CN111132034A - 一种集群无人机群间通信控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集群无人机群间通信控制方法及装置，通过采用在计算机中应用的点对点通信技术，使集群无人机中可以实现一对一的通信，避免网络中的冲突，提高网络的数据传送率。由基站对主无人机群传递信号，主无人机作为信号中继，一对一的把基站的信号传递给从无人机，一方面提高了信号传递的可靠性，另一方面也减少了基站的控制负担，使得该集群无人机通信系统有良好的通信控制性能，适用于多组无人机群间的控制。本发明解决了现有集群无人机群间通信时存在网络拥塞、网络性能较低的问题。

Description

一种集群无人机群间通信控制方法及装置

技术领域

本发明涉及无人机通信技术领域，尤其涉及一种集群无人机群间通信控制方法及装置。

背景技术

无人机具有用途多样、灵活性强、装配便利和开支较低等优势，在军用、民用领域得到了广泛的关注和发展。多无人机系统协同应用比单个无人机系统具备可生存性更强、可扩展性更高、完成任务更快等优势，同时也带来了诸多实际问题，其中最为重要的基础性问题就是多无人机间的协同通信，如何设计适应未来发展需求、高效的多无人机通信网络已成为亟待解决的问题。

无人机自组网，基本思想是：多无人机间的通信不完全依赖于地面控制站或卫星等基础通信设施，而是将无人机作为网络节点，各节点间能够相互转发指控指令，交换感知态势、健康情况和情报搜集等数据，自动连接建立起一个无线移动网络。该网络中每个节点兼具收发器和路由器的功能，以多跳的方式把数据转发给更远的节点。无人机自组网是基于航空无线信道且高动态变化的无线网络，其中无人机节点的高速移动会带来网络拓扑的剧烈变化，传统的路由协议及传输协议难以适应无人机自组网中带宽受限和链路状态快速变化的条件，导致传统组网协议在应用时会造成网络拥塞、降低网络性能。

发明内容

本发明为解决现有集群无人机群间通信时存在网络拥塞、网络性能较低的问题，提供了一种集群无人机群间通信控制方法及装置。

为实现以上发明目的，而采用的技术手段是：

一种集群无人机群间通信控制方法，应用于包括基站及若干无人机的集群无人机通信系统，包括：将若干无人机分为主无人机群和从无人机群，主无人机群中的无人机作为主无人机，从无人机群中的无人机作为从无人机；所述基站对主无人机群传递信号，并由其中的主无人机作为信号中继，以一对一方式把基站的信号传递给从无人机。

上述方案中，采用在计算机中应用的点对点通信技术，使集群无人机中可以实现一对一的通信。由基站对主无人机群传递信号，主无人机作为信号中继，一对一的把基站的信号传递给从无人机，一方面提高了信号传递的可靠性，另一方面也减少了基站的控制负担，使得该集群无人机通信系统有良好的通信控制性能，适用于多组无人机群间的控制。

优选的，所述方法还包括设定集群无人机群间通信协议，该集群无人机群间通信协议采用特定帧格式进行信息的传输。

优选的，所述特定帧格式具体包括：

起始位：采用ASCII码，定义为@；

分类标志：01表示来自基站信号,10表示来自无人机的信号；

ID：表示每个无人机的唯一标识；0x0000-0xffff表示每对无人机的编号，即从无人机与主无人机有着对应相同的编号；

数据：控制参数和轨迹规划指令，定义该数据段全为1则表示ok信号；

校验位：校验数据传输中是否出现错误；

结束位：采用ASCII码，定义为\n。

优选的，所述基站对主无人机群传递信号，并由其中的主无人机作为信号中继，以一对一方式把基站的信号传递给从无人机具体包括以下步骤：

一、对于主无人机：

S101：主无人机扫描接收315M频率的信号；

S102：判断主无人机是否接收到起始位为@和结束位为\n的信号，若是则代表成功接收到信号，执行步骤S103；如果不是继续执行S101；

S103：对接收到的信号进行处理，包括数据校验、识别、分类和存储；

S104：根据信号处理得到的识别结果，判断其分类标志，若分类标志段为01，则代表来自基站信号，执行步骤S105；若分类标志段为10，则代表信号来自从无人机，执行步骤S109；

S105：判断该主无人机自身的ID段是否为第一个无人机0x0000,若是则执行步骤S107，若否则执行步骤S106；

S106：主无人机进入通信准备状态，等待来自从无人机的信号；

S107：主无人机广播信号给从无人机，并将分类标志段置为10，ID段保持为该主无人机自身的ID，数据段为来自基站的数据；

S108：若主无人机接收到ok信号，则结束广播，否则继续执行步骤S107；

S109：主无人机广播信号给从无人机，将分类标志段置为10，ID段保持为该主无人机自身的ID，数据段为来自基站的数据；

S110：若主无人机接收到ok信号，则结束广播，否则继续执行步骤S109；

二、对于从无人机：

S201：从无人机扫描接收433M频率的信号；

S202：判断从无人机是否接收到起始位为@和结束位为\n的信号，若是则代表成功接收到信号，执行步骤S203；若否则继续执行步骤S201；

S203：对接收到的信号进行处理，包括数据校验、识别、分类和存储；

S204：从无人机对主无人机发送ok信号；

S205：从无人机广播信号给主无人机，信号分类标志段置为10，ID段置为该从无人机自身的ID加1，数据段置为0；

S206：若从无人机接收到ok信号则接收通信，否则继续执行步骤S205。

优选的，所述采用所述步骤S103及S203中的数据校验采用奇偶校验方法。

本发明还提供了一种集群无人机群间通信控制装置，设于集群无人机通信系统的每台无人机中，用于实现所述集群无人机群间通信控制方法中信号的发射、接收及处理，包括：发射天线、高频开关、第一带通滤波器、第二带通滤波器、分频器、高频晶振、接收天线、滤波器、变增益放大器、桥式整流器、反相器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、增益控制器、比较器、FPGA、RAM、ARM；其中：

发射天线在主无人机中设置为433M发射天线，用于发射433M频段信号；在从无人机中设置为315M发射天线，用于发射315M频段信号；

高频开关用于接收来自ARM的控制指令，把载波f_1信号和载波f_2信号按照ARM控制指令调制成设定的信号并传输至发射天线；

第一带通滤波器用于把方波调制成正弦波，其中在主无人机中调制为433M的正弦波，在从无人机中调制为315M正弦波；

第二带通滤波器用于把方波调制成分频的正弦波；

分频器用于把方波调制成一半频率的方波；

高频晶振用于为天线提供频率，其中在主无人机中为433M的高频晶振，在从无人机中为315M的高频晶振；

接收天线在主无人机中设置为315M接收天线，用于接收315M频段信号；在从无人机中设置为433M接收天线，用于接收433M频段信号；

滤波器用于将接收天线接收到的信号进行滤波得到有效的信号；

变增益放大器用于将滤波器滤波后的信号进行放大；放大的比例由第二低通滤波器的幅度确定；

桥式整流器用于从放大后的信号中得到信号f_1与信号f_2，其中信号f_1全为正，信号f_2全为负；

反相器用于将信号f_2变为正的；

第一低通滤波器用于将反相器输出的信号f_2变为近似方波的信号；

第二低通滤波器用于将桥式整流器输出的信号f_1变为近似方波的信号；

增益控制器用于根据信号f_1方波的最大幅度输出给变增益放大器一个直流信号，使其调整增益大小；

比较器用于比较第二低通滤波器输出的信号f_1和第一低通滤波器输出的信号f_2，若f_1＝1并f_2＝0则输出高电压，若f_1＝0并f_2＝1则输出低电压；

FPGA用于比较器输出的解调好的信号采集回来并进行处理，把其中特定帧格式中的起始位和结束位去掉，随后把处理过的信号存储在RAM里；

RAM用于将FPGA处理后的信号的特定帧格式中的分类标志、ID和数据进行分离，并进行分类处理；

ARM用于根据RAM中分类的信息，进行处理和判断并发出相应的控制指令。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明的集群无人机群间通信控制方法及装置通过采用在计算机中应用的点对点通信技术，使集群无人机中可以实现一对一的通信，避免网络中的冲突，提高网络的数据传送率。由基站对主无人机群传递信号，主无人机作为信号中继，一对一的把基站的信号传递给从无人机，一方面提高了信号传递的可靠性，另一方面也减少了基站的控制负担，使得该集群无人机通信系统有良好的通信控制性能，适用于多组无人机群间的控制。本发明解决了现有集群无人机群间通信时存在网络拥塞、网络性能较低的问题。

附图说明

图1为本发明方法中特定帧格式的示意图。

图2为本发明方法中对于主无人机的通信控制流程图。

图3为本发明方法中对于从无人机的通信控制流程图。

图4为本发明装置的模块示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种集群无人机群间通信控制方法，应用于包括基站及若干无人机的集群无人机通信系统，包括：将若干无人机分为主无人机群和从无人机群，主无人机群中的无人机作为主无人机，从无人机群中的无人机作为从无人机；所述基站对主无人机群传递信号，并由其中的主无人机作为信号中继，以一对一方式把基站的信号传递给从无人机。

在本实施例的集群无人机群间通信控制方法中，采用了在计算机中应用的点对点通信技术，并在其技术上融入了令牌环的机制，使其可以在集群的无人机中可以实现一对一的通信。令牌环网是一种定义在IEEE 802.5中，其中所有的工作站都连接到一个环上，每个工作站只能同直接相邻的工作站传输数据。通过围绕环的令牌信息授予工作站传输权限。令牌环网络的基本原理是利用令牌(代表发信号的许可)来避免网络中的冲突。

首先设定集群无人机群间通信协议，该集群无人机群间通信协议采用特定帧格式进行信息的传输，如图1所示，特定帧格式具体包括：

起始位：采用ASCII码，定义为@；

分类标志：01表示来自基站信号,10表示来自无人机的信号；

ID：表示每个无人机的唯一标识；0x0000-0xffff表示每对无人机的编号(一主无人机和一从无人机为一对无人机)，即从无人机与主无人机有着对应相同的编号；

数据：控制参数和轨迹规划指令，定义该数据段全为1则表示ok信号；

校验位：校验数据传输中是否出现错误；采用奇偶校验方法；

结束位：采用ASCII码，定义为\n。

下面对集群无人机群间通信控制方法的流程就行说明：

一、对于主无人机，如图2所示：

S101：主无人机扫描接收315M频率的信号；

S102：判断主无人机是否接收到起始位为@和结束位为\n的信号，若是则代表成功接收到信号，执行步骤S103；如果不是继续执行S101；

S103：对接收到的信号进行处理，包括数据校验、识别、分类和存储；

S104：根据信号处理得到的识别结果，判断其分类标志，若分类标志段为01，则代表来自基站信号，执行步骤S105；若分类标志段为10，则代表信号来自从无人机，执行步骤S109；

S105：判断该主无人机自身的ID段是否为第一个无人机0x0000,若是则执行步骤S107，若否则执行步骤S106；

S106：主无人机进入通信准备状态，等待来自从无人机的信号；

S107：主无人机广播信号给从无人机，并将分类标志段置为10，ID段保持为该主无人机自身的ID，数据段为来自基站的数据；

S108：若主无人机接收到ok信号，则结束广播，否则继续执行步骤S107；

S109：主无人机广播信号给从无人机，将分类标志段置为10，ID段保持为该主无人机自身的ID，数据段为来自基站的数据；

S110：若主无人机接收到ok信号，则结束广播，否则继续执行步骤S109；

二、对于从无人机，如图3所示：

S201：从无人机扫描接收433M频率的信号；

S202：判断从无人机是否接收到起始位为@和结束位为\n的信号，若是则代表成功接收到信号，执行步骤S203；若否则继续执行步骤S201；

S203：对接收到的信号进行处理，包括数据校验、识别、分类和存储；

S204：从无人机对主无人机发送ok信号；

S205：从无人机广播信号给主无人机，信号分类标志段置为10，ID段置为该从无人机自身的ID加1，数据段置为0；

S206：若从无人机接收到ok信号则接收通信，否则继续执行步骤S205。

实施例2

本实施例2提供了一种集群无人机群间通信控制装置，设于集群无人机通信系统的每台无人机中，用于实现所述集群无人机群间通信控制方法中信号的发射、接收及处理，如图4所示，包括：发射天线10、高频开关20、第一带通滤波器30、第二带通滤波器40、分频器50、高频晶振60、接收天线70、滤波器80、变增益放大器90、桥式整流器100、反相器110、第一低通滤波器120、第二低通滤波器130、增益控制器140、比较器150、FPGA160、RAM170、ARM180；其中：

发射天线10在主无人机中设置为433M发射天线10，用于发射433M频段信号；在从无人机中设置为315M发射天线10，用于发射315M频段信号；

高频开关20用于接收来自ARM的控制指令，把载波f_1信号和载波f_2信号按照ARM180控制指令调制成设定的信号并传输至发射天线10；

第一带通滤波器30用于把方波调制成正弦波，其中在主无人机中调制为433M的正弦波，在从无人机中调制为315M正弦波；

第二带通滤波器40用于把方波调制成分频的正弦波；

分频器50用于把方波调制成一半频率的方波；

高频晶振60用于为天线提供频率，其中在主无人机中为433M的高频晶振，在从无人机中为315M的高频晶振；

接收天线70在主无人机中设置为315M接收天线70，用于接收315M频段信号；在从无人机中设置为433M接收天线70，用于接收433M频段信号；

滤波器80用于将接收天线70接收到的信号进行滤波得到有效的信号；

变增益放大器90用于将滤波器滤波后的信号进行放大；放大的比例由第二低通滤波器的幅度确定；

桥式整流器100用于从放大后的信号中得到信号f_1与信号f_2，其中信号f_1全为正，信号f_2全为负；

反相器110用于将信号f_2变为正的；

第一低通滤波器120用于将反相器110输出的信号f_2变为近似方波的信号；

第二低通滤波器130用于将桥式整流器100输出的信号f_1变为近似方波的信号；

增益控制器140用于根据信号f_1方波的最大幅度输出给变增益放大器90一个直流信号，使其调整增益大小；

比较器150用于比较第二低通滤波器130输出的信号f_1和第一低通滤波器120输出的信号f_2，若f_1＝1并f_2＝0则输出高电压，若f_1＝0并f_2＝1则输出低电压；

FPGA160用于比较器输出的解调好的信号采集回来并进行处理，把其中特定帧格式中的起始位和结束位去掉，随后把处理过的信号存储在RAM里；

RAM170用于将FPGA160处理后的信号的特定帧格式中的分类标志、ID和数据进行分离，并进行分类处理；

ARM180用于根据RAM170中分类的信息，进行处理和判断并发出相应的控制指令。

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。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。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种集群无人机群间通信控制方法，应用于包括基站及若干无人机的集群无人机通信系统，其特征在于，包括：将若干无人机分为主无人机群和从无人机群，主无人机群中的无人机作为主无人机，从无人机群中的无人机作为从无人机；所述基站对主无人机群传递信号，并由其中的主无人机作为信号中继，以一对一方式把基站的信号传递给从无人机。

2.根据权利要求1所述的集群无人机群间通信控制方法，其特征在于，所述方法还包括设定集群无人机群间通信协议，该集群无人机群间通信协议采用特定帧格式进行信息的传输。

3.根据权利要求2所述的集群无人机群间通信控制方法，其特征在于，所述特定帧格式具体包括：

起始位：采用ASCII码，定义为@；

分类标志：01表示来自基站信号,10表示来自无人机的信号；

ID：表示每个无人机的唯一标识；0x0000-0xffff表示每对无人机的编号，即从无人机与主无人机有着对应相同的编号；

数据：控制参数和轨迹规划指令，定义该数据段全为1则表示ok信号；

校验位：校验数据传输中是否出现错误；

结束位：采用ASCII码，定义为\n。

4.根据权利要求3所述的集群无人机群间通信控制方法，其特征在于，所述基站对主无人机群传递信号，并由其中的主无人机作为信号中继，以一对一方式把基站的信号传递给从无人机具体包括以下步骤：

一、对于主无人机：

S101：主无人机扫描接收315M频率的信号；

S102：判断主无人机是否接收到起始位为@和结束位为\n的信号，若是则代表成功接收到信号，执行步骤S103；如果不是继续执行S101；

S103：对接收到的信号进行处理，包括数据校验、识别、分类和存储；

S104：根据信号处理得到的识别结果，判断其分类标志，若分类标志段为01，则代表来自基站信号，执行步骤S105；若分类标志段为10，则代表信号来自从无人机，执行步骤S109；

S105：判断该主无人机自身的ID段是否为第一个无人机0x0000,若是则执行步骤S107，若否则执行步骤S106；

S106：主无人机进入通信准备状态，等待来自从无人机的信号；

S107：主无人机广播信号给从无人机，并将分类标志段置为10，ID段保持为该主无人机自身的ID，数据段为来自基站的数据；

S108：若主无人机接收到ok信号，则结束广播，否则继续执行步骤S107；

S109：主无人机广播信号给从无人机，将分类标志段置为10，ID段保持为该主无人机自身的ID，数据段为来自基站的数据；

S110：若主无人机接收到ok信号，则结束广播，否则继续执行步骤S109；

二、对于从无人机：

S201：从无人机扫描接收433M频率的信号；

S202：判断从无人机是否接收到起始位为@和结束位为\n的信号，若是则代表成功接收到信号，执行步骤S203；若否则继续执行步骤S201；

S203：对接收到的信号进行处理，包括数据校验、识别、分类和存储；

S204：从无人机对主无人机发送ok信号；

S205：从无人机广播信号给主无人机，信号分类标志段置为10，ID段置为该从无人机自身的ID加1，数据段置为0；

S206：若从无人机接收到ok信号则接收通信，否则继续执行步骤S205。

5.根据权利要求4所述的集群无人机群间通信控制方法，其特征在于，所述采用所述步骤S103及S203中的数据校验采用奇偶校验方法。

6.一种集群无人机群间通信控制装置，设于集群无人机通信系统的每台无人机中，用于实现所述集群无人机群间通信控制方法中信号的发射、接收及处理，其特征在于，包括：发射天线、高频开关、第一带通滤波器、第二带通滤波器、分频器、高频晶振、接收天线、滤波器、变增益放大器、桥式整流器、反相器、第一低通滤波器、第二低通滤波器、增益控制器、比较器、FPGA、RAM、ARM；其中：

发射天线在主无人机中设置为433M发射天线，用于发射433M频段信号；在从无人机中设置为315M发射天线，用于发射315M频段信号；

高频开关用于接收来自ARM的控制指令，把载波f_1信号和载波f_2信号按照ARM控制指令调制成设定的信号并传输至发射天线；

第一带通滤波器用于把方波调制成正弦波，其中在主无人机中调制为433M的正弦波，在从无人机中调制为315M正弦波；

第二带通滤波器用于把方波调制成分频的正弦波；

分频器用于把方波调制成一半频率的方波；

高频晶振用于为天线提供频率，其中在主无人机中为433M的高频晶振，在从无人机中为315M的高频晶振；

接收天线在主无人机中设置为315M接收天线，用于接收315M频段信号；在从无人机中设置为433M接收天线，用于接收433M频段信号；

滤波器用于将接收天线接收到的信号进行滤波得到有效的信号；

变增益放大器用于将滤波器滤波后的信号进行放大；放大的比例由第二低通滤波器的幅度确定；

桥式整流器用于从放大后的信号中得到信号f_1与信号f_2，其中信号f_1全为正，信号f_2全为负；

反相器用于将信号f_2变为正的；

第一低通滤波器用于将反相器输出的信号f_2变为近似方波的信号；

第二低通滤波器用于将桥式整流器输出的信号f_1变为近似方波的信号；

增益控制器用于根据信号f_1方波的最大幅度输出给变增益放大器一个直流信号，使其调整增益大小；

比较器用于比较第二低通滤波器输出的信号f_1和第一低通滤波器输出的信号f_2，若f_1＝1并f_2＝0则输出高电压，若f_1＝0并f_2＝1则输出低电压；

FPGA用于比较器输出的解调好的信号采集回来并进行处理，把其中特定帧格式中的起始位和结束位去掉，随后把处理过的信号存储在RAM里；

RAM用于将FPGA处理后的信号的特定帧格式中的分类标志、ID和数据进行分离，并进行分类处理；

ARM用于根据RAM中分类的信息，进行处理和判断并发出相应的控制指令。

Images