CN112083443A - 基于无人机地面基站的数据传输装置及方法 - Google Patents

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文述生
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周光海
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肖浩威
黄劲风
马原
徐丹龙
杨艺
马然
庄所增
潘伟锋
张珑耀
刘国光
郝志刚
赵瑞东
闫志愿
陈奕均
黄海锋
刘星
邹盛开
陈婉
冯亮
余定麟
扈秋海
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Abstract

本发明提供的基于无人机地面基站的数据传输装置，包括无人机端设备和地面端设备，无人机端设备包括GNSS高精度移动站、第一数传电台、飞控单元，第一数传电台分别与飞控单元和GNSS高精度移动站连接，地面端设备包括地面控制站和GNSS高精度基准站，GNSS高精度基准站与地面控制站连接，GNSS高精度基准站内置有第二数传电台，第二数传电台与第一数传电台连接。本发明的基于无人机地面基站的数据传输装置，地面控制站只需要连接至GNSS高精度基准站即可，不再需要任何物理链路的连接，便可实现与无人机端得数据传输，整个现场设备的布局简洁，操作简单，使航测作业时的设备达到了高效的利用，提高了整个航测作业的效率。

Description

基于无人机地面基站的数据传输装置及方法
技术领域
本发明涉及卫星导航领域，尤其涉及基于无人机地面基站的数据传输装置及方法。
背景技术
随着无人机技术、GNSS高精度定位技术和图像技术的发展，无人机航测已经成为当前重要的测绘手段，是传统航空摄影测量手段的有力补充，利用无人机进行航测具有机动灵活、高效快速、精细准确、作业成本低、适用范围广、生产周期短等特点，无人机航测可广泛应用于国家重大工程建设、灾害应急与处理、国土监察、资源开发、新农村和小城镇建设等方面，尤其在基础测绘、土地资源调查监测、土地利用动态监测、数字城市建设和应急救灾测绘数据获取等方面具有广阔前景。
传统的在利用无人机进行航测作业时通常需要额外配套多种设备，无人机航测作业时设备无法高效利用，现场布局和操作太过复杂，从而导致整个航测作业的效率较低。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供基于无人机地面基站的数据传输装置，其能解决传统的在利用无人机进行航测作业时通常需要额外配套多种设备，无人机航测作业时设备无法高效利用，现场布局和操作太过复杂，从而导致整个航测作业的效率较低的问题。
本发明的目的之二在于提供基于无人机地面基站的数据传输方法，其能解决传统的在利用无人机进行航测作业时通常需要额外配套多种设备，无人机航测作业时设备无法高效利用，现场布局和操作太过复杂，从而导致整个航测作业的效率较低的问题。
本发明的目的之一采用以下技术方案实现：
基于无人机地面基站的数据传输装置，所述数据传输装置包括无人机端设备和地面端设备，所述无人机端设备设置在无人机上，所述地面端设备为设置在地面的设备，所述无人机端设备包括GNSS高精度移动站、第一数传电台、飞控单元，所述第一数传电台分别与所述飞控单元和所述GNSS高精度移动站连接，所述地面端设备包括地面控制站和GNSS高精度基准站，所述GNSS高精度基准站与所述地面控制站连接，所述GNSS高精度基准站内置有第二数传电台，所述第二数传电台与所述第一数传电台连接；
所述地面控制站发送飞行控制数据至所述GNSS高精度基准站，所述GNSS高精度基准站将内部实时输出的差分修正数据以及所述飞行控制数据通过所述第二数传电台发送至所述第一数传电台，所述第一数传电台将所述差分修正数据发送至所述GNSS高精度移动站，所述第一数传电台将所述飞行控制数据发送至所述飞控单元。
进一步地，所述GNSS高精度基准站包括无线通信单元、中央处理器、GNSS基站单元，所述中央处理器分别与所述无线通信单元、所述中央处理器、所述GNSS基站单元以及所述第二数传电台连接，所述地面控制站通过所述无线通信单元与所述中央处理器进行通信，所述地面控制站通过所述无线通信单元发送飞行控制数据至所述中央处理器，所述GNSS基站单元实时输出差分修正数据至所述中央处理器，所述中央处理器将所述地面控制站发送的飞行控制数据和所述GNSS基站单元实时输出差分修正数据进行数据封装处理后统一发送至所述第二数传电台。
进一步地，所述无人机端设备还包括存储单元，所述存储单元与所述GNSS高精度移动站。
进一步地，所述第一数传电台包括第一串行端口和第二串行端口，所述第一串行端口与所述飞控单元连接，所述第二串行端口与所述GNSS高精度移动站连接，所述第一数传电台通过所述第二串行端口将所述差分修正数据发送至所述GNSS高精度移动站，所述第一数传电台通过所述第一串行端口将所述飞行控制数据发送至所述飞控单元。
本发明的目的之二采用以下技术方案实现：
基于无人机地面基站的数据传输方法，包括以下步骤：
获取数据，GNSS高精度基准站通过无线通信单元获取地面控制站发送的飞行控制数据；
数据发送，GNSS高精度基准站将内部实时输出的差分修正数据以及所述飞行控制数据发送至第二数传电台，第二数传电台将所述差分修正数据以及所述飞行控制数据发送至第一数传电台；
数据分发，第一数传电台接收所述差分修正数据以及所述飞行控制数据，第一数传电台通过第一串行端口将所述飞行控制数据发送至飞控单元以及通过第二串行端口将所述差分修正数据发送至GNSS高精度移动站。
进一步地，所述数据发送包括以下子步骤：
封装处理，GNSS高精度基准站将内部实时输出的差分修正数据以及所述飞行控制数据进行数据封装处理；
统一发送，GNSS高精度基准站将经过数据封装处理的差分修正数据以及所述飞行控制数据发送至第二数传电台，第二数传电台将经过数据封装处理的所述差分修正数据以及所述飞行控制数据统一发送至第一数传电台。
进一步地，所述数据分发包括以下子步骤：
数据接收，第一数传电台接收经过数据封装处理的所述差分修正数据以及所述飞行控制数据；
数据解析，第一数传电台对经过封装处理的所述差分修正数据以及所述飞行控制数据进行解析处理，得到分离的所述差分修正数据和所述飞行控制数据；
数据发送，第一数传电台通过第一串行端口将所述飞行控制数据发送至飞控单元以及通过第二串行端口将所述差分修正数据发送至GNSS高精度移动站。
进一步地，还包括遥测数据发送，飞控单元将遥测数据发送至第一数传电台，所述第一数传电台将所述遥测数据发送至所述第二数传电台，第二数传电台将所述遥测数据通过GNSS高精度移动站发送至地面控制站。
进一步地，GNSS高精度移动站与地面控制站支架通过UDP协议进行数据传输。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：本申请的基于无人机地面基站的数据传输装置，包括无人机端设备和地面端设备，所述无人机端设备包括GNSS高精度移动站、第一数传电台、飞控单元，所述第一数传电台分别与所述飞控单元和所述GNSS高精度移动站连接，所述地面端设备包括地面控制站和GNSS高精度基准站，所述GNSS高精度基准站与所述地面控制站连接，所述GNSS高精度基准站内置有第二数传电台，所述第二数传电台与所述第一数传电台连接。本申请的方案只需在无人机端设置一套高精度GNSS移动站以及第一数传电台，地面端只需设置内置有第二数传电台的GNSS高精度基准站即可，地面控制站只需要连接至GNSS高精度基准站即可，不再需要任何物理链路的连接，便可实现与无人机端得数据传输，整个现场设备的布局简洁，操作简单，使航测作业时的设备达到了高效的利用，提高了整个航测作业的效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的基于无人机地面基站的数据传输装置的架构框图；
图2为本发明的基于无人机地面基站的数据传输装置中GNSS高精度基准站的架构框图；
图3为本发明的基于无人机地面基站的数据传输方法的流程示意图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
如图1-2所示，本实施例提供一种基于无人机地面基站的数据传输装置，数据传输装置包括无人机端设备和地面端设备，无人机端设备设置在无人机上，地面端设备为设置在地面的设备，无人机端设备包括GNSS高精度移动站、第一数传电台、飞控单元，第一数传电台分别与飞控单元和GNSS高精度移动站连接，地面端设备包括地面控制站和GNSS高精度基准站，GNSS高精度基准站与地面控制站连接，GNSS高精度基准站内置有第二数传电台，第二数传电台与第一数传电台连接；地面控制站发送飞行控制数据至GNSS高精度基准站，GNSS高精度基准站将内部实时输出的差分修正数据以及飞行控制数据通过第二数传电台发送至第一数传电台，第一数传电台将差分修正数据发送至GNSS高精度移动站，第一数传电台将飞行控制数据发送至飞控单元。本实施例中的GNSS高精度移动站和GNSS高精度基准站均为GNSS接收机。
在本实施例中，GNSS高精度基准站包括无线通信单元、中央处理器、GNSS基站单元，中央处理器分别与无线通信单元、中央处理器、GNSS基站单元以及第二数传电台连接，地面控制站通过无线通信单元与中央处理器进行通信，地面控制站通过无线通信单元发送飞行控制数据至中央处理器，GNSS基站单元实时输出差分修正数据至中央处理器，在本实施例中因为地面控制站与飞控单元均是采用Mavlink通信协议进行通信，差分修正数据通常的数据格式RTCM通信协议，Mavlink通信协议和RTCM通信协议是完全不同的两种数据通信格式，数据包类型完全不一样，为了保证数据的完整性两种通信协议的数据必须经过中央处理器进行数据封装然后才能进行统一传输，因此中央处理器将地面控制站发送的飞行控制数据和GNSS基站单元实时输出差分修正数据进行数据封装处理后统一发送至第二数传电台。
本实施例中的基于无人机地面基站的数据传输装置，无人机端设备还包括存储单元，存储单元与GNSS高精度移动站。第一数传电台包括第一串行端口和第二串行端口，第一串行端口与飞控单元连接，第二串行端口与GNSS高精度移动站连接，第一数传电台对经过数据封装处理的飞行控制数据差分修正数据进行解析处理，得到分离开的差分修正数据和飞行控制数据，第一数传电台通过第一串行端口将飞行控制数据发送至飞控单元。本实施例中的GNSS高精度移动站与地面控制站支架通过UDP协议进行数据传输。无线通信单元WiFi通信模块，地面控制站通常是采用笔记本或者平板电脑或手机终端，均标配有WiFi功能
如图3所示，本申请还提供基于无人机地面基站的数据传输方法，数据传输方法应用于上述基于无人机地面基站的数据传输装置，具体包括以下步骤：
获取数据，GNSS高精度基准站通过无线通信单元获取地面控制站发送的飞行控制数据；本实施例中GNSS高精度基准站与地面控制站之间采用UDP协议传输飞行控制数据，飞行控制数据为包含航线等操作信息的数据。
封装处理，GNSS高精度基准站将内部实时输出的差分修正数据以及飞行控制数据进行数据封装处理；在本实施例中因为地面控制站与飞控单元均是采用Mavlink通信协议进行通信，差分修正数据通常的数据格式RTCM通信协议，Mavlink通信协议和RTCM通信协议是完全不同的两种数据通信格式，数据包类型完全不一样，为了保证数据的完整性两种通信协议的数据必须经过中央处理器进行数据封装然后才能进行统一传输，因此中央处理器将地面控制站发送的飞行控制数据和GNSS基站单元实时输出差分修正数据进行数据封装处理后统一发送至第二数传电台。本实施例中，数据封装的格式如表1所示，
表1：数据封装格式表
Figure BDA0002601481310000071
如表1所示，数据封装格式包括：数据头、数据类型、数据长度、数据区、数据校验，本实施例中采用$PSIC作为数据头，数据类型采用01表示Mavlink通信协议，02表示RTCM通信协议，数据长度的范围为0-255，数据区中的原始数据就是Mavlink通信协议和RTCM通信协议的原始数据内容，本实施例中即为飞行控制数据和差分修正数据，数据长度就是数据区的数据长度，数据校验采用CRC校验。
统一发送，GNSS高精度基准站将经过数据封装处理的差分修正数据以及飞行控制数据发送至第二数传电台，第二数传电台将经过数据封装处理的差分修正数据以及飞行控制数据统一发送至第一数传电台。
数据接收，第一数传电台接收经过数据封装处理的差分修正数据以及飞行控制数据。
数据解析，第一数传电台对经过封装处理的差分修正数据以及飞行控制数据进行解析处理，得到分离开的差分修正数据和飞行控制数据；当解析到的数据类型为02-RTCM时，则此数据为差分修正数据，第一数传当解析到的数据类型为01-Mavlink时，则此数据为飞行控制数据。
数据发送，第一数传电台通过第一串行端口将飞行控制数据发送至飞控单元以及通过第二串行端口将差分修正数据发送至GNSS高精度移动站。
在本实施例中，差分修正数据的传输是单向的，仅仅是基准站发给移动站，因此无人机端发送给地面端的数据就只有数据类型为Mavlink协议的遥测数据，因此由无人机发送给地面端的数据不需要进行统一封装，可以直接将遥测数据进行发送至地面端，GNSS高精度基准站内置的第二数据电台收到遥测数据之后也不需要进行解析，可以直接通过UDP协议传输给地面控制站。具体为：飞控单元将遥测数据发送至第一数传电台，第一数传电台将遥测数据发送至第二数传电台，第二数传电台将遥测数据通过GNSS高精度移动站发送至地面控制站。在本实施例中无人机端与地面控制站之间的双向通信中95％的时间时无人机向地面站发送数据，只有上传航线等操作时地面控制站才会向无人机发送数据，因此无人机端发送给地面端的数据不进行数据封装可以提高实时性，保证遥测的准确性。地面控制站发送给无人机端的数据虽然进行了封装会造成一定的延时，但是延时也仅仅时几十毫秒，几十毫秒对于差分数据来说并不会影响高精度定位。
本申请的基于无人机地面基站的数据传输装置，包括无人机端设备和地面端设备，无人机端设备包括GNSS高精度移动站、第一数传电台、飞控单元，第一数传电台分别与飞控单元和GNSS高精度移动站连接，地面端设备包括地面控制站和GNSS高精度基准站，GNSS高精度基准站与地面控制站连接，GNSS高精度基准站内置有第二数传电台，第二数传电台与第一数传电台连接。本申请的方案只需在无人机端设置一套高精度GNSS移动站以及第一数传电台，地面端只需设置内置有第二数传电台的GNSS高精度基准站即可，地面控制站只需要连接至GNSS高精度基准站即可，不再需要任何物理链路的连接，便可实现与无人机端得数据传输，整个现场设备的布局简洁，操作简单，使航测作业时的设备达到了高效的利用，提高了整个航测作业的效率。
以上，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于无人机地面基站的数据传输装置，所述数据传输装置包括无人机端设备和地面端设备，所述无人机端设备设置在无人机上，所述地面端设备为设置在地面的设备，其特征在于：所述无人机端设备包括GNSS高精度移动站、第一数传电台、飞控单元，所述第一数传电台分别与所述飞控单元和所述GNSS高精度移动站连接，所述地面端设备包括地面控制站和GNSS高精度基准站，所述GNSS高精度基准站与所述地面控制站连接，所述GNSS高精度基准站内置有第二数传电台，所述第二数传电台与所述第一数传电台连接；
所述地面控制站发送飞行控制数据至所述GNSS高精度基准站，所述GNSS高精度基准站将内部实时输出的差分修正数据以及所述飞行控制数据通过所述第二数传电台发送至所述第一数传电台，所述第一数传电台将所述差分修正数据发送至所述GNSS高精度移动站，所述第一数传电台将所述飞行控制数据发送至所述飞控单元。
2.如权利要求1所述的基于无人机地面基站的数据传输装置，其特征在于：所述GNSS高精度基准站包括无线通信单元、中央处理器、GNSS基站单元，所述中央处理器分别与所述无线通信单元、所述中央处理器、所述GNSS基站单元以及所述第二数传电台连接，所述地面控制站通过所述无线通信单元与所述中央处理器进行通信，所述地面控制站通过所述无线通信单元发送飞行控制数据至所述中央处理器，所述GNSS基站单元实时输出差分修正数据至所述中央处理器，所述中央处理器将所述地面控制站发送的飞行控制数据和所述GNSS基站单元实时输出差分修正数据进行数据封装处理后统一发送至所述第二数传电台。
3.如权利要求1所述的基于无人机地面基站的数据传输装置，其特征在于：所述无人机端设备还包括存储单元，所述存储单元与所述GNSS高精度移动站。
4.如权利要求1所述的基于无人机地面基站的数据传输装置，其特征在于：所述第一数传电台包括第一串行端口和第二串行端口，所述第一串行端口与所述飞控单元连接，所述第二串行端口与所述GNSS高精度移动站连接，所述第一数传电台通过所述第二串行端口将所述差分修正数据发送至所述GNSS高精度移动站，所述第一数传电台通过所述第一串行端口将所述飞行控制数据发送至所述飞控单元。
5.基于无人机地面基站的数据传输方法，所述数据传输方法应用于权利要求1-3任意一项所述的基于无人机地面基站的数据传输装置，其特征在于：包括以下步骤：
获取数据，GNSS高精度基准站通过无线通信单元获取地面控制站发送的飞行控制数据；
数据发送，GNSS高精度基准站将内部实时输出的差分修正数据以及所述飞行控制数据发送至第二数传电台，第二数传电台将所述差分修正数据以及所述飞行控制数据发送至第一数传电台；
数据分发，第一数传电台接收所述差分修正数据以及所述飞行控制数据，第一数传电台通过第一串行端口将所述飞行控制数据发送至飞控单元以及通过第二串行端口将所述差分修正数据发送至GNSS高精度移动站。
6.如权利要求5所述的基于无人机地面基站的数据传输方法，其特征在于：所述数据发送包括以下子步骤：
封装处理，GNSS高精度基准站将内部实时输出的差分修正数据以及所述飞行控制数据进行数据封装处理；
统一发送，GNSS高精度基准站将经过数据封装处理的差分修正数据以及所述飞行控制数据发送至第二数传电台，第二数传电台将经过数据封装处理的所述差分修正数据以及所述飞行控制数据统一发送至第一数传电台。
7.如权利要求6所述的基于无人机地面基站的数据传输方法，其特征在于：所述数据分发包括以下子步骤：
数据接收，第一数传电台接收经过数据封装处理的所述差分修正数据以及所述飞行控制数据；
数据解析，第一数传电台对经过封装处理的所述差分修正数据以及所述飞行控制数据进行解析处理，得到分离的所述差分修正数据和所述飞行控制数据；
数据发送，第一数传电台通过第一串行端口将所述飞行控制数据发送至飞控单元以及通过第二串行端口将所述差分修正数据发送至GNSS高精度移动站。
8.如权利要求5所述的基于无人机地面基站的数据传输方法，其特征在于：还包括遥测数据发送，飞控单元将遥测数据发送至第一数传电台，所述第一数传电台将所述遥测数据发送至所述第二数传电台，第二数传电台将所述遥测数据通过GNSS高精度移动站发送至地面控制站。
9.如权利要求8所述的基于无人机地面基站的数据传输方法，其特征在于：GNSS高精度移动站与地面控制站支架通过UDP协议进行数据传输。
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