CN112165701A - 一种无人机通讯应答模块及通讯应答方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机通讯应答模块，与目标无人机的机载端、地面控制端以及低空飞行器管理平台配合使用，目标无人机的机载端包括电源模块、检测模块、驱动模块和控制模块，控制模块包括飞行控制器和机载通信模块，地面控制端包括地面端数据链；无人机通讯应答模块与飞行控制器通信连接，无人机通讯应答模块与低空飞行器管理平台通信连接，机载通信模块和地面端数据链用于目标无人机机载端与地面控制端通信传输，地面端数据链和各基站用于地面控制端应答反馈显示和低空飞行器管理平台通信传输。本发明能有效解决现有ADS‑BOUT方法会干扰民航空中交通管制，机载无人机身份识别模块不具有应答功能以及管控平台识别模块存在空域面积限制、成本较高的问题。

Description

一种无人机通讯应答模块及通讯应答方法

技术领域

本发明涉及低空无人机监管技术领域，具体涉及无人机通讯应答模块及通讯应答方法。

背景技术

近年来，无人机行业的发展已跳脱过去的单纯军用用途，逐步向民用，实现警用与家用的多方向延伸。在民用方面，无人机+行业应用是无人机真正的刚需；目前在航拍、农业、植保、物流、电力巡检、城市管理、救灾、影视拍摄等等领域的应用，大大的拓展了无人机本身的用途。由于低空无人飞行器数量在急剧增长，且低空无人飞行器具有性能各异、飞行高度低、目标小、自主性强等特点，我国低空领域管理体制面临着巨大的挑战。针对低空无人飞行器该如何融入民航空域管理体系、规范低空空域管理从而提高空域资源利用、低空飞行安全保障等问题，中国工信部、中国民用航空局、国家空管委等先后出台了有关低空空域使用相关管理规定以及民用无人机生产制造管理办法等等。

针对无人机身份识别“一机一码”，以及相关管理要求，市面上出现不少含有身份识别的通讯模块，而且大多数具有成本高，通用性不强，结构复杂等问题，例如公开号为CN109727493A的专利申请公开了无人机监视系统使用的ADS-B OUT/IN方法，但是ADS-BOUT现阶段几乎只安装于载人飞机上，并且需要加装独立发射设备，对于飞机负重有要求，其次ADS-B OUT大量安装于消费级无人机可能会严重干扰民航空中交通管制，是否合规合法有待商榷；公开号为CN110392049A的专利申请中公开了机载无人机身份识别模块，其只具备自动发送身份识别码给实名认证中的数据库，不具有对平台询问指令的应答功能；公开号为CN110968941A的专利申请公开管控平台通过对空域建模，建立安全评估模块，以及目标识别模块实时侦测所述地区是否存在空中无人机，识别无人机型号，但存在空域面积限制，成本较高等问题。因此亟需设计一种新的技术方案，以综合解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种无人机通讯应答模块及通讯应答方法，能有效解决现有ADS-B OUT方法会干扰民航空中交通管制，机载无人机身份识别模块不具有应答功能以及管控平台识别模块存在空域面积限制、成本较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种无人机通讯应答模块，与目标无人机的机载端、地面控制端以及低空飞行器管理平台相配合使用，该目标无人机已实名登记且其飞行计划已提前申报，目标无人机的机载端包括电源模块、检测模块、驱动模块和控制模块，控制模块包括飞行控制器和机载通信模块，所述地面控制端包括地面端数据链和应答反馈显示；所述无人机通讯应答模块与飞行控制器通信连接，且无人机通讯应答模块通过各基站与低空飞行器管理平台通信连接，所述机载通信模块和地面端数据链用于目标无人机机载端与地面控制端的通信传输，所述地面端数据链和各基站用于地面控制端应答反馈显示和低空飞行器管理平台的通信传输。

具体地，所述无人机通讯应答模块包括主动反馈系统和被动反馈系统。

无人机通讯应答模块的通讯应答方法中主动反馈系统的身份信息播报发送方法包括：

目标无人机起飞前，主动反馈系统通过基站向低空飞行器管理平台发送身份信息验证、请求起飞并请求更新电子围栏，低空飞行器管理平台对身份信息进行验证并更新电子围栏；主动反馈系统根据低空飞行器管理平台的处理结果发送执行指令至飞行控制器；

若身份信息验证成功且电子围栏更新完成，则主动反馈系统发出飞行指令至飞行控制器，此时目标无人机顺利起飞；

若身份信息验证失败或电子围栏更新失败，则主动反馈系统发出停飞指令至飞行控制器，此时目标无人机禁止起飞。

目标无人机飞行中，主动反馈系统按照固定频率向低空飞行器管理平台发送目标无人机的身份识别信息；

目标无人机完成飞行任务，主动反馈系统将飞行信息反馈至低空飞行器管理平台。

其中，主动反馈系统按照1Hz的频率发送目标无人机的产品识别编码、飞行位置信息、飞行速度以及地面控制站的位置信息。

无人机通讯应答模块的通讯应答方法中被动反馈系统的应答方法，包括：

在目标无人机飞行中：

若低空飞行器管理平台询问目标无人机的身份识别信息，被动反馈系统采集飞行控制器信息并对低空飞行器管理平台作出应答；

若低空飞行器管理平台通过基站向目标无人机发送紧急情况指令，被动反馈系统发送指令信号至飞行控制器执行指令；

若低空飞行器管理平台通过基站向目标无人机发出预警指令，被动反馈系统将信息反馈至目标无人机以及地面控制端，地面控制端和目标无人机执行相应操作。

上述技术方案中提供的通讯应答模块-主动反馈和被动反馈方法具有以下有益效果：通讯应答模块将采集信息和发送信息集成为一体，便利性增加，成本降低；在不影响目标无人机本身的所有模块前提下，独立安装，具有通用性和兼容性；只需要连入蜂窝移动通信网络(3G/4G/5G)，无需另外安装其他发送信息模块如ADS-B OUT模块此类通用性不高的模块，具有容易实现的特性；直接与目标无人机飞行控制器通信，所获取的身份信息和飞行信息具有实时性和准确性。

同时，该通讯应答模块能实时更新电子围栏，实时播报身份信息和飞行信息，蜂窝信号丢失或遇紧急情况，通讯应答模块将接管目标无人机，保障了目标无人机飞行的安全性；还能实时通过基站接收来自低空无人飞行器管理平台的询问和指令，与机载飞行控制器通信，并立即做出反馈，保证了低空无人飞行器管理平台的实时监控的有效性和应急反应。

附图说明

图1为本发明通讯应答模块与目标无人机机载端、地面控制端以及低空飞行器管理平台；

图2为本发明目标无人机机载端的系统结构图；

图3为本发明通讯应答模块的主动反馈系统功能流程图；

图4为本发明通讯应答模块的被动反馈系统功能流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。

如图1所示，本发明的无人机通讯应答模块，与目标无人机的机载端、地面控制端以及低空飞行器管理平台相配合使用，该目标无人机已实名登记且其飞行计划已提前申报，目标无人机的机载端包括电源模块、检测模块、驱动模块和控制模块，控制模块包括飞行控制器和机载通信模块，所述地面控制端包括地面端数据链和应答反馈显示；无人机通讯应答模块与飞行控制器通信连接，且无人机通讯应答模块通过各基站与低空飞行器管理平台通信连接，机载通信模块和地面端数据链用于目标无人机机载端与地面控制端的通信传输，地面端数据链和各基站用于地面控制端应答反馈显示和低空飞行器管理平台的通信传输。

本实施例以四旋翼无人机控制系统为例，参考图2，该四旋翼无人机控制系统包括电源模块、检测模块、控制模块以及驱动模块，电源模块包含控制系统供电和动力供电两类，检测模块包含惯性测量单元、气压计、电子罗盘以及GPS模块，控制模块包括飞行控制器、原有通信模块和原有通讯应答模块，驱动模块包括驱动四旋翼无人机螺旋桨转动的所有电机；将本发明的无人机通讯应答模块接入四旋翼无人机控制系统中的飞行控制器，并保持原有四旋翼无人机控制系统结构不变；

参考图3，本发明基于无人机通讯应答模块的主动反馈系统的身份信息播报发送方法，包括：

四旋翼无人机准备起飞前，无人机通讯应答模块连入移动通信服务网络(3G/4G/5G)，其主动反馈系统向低空飞行器管理平台发送身份信息验证，其中包括无人机产品识别编码、起飞位置信息、地面控制站位置信息以及飞行路线等等，请求起飞，并更新电子围栏。

无人机通讯应答模块通过移动通信服务网络(3G/4G/5G)接受到低空飞行器管理平台发送的身份信息验证通过以及电子围栏更新完成，四旋翼无人机将顺利起飞，反之如果身份信息验证失败或者电子围栏更新失败，四旋翼无人机将禁止起飞，此时无人机通讯应答模块将向飞行控制器发出停飞指令。

四旋翼无人机按照事先通过的飞行计划飞行中，主动反馈系统应按照规定以1Hz的频率实时的发送目标无人机身份识别信息(心跳保活)：产品识别编码、飞行位置信息(飞行经纬度，飞行高度)，飞行速度、地面控制站的位置信息等等。

四旋翼无人机在飞行中，如果覆盖的蜂窝移动通信网络短暂性或间歇性丢失，无人机通讯应答模块向飞行控制器发送指令，可要求目标无人机按照预先导入的飞行路径自主飞行。

如果蜂窝移动通信网络在60秒内恢复，为确保安全性，将对无人机通讯应答模块进行二次心跳验证，如验证成功继续按原飞行计划飞行，并继续之前的心跳保活流程内容；如果验证失败，无人机通讯应答模块向飞行控制器发送指令飞往最近无人机备降机场降落。

如果蜂窝移动通信网络持续丢失超过60秒，无人机通讯应答模块向飞行控制器发送指令飞往最近无人机备降机场降落。

四旋翼无人机顺利完成飞行任务，无人机通讯应答模块可将当日飞行信息汇总反馈给低空飞行器管理平台。

参考图4，本发明基于无人机通讯应答模块的被动反馈系统的应答方法，包括：

在四旋翼无人机飞行过程中：如果低空飞行器管理平台询问其身份信息、位置信息、飞行速度等等，被动反馈系统采集飞行控制器信息并立即应答管理平台；

如果出现紧急情况，低空飞行器管理平台通过各类基站(蜂窝网络、GNSS卫星、雷达)向目标无人机发送指令，如返航、前往最近备降点、迫降等，被动反馈系统将立即发送指令信号给机载飞行控制器，执行指令；

如果管理平台通过各类基站(蜂窝网络、GNSS卫星、雷达)向目标无人机发出预警，如电子围栏预警、电量低、飞行路况等，被动反馈系统应及时将信息反馈给四旋翼无人机以及地面控制端，使地面控制端和四旋翼无人机做出相应的对策；

另外，本发明的无人机通讯应答模块还具备黑匣子功能，储存目标无人机的身份信息，记录飞机状态的关键信息，使用者不可自行篡改。

上面结合实施例对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在获知本发明中记载内容后，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对其作出若干同等变换和替代，这些同等变换和替代也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种无人机通讯应答模块，与目标无人机的机载端、地面控制端以及低空飞行器管理平台相配合使用，该目标无人机已实名登记且其飞行计划已提前申报，目标无人机的机载端包括电源模块、检测模块、驱动模块和控制模块，控制模块包括飞行控制器和机载通信模块，所述地面控制端包括地面端数据链；其特征在于：所述无人机通讯应答模块与飞行控制器通信连接，且无人机通讯应答模块通过各基站与低空飞行器管理平台通信连接，所述机载通信模块和地面端数据链用于目标无人机机载端与地面控制端的通信传输，所述地面端数据链和各基站用于地面控制端应答反馈显示和低空飞行器管理平台的通信传输。

2.根据权利要求1所述的无人机通讯应答模块，其特征在于：所述无人机通讯应答模块包括主动反馈系统和被动反馈系统。

3.一种基于权利要求2所述的无人机通讯应答模块的通讯应答方法，其特征在于：主动反馈系统的身份信息播报发送方法包括：

目标无人机起飞前，主动反馈系统通过基站向低空飞行器管理平台发送身份信息验证、请求起飞并请求更新电子围栏，低空飞行器管理平台对身份信息进行验证并更新电子围栏；主动反馈系统根据低空飞行器管理平台的处理结果发送执行指令至飞行控制器；

目标无人机飞行中，主动反馈系统按照固定频率向低空飞行器管理平台发送目标无人机的身份识别信息；

目标无人机完成飞行任务，主动反馈系统将飞行信息反馈至低空飞行器管理平台。

4.根据权利要求3所述的无人机通讯应答模块的通讯应答方法，其特征在于：

若身份信息验证成功且电子围栏更新完成，则主动反馈系统发出飞行指令至飞行控制器，此时目标无人机顺利起飞；

若身份信息验证失败或电子围栏更新失败，则主动反馈系统发出停飞指令至飞行控制器，此时目标无人机禁止起飞。

5.根据权利要求4所述的无人机通讯应答模块的通讯应答方法，其特征在于：主动反馈系统按照1Hz的频率发送目标无人机的产品识别编码、飞行位置信息、飞行速度以及地面控制站的位置信息。

6.根据权利要求3～5任一项所述的无人机通讯应答模块的通讯应答方法，其特征在于：被动反馈系统的应答方法，包括在目标无人机飞行中：

若低空飞行器管理平台询问目标无人机的身份识别信息，被动反馈系统采集飞行控制器信息并对低空飞行器管理平台作出应答；

若低空飞行器管理平台通过基站向目标无人机发送紧急情况指令，被动反馈系统发送指令信号至飞行控制器执行指令；

若低空飞行器管理平台通过基站向目标无人机发出预警指令，被动反馈系统将信息反馈至目标无人机以及地面控制端，地面控制端和目标无人机执行相应操作。

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