人机群控制系统，包括多旋翼无人机机体和光通信模块；光通信模块设置在多旋翼无人机机体上；所述的多旋翼无人机机体包括飞控系统、数传模块、摄像头、云台、电源、电机、螺旋桨和无人机机架，所述的飞控系统、电源、数传模块、云台和电源都固定在无人机机架上；所述的光通信模块包括云台和发光阵列；所述的发光阵列，类似灯语和旗语，用于表达信息，实现快速的控制指令传递，实现飞机间的编队、控速；本发明在复杂多样的环境中，wifi，lora等无线通信网络收到干扰无法提供实时通信网络的情况下，依旧能够帮助无人机集群之间有效实时通信，高效协同工作。
Description
技术领域
本发明公开了一种基于光通信的无人机群控制系统。
背景技术
多旋翼无人机，是一种处在迅速发展中的新概念武器装备，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低的优点。无人机通过搭载多类传感器，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，无人机的使用范围已经扩宽到军事、科研、民用三大领域，具体在电力、通信、气象、农业、海洋、勘探等领域应用甚广。但由于单个无人机的任务执行能力很有限，无人机集群共同完成复杂任务就显得极其重要。
多旋翼无人机集群共同完成复杂任务时需要及时相互之间通信，发送信息，了解集群的状态。若任意两架无人机的距离较近，有碰撞的危险时，则两架无人机之间需要通信发送信息，要远离对方。若集群中的每架无人机相互之间的距离在集群安全距离之内，则集群中的无人机需要互相通信发送信息，要速度保持。若在集群运功中，某架无人机距离集群较远，则集群无人机需要减速，远程无人机会加速，而这一切集群动作都离不开集群之间的相互通信。
可想而知，多旋翼无人机间相互的实时通信，是实现无人机群编队，协同完成任务的关键。但目前的wifi，lora甚至是5G等无线通信网络，这些无线通信网络对于环境的适用性不是很强，在高压线，通信基站和金属设施多的工厂等环境的附近，由于磁场干扰，难以做到高效实时通信，这将都大大了降低了无人机集群协同作战的能力。有鉴于此，提出一种基于光通信的简单快捷的通信指令方式，通过这些简单快捷的通信指令方式，在wifi，lora等无线通信网络收到干扰时无法提供实时通信网络时，这种光通信依然能够使无人机集群能够高效协同工作，不影响无人机群完成任务，大大的增强了无人机集群的抗干扰能力。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于光通信的无人机群控制系统，解决现有采用wifi、lora等无线通信网络通信的多旋翼无人机集群，在高压线，通信基站和金属设施多的工厂等环境的附近，遇到干扰时，无法提供无人机集群之间实时通信的问题。该光通信方式通用性强，适合所有多旋翼无人机安装和使用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于光通信的无人机群控制系统，包括多旋翼无人机机体和光通信模块；光通信模块设置在多旋翼无人机机体上；所述的多旋翼无人机机体包括飞控系统、数传模块、摄像头、云台Ⅰ、电源、电机、螺旋桨和无人机机架，所述的飞控系统、电源、电机和螺旋桨都固定在无人机机架上；所述的光通信模块包括云台Ⅱ和发光阵列；
所述的发光阵列，类似灯语和旗语，用于表达信息，实现快速的控制指令传递，实现飞机间的编队、控速；
所述的发光阵列，采用N*N型发光二极管阵列，即N行N列发光二极管，其中用连续的d行N列发光阵列编码无人机的ID数值，用连续的2d行N列发光阵列编码无人机的速度数值，用连续的3d行N列发光阵列编码加速度数值和方向信息，用连续的3d行N列发光阵列编码无人机的三维坐标信息；其中N与d的关系如下：
N＝d+2d+3d+3d＝9d
无人机的摄像头拍摄到发光阵列图片后，将图片发送给飞控系统，飞控系统根据之前设定编码方式对行解码后，作出相应决策。
所述的发光阵列搭载在云台Ⅱ上，云台Ⅱ连接着飞控系统，在飞控系统的控制下，发光阵列可随云台Ⅱ360度旋转。
所述的飞控系统固定在无人机机架内，用于控制整个无人机的飞行，搭载各种无人机所需的传感器。
所述的数传模块连接着飞控系统，负责无人机与地面站的通信，所述的摄像头搭载在云台Ⅰ上，云台Ⅰ连接着飞控系统，在飞控系统的控制下，摄像头可变动角度完成拍摄。
所述的电源连接着飞控系统，给整个无人机系统供电，并将实时的电量信息反馈给飞控系统，所述的螺旋桨固定在电机上，电机固定在机架上，并连接着飞控系统；在飞控系统的控制下，电机带动螺旋桨转动，使无人机飞行。
本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：
多旋翼无人机集群之间通过基于光通信的简单快捷的编解码通信指令方式，采用发光二极管构成的发光阵列编码，无人机的摄像头拍摄到图片后，发送给无人机飞控系统解码进行相互通信，在复杂多样的环境(高压线，通信基站和金属设施多的工厂等环境)中，wifi，lora等无线通信网络收到干扰无法提供实时通信网络的情况下，依旧能够帮助无人机集群之间有效实时通信，高效协同工作。
附图说明
图1发光阵列编码示意图
图2无人机正视图
图3无人机各模块连接示意图
图4三架无人机集群编队示意图
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步说明。
一种基于光通信的无人机群控制系统包括多旋翼无人机机体和光通信模块。所述的多旋翼无人机机体包括飞控系统、数传模块、摄像头、云台1、电源、电机、螺旋桨和无人机机架，所述的光通信模块包括云台2和发光阵列；
如图1所示，所述的发光阵列。其功能类似于轮船或者飞机中使用的灯语和旗语。可以简单明了的表达信息，实现快速的控制指令传递，实现飞机间的编队、速度等控制。可采用9x9发光二极管阵列进行编码，如图a所示，表示下达无人机远离的指令，避免相撞，如图b所示，表示下达无人机需要保持速度指令，协同工作，如图c所示，表示下达脱离无人机群的无人机需要加速靠近无人机群，协同完成工作。发光阵列不仅可表达指令，还可以带有具体无人机状态信息的通信。如图d,e所示，采用N*N型发光二极管阵列(即N行N列发光二极管)，其中用连续的d行N列发光阵列编码无人机的ID数值，用连续的2d行N列发光阵列编码无人机的速度数值，用连续的3d行N列发光阵列编码加速度数值和方向信息，用连续的3d行N列发光阵列编码无人机的三维坐标信息。其中N与d的关系如下
N＝d+2d+3d+3d＝9d
无人机的摄像头拍摄到发光阵列图片后，将图片发送给飞控系统，飞控系统根据之前设定编码方式对其行解码后，作出相应决策。具体发光阵列的编解码，可根据无人机集群的需要自行灵活定义，只需无人机集群编解码一致即可，方便快捷实用。
如图2，3所示，一种基于光通信的无人机群控制系统包括多旋翼无人机机体和光通信模块。所述的多旋翼无人机机体包括飞控系统、数传模块、摄像头、云台1、电源、电机、螺旋桨和无人机机架，所述的光通信模块包括云台2和发光阵列,所述的飞控系统用于控制整个无人机的飞行，是整个无人机的中央控制中心，搭载各种无人机所需的传感器，该飞控系统固定在无人机机架内；所述的数传模块连接着飞控系统，负责无人机与地面站的通信，所述的摄像头搭载在云台1上，云台1连接着飞控系统，在飞控系统的控制下，摄像头可变动角度完成拍摄，所述的电源，连接着飞控系统，给整个无人机系统供电，并将实时的电量信息反馈给飞控系统，所述的螺旋桨固定在电机上，电机固定在机架上，并连接着飞控系统，在飞控系统的控制下，电机带动螺旋桨转动，使无人机飞行，所述的飞控系统，电源、电机和螺旋桨都固定在无人机机架上；所述的光通信模块包括云台2和发光阵列，所述的发光阵列搭载在云台2上，云台2连接着飞控系统，在飞控系统的控制下，发光阵列可随云台2，360度旋转。
如图4所示，三架多旋翼无人机群，当无人机3通过自己的数传模块从地面站得知无人机4的状态后，无人机3将自己的发光阵列转向无人机4，无人机4用自己的摄像头拍摄识别出无人机3的指令，进行动作，完成无人机3和无人机4之间的实时通信。同理，无人机4和无人机5也可以互相完成实时通信。在地面站和基于光通信的发光阵列的通信网络下，即使无人机间的wifi，lora等无线通信网络受到环境干扰，无法提供无人机集群间的实时通信时，多旋翼无人机群依然能够完成实时通信，协同完成任务，而不受环境的影响。
Claims (5)
1.一种基于光通信的无人机群控制系统，其特征在于包括多旋翼无人机机体和光通信模块；所述的多旋翼无人机机体包括飞控系统、数传模块、摄像头、云台Ⅰ、电源、电机、螺旋桨和无人机机架，所述的飞控系统、电源、电机和螺旋桨都固定在无人机机架上；所述的光通信模块包括云台Ⅱ和发光阵列；
所述的发光阵列，类似灯语和旗语，用于表达信息，实现快速的控制指令传递，实现飞机间的编队、控速；
所述的发光阵列，采用N*N型发光二极管阵列，即N行N列发光二极管，其中用连续的d行N列发光阵列编码无人机的ID数值，用连续的2d行N列发光阵列编码无人机的速度数值，用连续的3d行N列发光阵列编码加速度数值和方向信息，用连续的3d行N列发光阵列编码无人机的三维坐标信息；其中N与d的关系如下：
N＝d+2d+3d+3d＝9d
无人机的摄像头拍摄到发光阵列图片后，将图片发送给飞控系统，飞控系统根据之前设定编码方式对行解码后，作出相应决策。
2.根据权利要求1所述的一种基于光通信的无人机群控制系统，其特征在于所述的发光阵列搭载在云台Ⅱ上，云台Ⅱ连接着飞控系统，在飞控系统的控制下，发光阵列可随云台Ⅱ360度旋转。
3.根据权利要求2所述的一种基于光通信的无人机群控制系统，其特征在于所述的飞控系统固定在无人机机架内，用于控制整个无人机的飞行，搭载各种无人机所需的传感器。
4.根据权利要求3所述的一种基于光通信的无人机群控制系统，其特征在于所述的数传模块连接着飞控系统，负责无人机与地面站的通信，所述的摄像头搭载在云台Ⅰ上，云台Ⅰ连接着飞控系统，在飞控系统的控制下，摄像头可变动角度完成拍摄。
5.根据权利要求4所述的一种基于光通信的无人机群控制系统，其特征在于所述的电源连接着飞控系统，给整个无人机系统供电，并将实时的电量信息反馈给飞控系统，所述的螺旋桨固定在电机上，电机固定在机架上，并连接着飞控系统；在飞控系统的控制下，电机带动螺旋桨转动，使无人机飞行。
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