CN111277317A - 基于系留无人机的应急通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于系留无人机的应急通信系统，包括无人机端、地面端和控制终端，无人机端与地面端通过系留线缆形成联接，无人机端与控制终端通过第一控制链路形成联接，控制终端与地面端通过第二控制链路形成联接。该应急通信系统具有悬停高度高、通信覆盖范围广、续航时间长、挂载能力强的优点。

Description

基于系留无人机的应急通信系统

技术领域

本发明主要涉及无人机领域，尤其涉及一种基于系留无人机的应急通信系统。

背景技术

众所周知，作为目前移动通信用户最多的国家，保障良好的通信网络是重中之重。但我国地域广阔、人流量大，重大活动、突发事件经常出现，为了保证通信能力，因此需要构建应急通信系统，用于人民群众因重大活动广泛聚集或突发事件造成某地域通信中断（如某地区移动天线塔台损坏）等非常规状况。

目前现有技术可分为两种：装备通信基站及天线设备的应急通信车和装载小型化应急通 信基站及天线的应急通信无人机，两种技术各有优缺点，

运营商最常采用的方法是选用中大型车辆搭载应急通信基站及天线设备，使用时将天线 通过液压装置上升到据地15-25米高度，可基本实现对周边短距离内的通信覆盖。

传统的应急通信无人机通常为非系留式，具有机动、灵活等特点，但载重小、续航时间 短，只能搭载小型(＜5kg)通信基站，飞行时间不超过30分钟，无法适用于应急通信场景。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种悬停高度高、通信覆盖范围 广、续航时间长、挂载能力强的基于系留无人机的应急通信系统。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于系留无人机的应急通信系统，包括无人机端、地面端和控制终端，所述无人机 端与地面端通过系留线缆形成联接，所述无人机端与控制终端通过第一控制链路形成联接， 所述控制终端与地面端通过第二控制链路形成联接。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述无人机端包括无人机端包括无人机机体、机载电源和通信基站，所述机载电源安装 在无人机机体上，所述通信基站与挂载在无人机机体的起落架上，所述机载电源与无人机、 通信基站和系留线缆电联接，所述通信基站与无人机、机载电源和第一控制链路信号联接。

所述无人机端还包括数据链模块，所述数据链模块与第一控制链路信号联接。

所述无人机端还包括机载后备电源，所述机载后备电源与无人机机体、机载电源以及通 信基站电联接。

所述地面端包括发电机和无人机电源箱，所述发电机与无人机电源箱电联接，所述无人 机电源箱与系留线缆连接。

所述地面端还包括地面后备电源，所述地面后备电源与发电机以及无人机电源箱电联接。

所述地面端还包括线缆收放箱和无人机收放箱。

所述系留线缆包括电源线缆和光纤线缆，所述电源线缆和光纤线缆均与无人机端以及地 面端形成联接。

所述第一控制链路包括无人机控制链路和通信监控链路，所述无人机控制链路和通信监 控链路均与无人机端以及控制终端形成联接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于系留无人机的应急通信系统，包括无人机端、地面端和控制终端，无人机 端与地面端通过系留线缆形成联接，无人机端与控制终端通过第一控制链路形成联接，控制 终端与地面端通过第二控制链路形成联接。无人机端用于搭载应急通信基站飞行在指定的高 度，并可以以20km/h的速度巡航飞行，地面端用于为系留无人机供电，以及实现系留线缆收 放和无人机收纳，控制终端是整个系统的控制中心，主要用于系留无人机的控制、地面端工 作状态监控和机载通信基站接入用户通信状态监控。本发明悬停高度高、通信覆盖范围广， 采用了系留无人机，悬停高度可达100～150米(相对地面高度)，可保证半径10公里范围内 4G信号覆盖，且信号质量佳；本发明续航时间长，续航时间高达7*小时，可保证应急抢险、 重大活动等的应急通信；本发明挂载能力强，可挂载10～15kg的通信基站或其他任务载荷。

附图说明

图1是本发明基于系留无人机的应急通信系统的联接示意图。

图2是本发明基于系留无人机的应急通信系统中无人机端的示意图。

图3是本发明基于系留无人机的应急通信系统中地面端的示意图。

图4是本发明基于系留无人机的应急通信系统中无人机端与地面端的联接示意图。

图中各标号表示：

1、无人机端；11、无人机机体；12、机载电源；13、通信基站；14、数据链模块；15、 机载后备电源；2、地面端；21、发电机；22、无人机电源箱；23、地面后备电源；24、线缆 收放箱；25、无人机收放箱；3、控制终端；4、系留线缆；41、电源线缆；42、光纤线缆；5、 第一控制链路；51、无人机控制链路；52、通信监控链路；6、第二控制链路。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1至图4示出了本发明基于系留无人机的应急通信系统的一种实施例，包括无人机端 1、地面端2和控制终端3，无人机端1与地面端2通过系留线缆4形成联接，无人机端1与控制终端3通过第一控制链路5形成联接，控制终端3与地面端2通过第二控制链路6形成 联接。无人机端1用于搭载应急通信基站飞行在指定的高度，并可以以20km/h的速度巡航飞行，地面端2用于为系留无人机供电，以及实现系留线缆收放和无人机收纳，控制终端3是整个系统的控制中心，主要用于系留无人机的控制、地面端工作状态监控和机载通信基站接 入用户通信状态监控。本发明悬停高度高、通信覆盖范围广，采用了系留无人机，悬停高度 可达100～150米(相对地面高度)，可保证半径10公里范围内4G信号覆盖，且信号质量佳； 本发明续航时间长，续航时间高达7*24小时，可保证应急抢险、重大活动等的应急通信；本 发明挂载能力强，可挂载10～15kg的通信基站或其他任务载荷。

本实施例中，无人机端1包括无人机端1包括无人机机体11、机载电源12和通信基站 13，机载电源12安装在无人机机体11上，通信基站13与挂载在无人机机体11的起落架上， 机载电源12与无人机、通信基站13和系留线缆4电联接，通信基站13与无人机、机载电源 12和第一控制链路5信号联接。该结构中，机载电源12和通信基站13的安装位置设计，使得系留无人机悬停性能采用重心优化设计方法，使无人机更适于悬停飞行，提高飞行稳定性 和抗风能力；通信基站13既可适配RRU、BBU一体式的基站，又可适可适配RRU、BBU 分离式的基站。无人机采用6旋翼布局，一体化碳纤维机壳，IP等级高、结构稳定性好，可 挂载10～15kg的通信基站13，飞行高度可达10～150米。机载电源12用于将地面端2提供给 飞机的电能转换为飞机所需要的动力，安装于无人机机体下表面，与无人机航电设备及数据 链路设备保持足够的安全距离，避免机载电源干扰其他设备。地面端2挂架安装于无人机起 落架上，用于通信基站的安装，挂载采用标准安装接口，可适配多种型号的通信基站。

本实施例中，无人机端1还包括数据链模块14，数据链模块14与第一控制链路5信号 联接。其结构简单可靠。

本实施例中，无人机端1还包括机载后备电源15，机载后备电源15与无人机机体11、 机载电源12以及通信基站13电联接。机载后备电源15与机载电源12一同构成了无人机端 1的双冗余设计，当机载电源12电供电异常时，可自动切换至机载后备电源15，保证无人机 可在出现异常时安全降落。

本实施例中，地面端2包括发电机21和无人机电源箱22，发电机21与无人机电源箱22 电联接，无人机电源箱22与系留线缆4连接。其结构简单实用。无人机电源箱22内置智能电源管理系统，是将发电机21或市电通过电压转换装置升压至直流800V。

本实施例中，地面端2还包括地面后备电源23，地面后备电源23与发电机21以及无人 机电源箱22电联接。地面后备电源23和无人机电源箱22一同构成了地面端2的双冗余设计， 当发电机21供电异常时，可自动切换至地面后备电源23，可为整个系统提供12小时正常工 作所需的电能。

本实施例中，机载后备电源15和地面后备电源23均为免维护系统，即系统正常工作时， 可自动为后备电源充电，充满后自动断电，不需人员手动充电。

本实施例中，地面端2还包括线缆收放箱24和无人机收放箱25。用于收纳线缆和无人 机。

本实施例中，系留线缆4包括电源线缆41和光纤线缆42，电源线缆41和光纤线缆42均与无人机端1以及地面端2形成联接。电源线缆41用于实现系留无人机机体11和通信基站13的供电，光纤线缆42为通信基站13数据传输(某些型号通信基站为RRU、BBU分离 式基站，即RRU作为机载端安装于飞机端，BBU作为固定端安装于地面端，RRU与BBU 之间通过光纤连接；有些型号的基站为RRU、BBU一体式基站，即基站整体随无人机起飞， 无需光纤连接)。可根据用户分布实时动态调整无人机的飞行参数，提高通信资源的利用率， 避免通信资源的闲置和浪费

本实施例中，第一控制链路5包括无人机控制链路51和通信监控链路52，无人机控制 链路51和通信监控链路52均与无人机端1以及控制终端3形成联接。控制终端为PC端地面站，放置于车辆、指挥中心或其他地面设施内，含有三个通信链路，即与飞机端相连接的无人机控制链路51，用于无人机的操控以及飞行状态监视；与地面端2连接的第二控制链路6，用于对地面端2工作状态的监控；与通信基站13连接的通信监控链路52，用于监控与通信基站13接入用户通信状态。

其中与通信基站13相连的通信链路可实时监控该基站覆盖区域通信情况，查看区域内通 信信号强度、接入用户数量和分布，无人机操作者可根据接入用户分布情况和区域信号强度 动态调整系留无人机悬停高度、航向角度和悬停位置，保证接入用户信号质量，提高通信资 源的利用率，避免通信资源的浪费。真正的实现4G网络“静中通”、“动中通”。可根据用户 分布实时动态调整无人机的飞行参数，提高通信资源的利用率，避免通信资源的闲置和浪费。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技 术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技 术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本 发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及 修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：包括无人机端(1)、地面端(2)和控制终端(3)，所述无人机端(1)与地面端(2)通过系留线缆(4)形成联接，所述无人机端(1)与控制终端(3)通过第一控制链路(5)形成联接，所述控制终端(3)与地面端(2)通过第二控制链路(6)形成联接。

2.根据权利要求1所述的基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：所述无人机端(1)包括无人机端(1)包括无人机机体(11)、机载电源(12)和通信基站(13)，所述机载电源(12)安装在无人机机体(11)上，所述通信基站(13)与挂载在无人机机体(11)的起落架上，所述机载电源(12)与无人机、通信基站(13)和系留线缆(4)电联接，所述通信基站(13)与无人机、机载电源(12)和第一控制链路(5)信号联接。

3.根据权利要求2所述的基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：所述无人机端(1)还包括数据链模块(14)，所述数据链模块(14)与第一控制链路(5)信号联接。

4.根据权利要求3所述的基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：所述无人机端(1)还包括机载后备电源(15)，所述机载后备电源(15)与无人机机体(11)、机载电源(12)以及通信基站(13)电联接。

5.根据权利要求4所述的基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：所述地面端(2)包括发电机(21)和无人机电源箱(22)，所述发电机(21)与无人机电源箱(22)电联接，所述无人机电源箱(22)与系留线缆(4)连接。

6.根据权利要求5所述的基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：所述地面端(2)还包括地面后备电源(23)，所述地面后备电源(23)与发电机(21)以及无人机电源箱(22)电联接。

7.根据权利要求6所述的基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：所述地面端(2)还包括线缆收放箱(24)和无人机收放箱(25)。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：所述系留线缆(4)包括电源线缆(41)和光纤线缆(42)，所述电源线缆(41)和光纤线缆(42)均与无人机端(1)以及地面端(2)形成联接。

9.根据权利要求1至7中任一项所述的基于系留无人机的应急通信系统，其特征在于：所述第一控制链路(5)包括无人机控制链路(51)和通信监控链路(52)，所述无人机控制链路(51)和通信监控链路(52)均与无人机端(1)以及控制终端(3)形成联接。

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