CN110493249B - 基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法及系统，涉及无人机通信技术领域，该方法包括：用户终端的地面控制端通过多种网络切换向机载任务计算机发送连接信息，多种网络包括光纤通信网络、4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和视距通信网络；机载任务计算机不断扫描通信端口并接收连接信息，根据连接信息进行握手认证并通过多种网络切换向用户终端的地面控制端发送回应信息；用户终端的地面控制端接收回应信息并根据回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制。本发明应用4G/5G无线网络同时辅之以卫星网络和视距网络，多网络按需切换，保证控制指令响应的准确性和实时性。

Description

基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机通信技术领域，具体涉及一种基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法及系统。

背景技术

随着无人机应用的愈发广泛，应用场景也逐渐变多，在管线巡检、森林防火等公共监测环境中的使用越来越紧迫。这些使用环境对无人机的巡检质量要求极高，而决定预期效果的关键是数据源和通信链路的质量。所以如何有效保证数据源的高质量获取和数据的稳定传输尤为重要。

通常情况下，获取数据源的探测载荷都是在作业前设定固定参数开展飞行作业的。这种作业模式简单便捷但是在数据获取质量不佳的情况下显然缺乏灵活的应对措施，无法及时保证获取数据的质量最佳。而且数据的传输深受数据链路质量好坏的影响。

基于这种劣势，目前亟需开发一种系统可实现载荷的实时可控，保证按需调整载荷参数，满足载荷作业参数实时可调，实现作业数据源的高质量获取和传输。

发明内容

因此，本发明实施例的目的是提供一种保证载荷参数按需实时可控可调的基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法及系统，其利用已有的基础基站设备，实现无人机的长距离长航时多架次作业背景下的高质量数据采集需求。

为此，本发明实施例的一种基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法，包括以下步骤：

用户终端的地面控制端通过多种网络切换向机载任务计算机发送连接信息，所述连接信息包括网络配置信息和信道信息，所述多种网络包括光纤通信网络、4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和视距通信网络；

机载任务计算机不断扫描通信端口并接收所述连接信息，根据所述连接信息进行握手认证并通过多种网络切换向用户终端的地面控制端发送回应信息，所述回应信息为包含握手成功消息的信息或包含握手不成功消息的信息；

用户终端的地面控制端接收所述回应信息并根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制。

优选地，所述用户终端的地面控制端通过多种网络切换向机载任务计算机发送连接信息的步骤包括：

用户终端的地面控制端通过有线/无线通信网络向IDC机房发送连接信息；

IDC机房接收所述连接信息并通过光纤通信网络向地面接收站发送；

地面接收站接收所述连接信息并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向机载任务计算机发送。

优选地，所述地面接收站通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向机载任务计算机发送所述连接信息的步骤包括：

所述地面接收站按需在4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和视距通信网络中切换选用以向机载任务计算机发送所述连接信息。

优选地，所述机载任务计算机通过多种网络切换向用户终端的地面控制端发送回应信息的步骤包括：

机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向地面接收站发送回应信息；

地面接收站接收所述回应信息并通过光纤通信网络向IDC机房发送；

IDC机房接收所述回应信息并通过有线/无线通信网络向用户终端的地面控制端发送。

优选地，所述机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向地面接收站发送回应信息的步骤包括：

所述机载任务计算机按需在4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和视距通信网络中切换选用以向地面接收站发送回应信息。

优选地，所述用户终端的地面控制端根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制的步骤包括：

用户终端的地面控制端判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手成功消息的信息时，通过有线/无线通信网络向IDC机房发送测控指令，所述测控指令包括载荷参数调整信息和载荷数据类型信息，所述载荷参数调整信息用于指控终端载荷设备做出实时调整，载荷数据类型信息用于指示终端载荷设备作业数据的输出类型；

IDC机房接收所述测控指令并通过光纤通信网络向地面接收站发送；

地面接收站接收所述测控指令并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向机载任务计算机发送；

机载任务计算机接收所述测控指令，根据所述测控指令分析指令对象并通过有线/无线通信网络向相应的终端载荷设备发送所述测控指令；

终端载荷设备接收所述测控指令，根据所述测控指令作出调整响应并完成数据采集，通过有线/无线通信网络向机载任务计算机发送采集数据；

机载任务计算机接收所述采集数据并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向地面接收站发送；

地面接收站接收所述采集数据并通过光纤通信网络向IDC机房发送；

IDC机房接收所述采集数据并通过有线/无线通信网络向用户终端发送；

用户终端接收所述采集数据进行处理并展示。

优选地，所述地面接收站通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向机载任务计算机发送所述测控指令的步骤包括：所述地面接收站按需在4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和视距通信网络中切换选用以向机载任务计算机发送所述测控指令；

所述机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向地面接收站发送所述采集数据的步骤包括：所述机载任务计算机按需在4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和视距通信网络中切换选用以向地面接收站发送所述采集数据。

优选地，所述用户终端的地面控制端根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制的步骤还包括：

用户终端的地面控制端判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手不成功消息的信息时，通过多种网络切换重新向机载任务计算机发送连接信息。

本发明实施例的一种基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制系统，包括：用户终端的地面控制端、IDC机房、地面接收站、机载任务计算机和终端载荷设备；

用户终端的地面控制端，与IDC机房之间通过有线/无线通信网络进行通信连接，用于向IDC机房发送连接信息和接收回应信息并根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制，所述连接信息包括网络配置信息和信道信息，所述回应信息为包含握手成功消息的信息或包含握手不成功消息的信息；

IDC机房与地面接收站之间通过光纤通信网络进行通信连接，地面接收站与机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络进行通信连接，用于传输所述连接信息和回应信息；

机载任务计算机，与终端载荷设备通过有线/无线通信网络进行通信连接，用于不断扫描通信端口并接收所述连接信息，根据所述连接信息进行握手认证并向地面接收站发送回应信息；

终端载荷设备用于对用户终端的地面控制端的实时控制做出响应。

优选地，所述用户终端的地面控制端还用于判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手成功消息的信息时，通过有线/无线通信网络向IDC机房发送测控指令，所述测控指令包括载荷参数调整信息和载荷数据类型信息，所述载荷参数调整信息用于指控终端载荷设备做出实时调整，载荷数据类型信息用于指示终端载荷设备作业数据的输出类型；以及接收采集数据进行处理并展示；

所述机载任务计算机还用于接收所述测控指令，根据所述测控指令分析指令对象并通过有线/无线通信网络向相应的终端载荷设备发送所述测控指令；以及接收所述采集数据并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向地面接收站发送；

所述终端载荷设备还用于接收所述测控指令，根据所述测控指令作出调整响应并完成数据采集，通过有线/无线通信网络向机载任务计算机发送采集数据；

所述地面接收站和IDC机房还用于传输所述测控指令和采集数据。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法及系统，应用的4G/5G无线通信网络的无人机通信网络是利用已有基础网络，却又不同于移动通信机制的新型对空通信网络，避免了先期的网络站址建设工作，节省了无人机通信网络的网络建设成本也有效利用了现有的资源，且避免了恶意信号对高空作业进行干扰控制。同时辅之以卫星通信网络和视距通信网络，多网络按需切换，保证控制指令响应的准确性和实时性。将无人机技术与无人机专有通信网络技术结合到一起，完成了天地一体的信息交互需求和终端控制需求。将现代移动通信技术和无人机巡航技术结合到一起，能够给用户以更优质、更高效的方式实现巡航质量，是无人机领域多类型环境下，长距离长航时高空高质量作业的新突破。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制系统的一个具体示例的结构示意图；

图2为本发明实施例1中无人机机载端设备的一个具体示例的组成框图；

图3为本发明实施例2中基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法的一个具体示例的流程图。

附图标记：1-无人机，2-终端载荷设备，3-机载任务计算机，4-多类型地面无线接收站，5-IDC机房，6-用户终端，11-初级数据处理模组，12-高级数据处理模组，13-SSD存储模组，14-安全加密芯片模组，15-压缩模组，16-串口转换模组，17-通信模组。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“通信”应做广义理解，例如，可以是无线通信，也可以是有线通信，或光纤通信；可以是数传数据通信，也可以图传数据通信，也可以通过通信终端内部结构通信，还可以是机载端各模块间的相互通信。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

图1是本实施例提供的一种基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制系统的结构示意图。如图1所示，基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制系统包括无人机1、终端载荷设备2、机载任务计算机3、多类型地面无线接收站4(包括地面接收站)、IDC机房5和多个用户终端6(包括用户终端的地面控制端)。无人机1与终端载荷设备2之间主要是作为备份链路保证载荷在主链路终端时的实时可控。终端载荷设备2和机载任务计算机3之间主要是参数控制的主链路，对载荷的任务控制主要是由任务计算机直接传送的。任务计算机3与多类型地面无线接收站4之间通过4G/5G无线通信网络/卫星通信网络/视距通信网络进行通信连接，通过哪条链路进行传输主要取决于作业环境和链路通信质量，通过链路质量判定确定用哪种链路。多类型地面无线接收站4与IDC机房5之间通过光纤通信网络进行通信连接，IDC机房5与用户终端6之间通过有线/无线通信网络进行通信连接。IDC机房5还可与云端连接。其中，所使用的4G/5G无线通信网络实现空地数据传输，是完全区别于现有消费级通信网络的特殊网络，使用同一终端实现多种网络的按需切换保障通信，更是一种创造性的通信保障方法。用户终端的地面控制端用于向IDC机房发送连接信息和接收回应信息并根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制，所述连接信息包括网络配置信息和信道信息，所述回应信息为包含握手成功消息的信息或包含握手不成功消息的信息；IDC机房和地面接收站用于传输所述连接信息和回应信息；机载任务计算机用于不断扫描通信端口并接收所述连接信息，根据所述连接信息进行握手认证并向地面接收站发送回应信息；终端载荷设备用于对用户终端的地面控制端的实时控制做出响应。

网络运行期间可以同时控制多款载荷进行多维操作。无人机相关的数据通过无线通信网络进行传输，传输到地面后通过光纤通信网络在服务器端完成复杂的数据处理，最后分发到各个用户终端。无线通信网络是支持500米以上高空飞行的无人机网络，可支持长航时长距离高空无人机的网络，且飞行高度越高通信效果更好，是区别于现有通信网络的专有网络，借用了目前固有通信网络的基础资源，但使用的天线技术是完全不一样的。

上述实时控制系统中，用户终端6的地面控制端及无人机终端载荷设备2都被设置可以通过多种无线网络进行通信。另外，任务计算机可以使用通信模块建立无线数据连接，地面无线通讯站通过时分信道获得无线数据，并与地面数据中心(IDC机房)建立通信，将数据通过光纤网络传输过去，和包括地面控制端在内的用户终端建立联系。地面控制端与任务计算机通过传递网络配置信息及网络标识，实现地面控制端和终端载荷设备之间建立通信连接。

网络配置信息可以包括物理网络标识符，例如，物理网络标识符用于识别该LTE网络。网络配置信息还可以包括逻辑网络标识符，例如，逻辑网络标识符可以包括点对点群组标识符，其用于识别无线设备要加入的一个逻辑点对点群组。例如逻辑网络标识符可以根据建制来制定。无线连接可以传递任一无人机机载端终端载荷设备进入网络的时间戳。

优选地，所述用户终端的地面控制端还用于判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手成功消息的信息时，通过有线/无线通信网络向IDC机房发送测控指令，所述测控指令包括载荷参数调整信息和载荷数据类型信息，所述载荷参数调整信息用于指控终端载荷设备做出实时调整，载荷数据类型信息用于指示终端载荷设备作业数据的输出类型；以及接收采集数据进行处理并展示；所述机载任务计算机还用于接收所述测控指令，根据所述测控指令分析指令对象并通过有线/无线通信网络向相应的终端载荷设备发送所述测控指令；以及接收所述采集数据并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向地面接收站发送；所述终端载荷设备还用于接收所述测控指令，根据所述测控指令作出调整响应并完成数据采集，通过有线/无线通信网络向机载任务计算机发送采集数据；所述地面接收站和IDC机房还用于传输所述测控指令和采集数据。

在一个实施例中，地面数据中心保管所有网络配置信息，包括群组配置信息。地面数据中心可以与用户持有的数据终端(用户终端)通过光纤网络连接。用户终端与地面数据中心交流的信息可以包括飞机遥控数据、载荷控制数据。用户终端的地面控制端向每个机载任务计算机进行认证及通信并发送控制信息，控制信息主要包括载荷参数调整信息和载荷数据类型控制信息，载荷参数调整信息主要是确定载荷的响应参数和相应数值，载荷数据类型控制信息主要是确定载荷输出的数据类型。

地面控制端通过机载任务计算机与每个无人机终端载荷设备的单独发现，直接建立地空通信网络。载荷状态控制的关键设备是机载任务计算机，任务计算机完成了有线信号到无线信号的转换，实现了地面控制端向无人机终端载荷设备发送控制信息，并进行认证及通信。通过建立与无人机终端载荷设备的连接，可以实现对终端载荷状态的实时监测，保证作业质量控制最优化。最新的状态信息传递回给数据中心，然后传递回给管理者的手持机或者电脑等用户终端。根据一个实施例，载荷状态信息可以是自动更新并根据网络配置分送到物理网络或群组的每个用户终端中去。

在一个实施例中，网络配置信息可以包括LTE网络标识符。例如，可以是一个IP地址，其用于建立端对端的网络连接，通过移动通信网络的连接和数据中心的连接，可以允许一个逻辑组中的一个节点与其它节点进行通信，也允许与第二群组中的任何节点进行通信。在一个实施例中，数据中心可以从第一逻辑群组、第二逻辑群组和第三逻辑群组中接收所有通信信息。本领域普通技术人员可以认识到，可以有各种逻辑群组适合本实施例的任何特定应用。网络资源的局限性促成了多套数据链路的协同使用，按需使用链路资源。

图2是本实施例提供的无人机机载端的设备组成框图，无人机机载端包括终端载荷设备和机载任务计算机，载荷设备和外界的通信都是通过任务计算机实现的，任务计算机使用的是基于LTE通信网络、卫星通信和视距通信的数据收发终端，通过和地面通信站建立通信，实现数据的正常收发。终端载荷设备包括民用常规型载荷探测设备和高分探测载荷设备。如图2所示，在一个实施例中，机载任务计算机包括无线设备，通过无线设备而形成点对点群组。无线设备可以包括初级数据处理模组11、高级数据处理模组12、SSD存储模组13、安全加密芯片模组14、压缩模组15、串口转换模组16、通信模组17。初级数据处理模组用于根据数据类型、数据大小和数据属性进行区分及存储分发，数据类型包括数传数据和图传数据；压缩模组与初级数据处理模组连接，用于对大容量图传数据进行压缩处理；高级数据处理模组与初级数据处理模组连接，用于对图传数据进行高级处理；SSD存储模组和安全加密芯片模组分别与高级数据处理模组连接，SSD存储模组用于数据存储，安全加密芯片模组用于数据加密处理。数据处理模组处理的区分主要是通过数据类型、数据大小和数据属性三个维度进行区分的。数据类型主要分为数传数据和图传数据两类，图传数据数据量大小远远大于数传数据，数据属性主要决定了是否需要进行压缩处理。通常情况下数据的初始区分及存储分发主要在低级处理器中完成，大容量图传数据发送前需要先进行压缩处理，同一份图传数据会被送到高级处理器进行高级处理。在高级处理器完成路由配置、传输优先级及QOS处理、加密处理、RTK校准及稳像处理，完成数据在机载端的边缘计算，借助于移动边缘计算技术，实现了计算能力的分布式部署，大幅调高了数据处理效率，提高了网络的传输及负载能力，提高整个系统的响应速度及数据质量。如图2所示，终端通信设备包括与高级数据处理模组12连接的雷达信号接收模块、飞控接入端，载荷设备包括与压缩模组15的相机控制串口端连接的相机，以及与吊仓控制串口端、可见光SDI口输入端、红外SDI口输入端相连的吊舱载荷。

在一个实施例中，机载任务计算机将数据中心传来的载荷控制数据传输给终端载荷设备，完成对载荷设备的参数控制和载荷数据的处理及传输。载荷控制主要包括载荷姿态参数控制、载荷焦距清晰度参数控制、载荷放大倍数控制以及载荷目标数据实时跟踪控制。任务计算机还可以接入RTK参考站的数据，对GPS数据进行精准再定位处理，提高飞行控制的精确度，保证多架飞机在空作业的安全性。

在一个实施例中，由能源装置向无人机机载端各个部件提供能源，其可以通过开关进行断开与接通控制，能源装置至少包括发电机。

上述无人机终端载荷实时控制系统是基于多种网络切换的系统，其中，4G/5G无线通信网络的无人机通信网络是利用已有基础网络，却又不同于移动通信机制的新型对空通信网络，避免了先期的网络站址建设工作，节省了无人机通信网络的网络建设成本也有效利用了现有的资源，且避免了恶意信号对高空作业进行干扰控制。同时辅之以卫星通信网络和视距通信网络，多网络按需切换，保证控制指令响应的准确性和实时性。将无人机技术与无人机专有通信网络技术结合到一起，完成了天地一体的信息交互需求和终端控制需求。将现代移动通信技术和无人机巡航技术结合到一起，能够给用户以更优质、更高效的方式实现巡航质量，是无人机领域多类型环境下，长距离长航时高空高质量作业的新突破。

实施例2

本实施例提供一种基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1、用户终端的地面控制端通过多种网络切换向机载任务计算机发送连接信息，所述连接信息包括网络配置信息和信道信息，所述多种网络包括光纤通信网络、4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和视距通信网络；

S2、机载任务计算机不断扫描通信端口并接收所述连接信息，根据所述连接信息进行握手认证并通过多种网络切换向用户终端的地面控制端发送回应信息，所述回应信息为包含握手成功消息的信息或包含握手不成功消息的信息；

S3、用户终端的地面控制端接收所述回应信息并根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制。

优选地，S1中的用户终端的地面控制端通过多种网络切换向机载任务计算机发送连接信息的步骤包括：

S11、用户终端的地面控制端通过有线/无线通信网络向IDC机房发送连接信息；

S12、IDC机房接收所述连接信息并通过光纤通信网络向地面接收站发送；

S13、地面接收站接收所述连接信息并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向机载任务计算机发送。

优选地，S2中的机载任务计算机通过多种网络切换向用户终端的地面控制端发送回应信息的步骤包括：

S21、机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向地面接收站发送回应信息；

S22、地面接收站接收所述回应信息并通过光纤通信网络向IDC机房发送；

S23、IDC机房接收所述回应信息并通过有线/无线通信网络向用户终端的地面控制端发送。

优选地，S3中的用户终端的地面控制端根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制的步骤包括：

S31、用户终端的地面控制端判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手成功消息的信息时，通过有线/无线通信网络向IDC机房发送测控指令，所述测控指令包括载荷参数调整信息和载荷数据类型信息，所述载荷参数调整信息用于指控终端载荷设备做出实时调整，载荷数据类型信息用于指示终端载荷设备作业数据的输出类型；

S32、IDC机房接收所述测控指令并通过光纤通信网络向地面接收站发送；

S33、地面接收站接收所述测控指令并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向机载任务计算机发送；

S34、机载任务计算机接收所述测控指令，根据所述测控指令分析指令对象并通过有线/无线通信网络向相应的终端载荷设备发送所述测控指令；

S35、终端载荷设备接收所述测控指令，根据所述测控指令作出调整响应并完成数据采集，通过有线/无线通信网络向机载任务计算机发送采集数据；

S36、机载任务计算机接收所述采集数据并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络和/或视距通信网络向地面接收站发送；

S37、地面接收站接收所述采集数据并通过光纤通信网络向IDC机房发送；

S38、IDC机房接收所述采集数据并通过有线/无线通信网络向用户终端发送；

S39、用户终端接收所述采集数据进行处理并展示。

优选地，S3中的用户终端的地面控制端根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制的步骤还包括：

S310、用户终端的地面控制端判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手不成功消息的信息时，通过多种网络切换重新向机载任务计算机发送连接信息。

载荷参数实时调整的过程为：地面控制端通过接收到的作业数据确定载荷参数的调整需求，通过载荷调整类型和调整幅度确定最终的调整指令，最后将调整指令发送给任务计算机。其中，通过哪条链路进行传输主要取决于作业环境和链路通信质量，通过链路质量判定确定用哪种链路。任务计算机接收到地面端发送的指令数据，并将指令数据透传给探测载荷，探测载荷通过解析指令内容确定最终的响应动作，最终获得有效的探测数据。

在一个实施例中，应用于用户终端的地面控制端的基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法包括以下步骤：

用户终端的地面控制端在空闲信道上重复发送连接信息，并等待回应；地面控制端如果接收到无人机机载端机载任务计算机所发送的回应信号时，则与机载任务计算机建立通信连接，地面控制端和机载任务计算机进入握手认证阶段。地面控制端如果没有接收到机载任务计算机所发送的回应信号，则重新进行连接。

在一个实施例中，地面控制端的工作过程包括：

S1-01：接入无人机、机载任务计算机及终端载荷设备的信息，建立通信连接；

S1-02：为无人机优化数据提供传输路由，保证终端载荷设备作业的稳定性，同时保证大数据传输的效率；

S1-03：接收终端载荷设备的探测数据，并完成对数据的分类、分析、编目及分发工作；

S1-04：通过用户需求实现对终端载荷设备的远程控制，上传控制指令给终端载荷设备，保证对载荷参数的实时控制和敏感数据的及时获取。

对飞机探测载荷的远程控制可以在百里之内，也可以在千里之外，数据信息的传输及相应时间在毫秒级别。

在一个实施例中，应用于机载任务计算机的基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制方法包括以下步骤：

接收地面控制端发送的信息，信息包括逻辑网络标识符、信道信息、载荷参数调整信息和载荷数据类型信息，逻辑网络标识符用于确定无人机的机载端属于地面控制端控制的控制对象；将自身存储的逻辑网络标识符与接收的逻辑网络标识符进行比对，如果一致，则根据所接收所述网络配置信息与地面控制端建立移动自组无线网络，并更改自己的信道，如果不一致，则保持原有的网络配置并使用原有信道。载荷参数调整信息主要用于完成载荷的实时测控，用户按需发送调整指令，载荷作出实时响应。载荷数据类型控制信息主要完成载荷作业数据的输出类型，通过用户指令控制，发送用户需要的数据类型，保证作业数据的质量和效率。

优选地，上述实时控制方法还包括以下步骤：机载任务计算机不断地扫描通信端口，确保端口通信正常且能够正确收发来自地面的测控信息。

在一个实施例中，机载任务计算机的工作过程包括：

S2-01：接收地面端传送过来的测控指令，分析指令类型及指令对象，并完成载荷指令响应，回馈状态信息给地面控制端；

S2-02：通过指令调整完成数据采集，并将采集数据传送给任务计算机，保证数据信息成功发送至测控终端及用户终端展示。

无人机载荷终端设备作业数据和对载荷设备的测控数据在整个无人机通信链路中的传输过程包含以下处理步骤：

第S01步：无线传输阶段：地空通信主要依赖于针对高空通信的4G/5G无线通信专网，同时辅之以卫星通信链路和视距通信链路，视不同环境和通信链路质量进行链路切换使用，保证对终端载荷在任意时间的测控；能够保证在真高2000米以内的飞行高度下实现稳定传输；

第S02步：本地光纤传输阶段：无线信号通过地面通信设备转换成有线信号，通过光缆传送至就近的IDC机房数据中心，完成数据的初级处理；

第S03步：公网传输阶段：下行数据通过公网完成云端上载和AI分析过程，针对不同地区的用户及个性化需求，再通过公网分发给数据中心及终端用户。用户终端发送的上行测控数据通过公网传输至地面无线通信终端，再通过无线网络传输到任务计算机，最后通过任务计算机传输给终端载荷设备。

本发明提供的方法可以由各种语言编成计算机应用的程序，并存储于如存储器、网盘、云盘等中，处理器可以调用该程序以完成一系列的功能。本发明中的处理器可包括数字信号处理器(DSP)、微处理器、可编程序逻辑装置(PLD)、门阵列或多个处理组件以及电源管理子系统。处理器还可包括内部高速缓存存储器，所述内部高速缓存存储器被配置成存储从存储器或者控制卡中取得的用于执行的计算机可读指令。所述存储器包括非暂态计算机介质，所述介质例如包括SRAM、快闪、SDRAM和/或硬盘驱动器(HDD)等。存储器被配置成存储计算机可读指令以便由处理器来执行。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制系统，其特征在于，包括：用户终端的地面控制端、IDC机房、地面接收站、机载任务计算机和终端载荷设备；

用户终端的地面控制端，与IDC机房之间通过有线/无线通信网络进行通信连接，用于向IDC机房发送连接信息和接收回应信息并根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制，所述连接信息包括网络配置信息和信道信息，所述回应信息为包含握手成功消息的信息或包含握手不成功消息的信息；

IDC机房与地面接收站之间通过光纤通信网络进行通信连接，地面接收站与机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络进行通信连接，用于传输所述连接信息和回应信息；

机载任务计算机，与终端载荷设备通过有线/无线通信网络进行通信连接，用于不断扫描通信端口并接收所述连接信息，根据所述连接信息进行握手认证并向地面接收站发送回应信息；机载任务计算机包括无线设备，通过无线设备而形成点对点群组；无线设备可以包括初级数据处理模组(11)、高级数据处理模组(12)、SSD存储模组(13)、安全加密芯片模组(14)、压缩模组(15)、串口转换模组(16)、通信模组(17)；初级数据处理模组用于根据数据类型、数据大小和数据属性进行区分及存储分发，数据类型包括数传数据和图传数据；压缩模组与初级数据处理模组连接，用于对大容量图传数据进行压缩处理；高级数据处理模组与初级数据处理模组连接，用于对图传数据进行高级处理；SSD存储模组和安全加密芯片模组分别与高级数据处理模组连接，SSD存储模组用于数据存储，安全加密芯片模组用于数据加密处理；数据处理模组处理的区分是通过数据类型、数据大小和数据属性三个维度进行区分的；数据类型分为数传数据和图传数据两类，图传数据数据量大小大于数传数据，数据属性决定了是否需要进行压缩处理；数据的初始区分及存储分发在低级处理器中完成，大容量图传数据发送前需要先进行压缩处理，同一份图传数据会被送到高级处理器进行高级处理；在高级处理器完成路由配置、传输优先级及QOS处理、加密处理、RTK校准及稳像处理，完成数据在机载任务计算机的边缘计算；终端载荷设备包括与高级数据处理模组(12)连接的雷达信号接收模块、飞控接入端，终端载荷设备包括与压缩模组(15)的相机控制串口端连接的相机，以及与吊仓控制串口端、可见光SDI口输入端、红外SDI口输入端相连的吊舱载荷；

终端载荷设备用于对用户终端的地面控制端的实时控制做出响应。

2.根据权利要求1所述的实时控制系统，其特征在于，所述用户终端的地面控制端还用于判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手成功消息的信息时，通过有线/无线通信网络向IDC机房发送测控指令，所述测控指令包括载荷参数调整信息和载荷数据类型信息，所述载荷参数调整信息用于指控终端载荷设备做出实时调整，载荷数据类型信息用于指示终端载荷设备作业数据的输出类型；以及接收采集数据进行处理并展示；

所述机载任务计算机还用于接收所述测控指令，根据所述测控指令分析指令对象并通过有线/无线通信网络向相应的终端载荷设备发送所述测控指令；以及接收所述采集数据并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向地面接收站发送；

所述终端载荷设备还用于接收所述测控指令，根据所述测控指令作出调整响应并完成数据采集，通过有线/无线通信网络向机载任务计算机发送采集数据；

所述地面接收站和IDC机房还用于传输所述测控指令和采集数据。

3.一种如权利要求1或2所述的基于多种网络切换的无人机终端载荷实时控制系统的无人机终端载荷实时控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

用户终端的地面控制端通过多种网络切换向机载任务计算机发送连接信息，所述连接信息包括网络配置信息和信道信息，所述多种网络包括光纤通信网络、4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络；

机载任务计算机不断扫描通信端口并接收所述连接信息，根据所述连接信息进行握手认证并通过多种网络切换向用户终端的地面控制端发送回应信息，所述回应信息为包含握手成功消息的信息或包含握手不成功消息的信息；

用户终端的地面控制端接收所述回应信息并根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制。

4.根据权利要求3所述的实时控制方法，其特征在于，所述用户终端的地面控制端通过多种网络切换向机载任务计算机发送连接信息的步骤包括：

用户终端的地面控制端通过有线/无线通信网络向IDC机房发送连接信息；

IDC机房接收所述连接信息并通过光纤通信网络向地面接收站发送；

地面接收站接收所述连接信息并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向机载任务计算机发送。

5.根据权利要求4所述的实时控制方法，其特征在于，所述地面接收站通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向机载任务计算机发送所述连接信息的步骤包括：

所述地面接收站按需在4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络中切换选用以向机载任务计算机发送所述连接信息。

6.根据权利要求3所述的实时控制方法，其特征在于，所述机载任务计算机通过多种网络切换向用户终端的地面控制端发送回应信息的步骤包括：

机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向地面接收站发送回应信息；

地面接收站接收所述回应信息并通过光纤通信网络向IDC机房发送；

IDC机房接收所述回应信息并通过有线/无线通信网络向用户终端的地面控制端发送。

7.根据权利要求6所述的实时控制方法，其特征在于，所述机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向地面接收站发送回应信息的步骤包括：

所述机载任务计算机按需在4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络中切换选用以向地面接收站发送回应信息。

8.根据权利要求3所述的实时控制方法，其特征在于，所述用户终端的地面控制端根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制的步骤包括：

用户终端的地面控制端判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手成功消息的信息时，通过有线/无线通信网络向IDC机房发送测控指令，所述测控指令包括载荷参数调整信息和载荷数据类型信息，所述载荷参数调整信息用于指控终端载荷设备做出实时调整，载荷数据类型信息用于指示终端载荷设备作业数据的输出类型；

IDC机房接收所述测控指令并通过光纤通信网络向地面接收站发送；

地面接收站接收所述测控指令并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向机载任务计算机发送；

机载任务计算机接收所述测控指令，根据所述测控指令分析指令对象并通过有线/无线通信网络向相应的终端载荷设备发送所述测控指令；

终端载荷设备接收所述测控指令，根据所述测控指令作出调整响应并完成数据采集，通过有线/无线通信网络向机载任务计算机发送采集数据；

机载任务计算机接收所述采集数据并通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向地面接收站发送；

地面接收站接收所述采集数据并通过光纤通信网络向IDC机房发送；

IDC机房接收所述采集数据并通过有线/无线通信网络向用户终端发送；

用户终端的地面控制端接收所述采集数据进行处理并展示。

9.根据权利要求8所述的实时控制方法，其特征在于，所述地面接收站通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向机载任务计算机发送所述测控指令的步骤包括：所述地面接收站按需在4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络中切换选用以向机载任务计算机发送所述测控指令；

所述机载任务计算机通过4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络向地面接收站发送所述采集数据的步骤包括：所述机载任务计算机按需在4G/5G无线通信网络、卫星通信网络或视距通信网络中切换选用以向地面接收站发送所述采集数据。

10.根据权利要求3所述的实时控制方法，其特征在于，所述用户终端的地面控制端根据所述回应信息实施对无人机终端载荷设备的实时控制的步骤还包括：

用户终端的地面控制端判断所述回应信息包含的内容，当回应信息为包含握手不成功消息的信息时，通过多种网络切换重新向机载任务计算机发送连接信息。

Images