CN110380774A - 一种自适应距离的无人机通信多路并行传输方法与系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应距离的无人机通信多路并行传输方法与系统，属于物联网无线通信技术领域，该方法包括：使用主控制器同时控制多个射频芯片，以实现多通道并行传输。根据RSSI值自适应切换两种调制方式，在近距离数据传输时使用FSK调制的射频芯片以提高数据传输速率，在远距离数据传输时使用LoRa调制的射频芯片以提高抗干扰性能。本发明将传统的单路传输拓展为多路传输以提高数据传输速率，同时通过自适应切换两种适应于不同传输场景的调制方式，兼顾了数据传输速率与抗干扰性的性能。

Description

一种自适应距离的无人机通信多路并行传输方法与系统
技术领域
本发明涉及一种自适应距离的无人机通信多路并行传输方法与系统，属于物联网无线通信技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展，无人机的应用领域越来越广泛。从军用侦察，农用播种，到物流配送、航拍技术，无人机在越来越多的领域发挥着无可比拟的优势。因而对无人机的研究也需要更加深入，实现技术突破，以适应日益增长的市场需求。无人机常常需要胜任远距离，高干扰性，可续航的工作场景，同时还要保证较高的数据传输速率。
LoRa调制方式，用于超长距离扩频通信，抗干扰性强，能够最大限度降低电流消耗。相较传统调制技术，LoRa调制技术在抗阻塞和选择性方面也具有明显优势，解决了传统设计方案无法同时兼顾距离、抗干扰和功耗的问题。而传统的FSK调制方式相较于LoRa调制方式虽然难以胜任远距离的工作场景，却有着较高的数据传输效率。现有的无人机数据传输模块往往采用单一的调制方式，难以做到远距离传输和近距离传输、数据传输速率与抗干扰性能的兼顾。因此合理的自适应切换两种调制方式能够显著提升无人机数据通信能力。
在无人机应用于勘探侦查工作时，常常需要构建高速率的数据传输通道，而传统的单一芯片数据传输，往往难以支撑高速率的传输场景。如何集成多个射频芯片于同一主控制器，也是无人机领域的另一迫切诉求。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种自适应距离的无人机通信多路并行传输方法与系统，使用主控制器同时控制多个射频芯片，以实现多通道并行传输，提高数据传输速率。并能自适应距离，提高近距离数据传输时的传输速率以及远距离数据传输时的抗干扰性能。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种自适应距离的无人机通信多路并行传输方法，遥控端与无人机端的主控制器分别同时控制多个射频芯片，收发双方的射频芯片一一对应，组成多个数据传输通道，以实现多通道并行传输；所述主控制器在接收到射频芯片的中断信号后，判定射频芯片的传输状态为接收成功时，读取接收数据包的信号强度RSSI值；根据RSSI值判定并自适应切换两种调制方式，具体为：在FSK调制方式下，若信号强度RSSI值小于FSK_MAX_RSSI门限值，则切换为LoRa调制方式，数据传输时使用LoRa调制的射频芯片以提高抗干扰性能；在LoRa调制方式下，若信号强度RSSI值大于LORA_MIN_RSSI门限值，则切换为FSK调制方式，数据传输时使用FSK调制的射频芯片以提高数据传输速率。
作为优选，主控制器通过串行外设接口SPI控制多个射频芯片。
作为优选，每个数据通道使用独立的传输频率进行数据传输，射频芯片在数据收发结束后，会产生中断反馈给主控制器，主控制器调用中断回调函数，通过读取射频芯片寄存器值获取射频芯片传输状态，根据射频芯片传输状态执行不同的操作；若传输状态为发送超时，则执行重新发送操作；若传输状态为发送成功，则将射频芯片置为接收状态；若传输状态为接收超时，则发送timeout包，请对方重新发送数据；若传输状态为接收错误，则发送NAK包，请对方重新发送数据；若传输状态为接收成功，则根据接收数据包内容执行相应操作；中断回调函数执行顺序为先到先执行。
作为优选，在认定需要切换调制方式后，以原先调制方式向接收端发送报头包含切换调制方式请求的CHM包，随后片选使用另一调制方式的射频芯片，初始化射频芯片并进入接收状态；接收端收到切换调制方式请求的CHM包后，片选使用另一调制方式的射频芯片，初始化射频芯片并在新的调制方式下返回ACK包。
一种自适应距离的无人机通信多路并行传输系统，包括遥控端与无人机端，遥控端与无人机端的主控制器分别同时控制多个射频芯片，收发双方的射频芯片一一对应，组成多个数据传输通道，以实现多通道并行传输；所述主控制器在接收到射频芯片的中断信号后，判定射频芯片的传输状态为接收成功时，读取接收数据包的信号强度RSSI值；根据RSSI值判定并自适应切换两种调制方式，具体为：在FSK调制方式下，若信号强度RSSI值小于FSK_MAX_RSSI门限值，则切换为LoRa调制方式，数据传输时使用LoRa调制的射频芯片以提高抗干扰性能；在LoRa调制方式下，若信号强度RSSI值大于LORA_MIN_RSSI门限值，则切换为FSK调制方式，数据传输时使用FSK调制的射频芯片以提高数据传输速率。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：使用本发明所描述的多路并行传输方法，在主控制器上同时控制多个射频芯片，能够显著的提高数据传输速率。本发明中所描述的，根据RSSI值自适应切换使用FSK和LoRa两种调制方式的射频芯片，能够根据无人机不同的传输场景，自动的选择最合适的调制模式进行数据传输，兼顾了数据传输通道的高数据传输速率与抗干扰性能。
附图说明
图1为本发明实施例中多路并行传输方法的系统模型图；
图2为本发明实施例中多路并行传输方法的流程示意图；
图3为本发明实施例中根据RSSI判定是否需要切换调制方式的流程示意图；
图4为本发明实施例中切换调制方式的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，是多路并行传输方法的系统模型图，本发明实施例公开的一种自适应距离的无人机通信多路并行传输系统，包括遥控端与无人机端。为实现多路并行传输方法，具体要求如下：遥控端与无人机端各自拥有一块主控制器。收发双方的主控制器通过串行外设接口SPI控制多个射频芯片，收发双方的射频芯片一一对应，组成多个数据传输通道，实现多路并行数据传输，以提高数据传输效率。
如图2所示，是多路并行传输方法的流程示意图，具体为：每个数据通道使用独立的传输频率进行数据传输，射频芯片在数据收发结束后，会产生中断反馈给主控制器，主控制器调用中断回调函数，通过读取射频芯片的寄存器值获取射频芯片传输状态(发送超时，发送成功，接收超时，接收错误，接收成功)，根据芯片传输状态执行不同的操作。若传输状态为发送超时，则执行重新发送操作；若传输状态为发送成功，则将射频芯片置为接收状态；若传输状态为接收超时，则发送timeout包，请对方重新发送数据；若传输状态为接收错误，则发送NAK包，请对方重新发送数据；若传输状态为接收成功，则根据接收数据包内容执行相应操作。中断回调函数执行顺序为先到先执行。
如图3所示，是根据RSSI判定是否需要切换调制方式的流程示意图，具体为：当主控制器接收到中断，且判定射频芯片的传输状态为接收成功时，主控制器通过串行外设接口SPI读取接收数据包的信号强度RSSI值。在FSK调制方式下，若信号强度RSSI值小于FSK_MAX_RSSI门限值，则意味着遥控端与无人机端相对距离较远，难以保证数据传输的准确性，需要切换为LoRa调制方式；在LoRa调制方式下，若信号强度RSSI值大于LORA_MIN_RSSI门限值，则意味着遥控端与无人机端相对距离较近，可以进一步提高数据传输速率，需要切换为FSK调制方式。根据上述判定规则，可实现在近距离数据传输时使用FSK调制的射频芯片以提高数据传输速率，在远距离数据传输时使用LoRa调制的射频芯片以提高抗干扰性能。其中实现FSK调制方式和LoRa调制方式的射频芯片可以是不同的芯片或支持多种调制方式的同一集成电路芯片，例如SX1276、SX1280等。
如图4所示，是切换调制方式的流程示意图，具体为：通过RSSI值与门限值对比后，认定需要切换调制方式，则以原先的调制方式向接收端发送报头包含切换调制方式请求的CHM包，随后片选使用另一调制方式的射频芯片，初始化射频芯片并进入接收状态。接收端收到切换调制方式请求的CHM包后，片选使用另一调制方式的射频芯片，初始化射频芯片并在新的调制方式下返回ACK包。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (5)

1.一种自适应距离的无人机通信多路并行传输方法，其特征在于：遥控端与无人机端的主控制器分别同时控制多个射频芯片，收发双方的射频芯片一一对应，组成多个数据传输通道，以实现多通道并行传输；所述主控制器在接收到射频芯片的中断信号后，判定射频芯片的传输状态为接收成功时，读取接收数据包的信号强度RSSI值；根据RSSI值判定并自适应切换两种调制方式，具体为：在FSK调制方式下，若信号强度RSSI值小于FSK_MAX_RSSI门限值，则切换为LoRa调制方式，数据传输时使用LoRa调制的射频芯片以提高抗干扰性能；在LoRa调制方式下，若信号强度RSSI值大于LORA_MIN_RSSI门限值，则切换为FSK调制方式，数据传输时使用FSK调制的射频芯片以提高数据传输速率。
2.根据权利要求1所述的自适应距离的无人机通信多路并行传输方法，其特征在于：主控制器通过串行外设接口SPI控制多个射频芯片。
3.根据权利要求1所述的自适应距离的无人机通信多路并行传输方法，其特征在于：每个数据通道使用独立的传输频率进行数据传输，射频芯片在数据收发结束后，会产生中断反馈给主控制器，主控制器调用中断回调函数，通过读取射频芯片寄存器值获取射频芯片传输状态，根据射频芯片传输状态执行不同的操作；若传输状态为发送超时，则执行重新发送操作；若传输状态为发送成功，则将射频芯片置为接收状态；若传输状态为接收超时，则发送timeout包，请对方重新发送数据；若传输状态为接收错误，则发送NAK包，请对方重新发送数据；若传输状态为接收成功，则根据接收数据包内容执行相应操作；中断回调函数执行顺序为先到先执行。
4.根据权利要求1所述的自适应距离的无人机通信多路并行传输方法，其特征在于：在认定需要切换调制方式后，以原先调制方式向接收端发送报头包含切换调制方式请求的CHM包，随后片选使用另一调制方式的射频芯片，初始化射频芯片并进入接收状态；接收端收到切换调制方式请求的CHM包后，片选使用另一调制方式的射频芯片，初始化射频芯片并在新的调制方式下返回ACK包。
5.一种自适应距离的无人机通信多路并行传输系统，包括遥控端与无人机端，其特征在于：遥控端与无人机端的主控制器分别同时控制多个射频芯片，收发双方的射频芯片一一对应，组成多个数据传输通道，以实现多通道并行传输；所述主控制器在接收到射频芯片的中断信号后，判定射频芯片的传输状态为接收成功时，读取接收数据包的信号强度RSSI值；根据RSSI值判定并自适应切换两种调制方式，具体为：在FSK调制方式下，若信号强度RSSI值小于FSK_MAX_RSSI门限值，则切换为LoRa调制方式，数据传输时使用LoRa调制的射频芯片以提高抗干扰性能；在LoRa调制方式下，若信号强度RSSI值大于LORA_MIN_RSSI门限值，则切换为FSK调制方式，数据传输时使用FSK调制的射频芯片以提高数据传输速率。
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