CN113034876A - 基于移动蜂窝网络的无人机控制方法及系统 - Google Patents

基于移动蜂窝网络的无人机控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于移动蜂窝网络的无人机控制方法及系统，其中，所述方法包括：通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接；公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将所述控制指令发送至无人机；无人机接收所述控制指令并根据所述控制指令控制无人机运行；公网服务器接收无人机发送的状态数据并将所述状态数据发送至移动终端；移动终端接收所述状态数据并根据所述状态数据显示无人机飞行状态。利用了移动蜂窝网络信号覆盖广，传输带宽大等特点，扩大了无人机的飞行控制范围，增大了无人机数据回传的吞吐量，提高了无人机部署的便携性，以及提高蜂窝网络控制无人机的鲁棒性。

Description

基于移动蜂窝网络的无人机控制方法及系统
技术领域
本申请涉及无人机通信领域，特别是涉及一种基于移动蜂窝网络的无人机控制方法及系统。
背景技术
随着无人机技术的不断发展和成熟，无人机在各行各业得以应用和普及，现有的无人机控制系统大多采用遥控手柄进行控制，遥控手柄与无人机之间的控制方式为射频信号连接和控制，而射频信号传输距离有限，这就造成遥控手柄对无人机的飞行控制距离较短，导致无人机的有效飞行范围较小，难以满足现有的使用需求。
发明内容
本申请提供一种基于移动蜂窝网络的无人机控制方法及系统，利用了移动蜂窝网络信号覆盖广，传输带宽大等特点，扩大了无人机的飞行控制范围，增大了无人机数据回传的吞吐量，提高了无人机部署的便携性。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种基于移动蜂窝网络的无人机控制方法，所述方法包括：
通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接；
公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将所述控制指令发送至无人机；
无人机接收所述控制指令并根据所述控制指令控制无人机运行；
公网服务器接收无人机发送的状态数据并将所述状态数据发送至移动终端；
移动终端接收所述状态数据并根据所述状态数据显示无人机飞行状态。
进一步的，所述通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接的步骤具体包括：
移动终端向公网服务器发起通信，服务器记录移动终端通信的第一IP地址和第一端口号；
无人机向公网服务器发起通信，服务器记录无人机通信的第二IP地址和第二端口号；
公网服务器执行数据转发线程，建立移动终端和无人机之间的双向网络数据通信链路。
进一步的，所述公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将所述控制指令发送至无人机的步骤具体包括：
移动终端接收用户操作并产生控制指令；
移动终端对所述控制指令进行编码并通过TCP/IP公共网络发送到公网服务器；
公网服务器接收编码后的控制指令并通过基站发送至指定IP的无人机。
进一步的，所述无人机接收所述控制指令并根据所述控制指令控制无人机运行的步骤具体包括：
无人机通过蜂窝网络数据收发模块接收控制指令并对所述控制指令进行解析；
将解析后的控制指令发送至控制器模块；
控制器模块根据所述控制指令对无人机飞行姿态进行相应调整。
进一步的，所述公网服务器接收无人机发送的状态数据并将所述状态数据发送至移动终端的步骤具体包括：
无人机实时获取无人机自身的状态数据；
无人机对所述状态数据进行编码并通过蜂窝网络数据收发模块发送到公网服务器；
公网服务器接收编码后的状态数据并通过基站发送至指定IP的移动终端。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种基于移动蜂窝网络的无人机控制系统，所述系统包括无人机、移动终端及公网服务器，其中，
所述无人机包括：
蜂窝网络数据收发模块，用于接收公网服务器发送的控制指令、以及向所述公网服务器发送状态数据；
控制器模块，用于根据所述控制指令控制无人机的飞行状态、以及实时获取无人机自身的状态数据；
所述移动终端包括：
指令产生单元，用于根据用户操作产生控制指令；
数据收发单元，用于向所述公网服务器发送所述控制指令、以及接收公网服务器发送的所述状态数据；
所述公网服务器用于接收所述移动终端发送的控制指令并向所述无人机发送所述控制指令、以及接收所述无人机发送的状态数据并向所述移动终端发送所述状态数据。
进一步的，所述无人机还包括：
射频接收机模块，用于接收遥控手柄发送的控制信号。
进一步的，所述控制器模块包括网络数据接收单元、网络数据发送单元、遥控指令接收单元、姿态数据接收单元、姿态指令发送单元、主定时器单元，
网络数据接收单元，用于接收公网服务器发送的控制指令；
网络数据发送单元，用于向公网服务器发送状态数据；
遥控指令接收单元，用于接收遥控手柄发送的控制信号；
姿态数据接收单元，用于接收无人机自身的飞行状态数据；
姿态指令发送单元，用于向飞控模块发送飞行控制指令；
主定时器单元，用于定时监测网络状态和通信网络连接状态。
进一步的，所述主定时器单元还用于进行网络时钟同步、以及根据无人机的通信网络连接状态控制切换移动终端控制通道和遥控手柄控制通道。
进一步的，所述移动终端为手机或平板电脑。
本申请的有益效果是：实施本发明的基于移动蜂窝网络的无人机控制方法时，通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接，公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将所述控制指令发送至无人机，无人机接收所述控制指令并根据所述控制指令控制无人机运行，公网服务器接收无人机发送的状态数据并将所述状态数据发送至移动终端，移动终端接收所述状态数据并根据所述状态数据显示无人机飞行状态。利用了移动蜂窝网络信号覆盖广，传输带宽大等特点，扩大了无人机的飞行控制范围，增大了无人机数据回传的吞吐量，提高了无人机部署的便携性，以及提高蜂窝网络控制无人机的鲁棒性。
附图说明
图1是本发明第一实施例的基于移动蜂窝网络的无人机控制方法的流程示意图；
图2是本发明第二实施例的基于移动蜂窝网络的无人机控制系统的框架示意图；
图3是本发明控制系统中控制器模块的框架示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
图1是本发明第一实施例的基于移动蜂窝网络的无人机控制方法的流程示意图。需注意的是，若有实质上相同的结果，本发明的方法并不以图1所示的流程顺序为限。如图1所示，该方法包括步骤：
步骤S101：通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接。
具体的，移动终端向公网服务器发起通信，服务器记录移动终端通信的第一IP地址和第一端口号。无人机向公网服务器发起通信，服务器记录无人机通信的第二IP地址和第二端口号。公网服务器执行数据转发线程，建立移动终端和无人机之间的双向网络数据通信链路。
首先移动终端(手机或平板电脑)APP向公网服务器发起一次通信，公网服务器记录移动终端通信的第一IP地址和第一端口号，然后公网服务器等待无人机的连接。无人机向公网服务器也发起一次通信，公网服务器记录无人机通信的第二IP地址和第二端口号。公网服务器得到移动终端的第一IP地址和第一端口号和无人机的第二IP地址和第二端口号之后，执行数据转发线程，建立移动终端和无人机之间的双向数据转发。移动终端发出的控制指令经由公网服务器转发给无人机，无人机的状态数据经由公网服务器转发至移动终端显示。
步骤S102：公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将该控制指令发送至无人机。
具体的，移动终端接收用户操作并产生控制指令，移动终端对该控制指令进行编码并通过TCP/IP公共网络发送到公网服务器，公网服务器接收编码后的控制指令并通过基站发送至指定IP的无人机。
移动终端通过APP及触控屏接收用户输入的用户操作，并产生相应的控制指令，移动终端将该控制指令进行编码后通过基站及TCP/IP公共网络发送到公网服务器，公网服务器接收编码后的控制指令并通过基站发送至指定IP的无人机，即第二IP地址和第二端口号对应的无人机。
步骤S103：无人机接收该控制指令并根据该控制指令控制无人机运行。
具体的，无人机通过蜂窝网络数据收发模块接收控制指令并对该控制指令进行解析，将解析后的控制指令发送至控制器模块，控制器模块根据该控制指令对无人机飞行姿态进行相应调整，详后述。
步骤S104：公网服务器接收无人机发送的状态数据并将该状态数据发送至移动终端。
具体的，无人机实时获取无人机自身的状态数据，无人机对该状态数据进行编码并通过蜂窝网络数据收发模块发送到公网服务器，公网服务器接收编码后的状态数据并通过基站发送至指定IP的移动终端。
其中，状态数据包括网络连接状态数据和飞行姿态数据等。
步骤S105：移动终端接收该状态数据并根据该状态数据显示无人机飞行状态。
移动终端在接收到无人机反馈的状态数据后，在显示屏上进行直接数据显示，或根据状态数据模拟无人机飞行状态进行显示。
实施本发明的基于移动蜂窝网络的无人机控制方法时，通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接，公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将该控制指令发送至无人机，无人机接收该控制指令并根据该控制指令控制无人机运行，公网服务器接收无人机发送的状态数据并将该状态数据发送至移动终端，移动终端接收该状态数据并根据该状态数据显示无人机飞行状态。利用了移动蜂窝网络信号覆盖广，传输带宽大等特点，扩大了无人机的飞行控制范围，增大了无人机数据回传的吞吐量，提高了无人机部署的便携性，以及提高蜂窝网络控制无人机的鲁棒性。
图2是本发明第二实施例的基于移动蜂窝网络的无人机控制系统的框架示意图。如图2所示，该控制系统200包括无人机230、移动终端210及公网服务器220，其中，
该无人机230包括：
蜂窝网络数据收发模块231，用于接收公网服务器220发送的控制指令、以及向该公网服务器220发送状态数据；
控制器模块232，用于根据该控制指令控制无人机230的飞行状态、以及实时获取无人机230自身的状态数据；
该移动终端210包括：
指令产生单元211，用于根据用户操作产生控制指令；
数据收发单元212，用于向该公网服务器220发送该控制指令、以及接收公网服务器220发送的该状态数据；
该公网服务器220用于接收该移动终端210发送的控制指令并向该无人机230发送该控制指令、以及接收该无人机230发送的状态数据并向该移动终端210发送该状态数据。
该控制系统200在运行时，实现如下的控制方法：
步骤S101：通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接。
具体的，移动终端向公网服务器发起通信，服务器记录移动终端通信的第一IP地址和第一端口号。无人机向公网服务器发起通信，服务器记录无人机通信的第二IP地址和第二端口号。公网服务器执行数据转发线程，建立移动终端和无人机之间的双向网络数据通信链路。
首先移动终端(手机或平板电脑)APP向公网服务器发起一次通信，公网服务器记录移动终端通信的第一IP地址和第一端口号，然后公网服务器等待无人机的连接。无人机向公网服务器也发起一次通信，公网服务器记录无人机通信的第二IP地址和第二端口号。公网服务器得到移动终端的第一IP地址和第一端口号和无人机的第二IP地址和第二端口号之后，执行数据转发线程，建立移动终端和无人机之间的双向数据转发。移动终端发出的控制指令经由公网服务器转发给无人机，无人机的状态数据经由公网服务器转发至移动终端显示。
步骤S102：公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将该控制指令发送至无人机。
具体的，移动终端接收用户操作并产生控制指令，移动终端对该控制指令进行编码并通过TCP/IP公共网络发送到公网服务器，公网服务器接收编码后的控制指令并通过基站发送至指定IP的无人机。
移动终端通过APP及触控屏接收用户输入的用户操作，并产生相应的控制指令，移动终端将该控制指令进行编码后通过基站及TCP/IP公共网络发送到公网服务器，公网服务器接收编码后的控制指令并通过基站发送至指定IP的无人机，即第二IP地址和第二端口号对应的无人机。
步骤S103：无人机接收该控制指令并根据该控制指令控制无人机运行。
具体的，无人机通过蜂窝网络数据收发模块接收控制指令并对该控制指令进行解析，将解析后的控制指令发送至控制器模块，控制器模块根据该控制指令对无人机飞行姿态进行相应调整，详后述。
步骤S104：公网服务器接收无人机发送的状态数据并将该状态数据发送至移动终端。
具体的，无人机实时获取无人机自身的状态数据，无人机对该状态数据进行编码并通过蜂窝网络数据收发模块发送到公网服务器，公网服务器接收编码后的状态数据并通过基站发送至指定IP的移动终端。
步骤S105：移动终端接收该状态数据并根据该状态数据显示无人机飞行状态。
移动终端在接收到无人机反馈的状态数据后，在显示屏上进行直接数据显示，或根据状态数据模拟无人机飞行状态进行显示。
实施本发明的基于移动蜂窝网络的无人机控制系统时，通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接，公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将该控制指令发送至无人机，无人机接收该控制指令并根据该控制指令控制无人机运行，公网服务器接收无人机发送的状态数据并将该状态数据发送至移动终端，移动终端接收该状态数据并根据该状态数据显示无人机飞行状态。利用了移动蜂窝网络信号覆盖广，传输带宽大等特点，扩大了无人机的飞行控制范围，增大了无人机数据回传的吞吐量，提高了无人机部署的便携性，以及提高蜂窝网络控制无人机的鲁棒性。
进一步的，该无人机还包括：
射频接收机模块，用于接收遥控手柄发送的控制信号。
通过设置射频接收机模块，作为无人机控制方式和通信方式的冗余，在移动蜂窝网络出现断连等状况时，可切换射频接收机模块对无人机进行连接，通过遥控手柄实现对无人机的控制，提高系统鲁棒性。
具体的，如图3所示，该控制器模块232包括网络数据接收单元2321、网络数据发送单元2322、遥控指令接收单元2323、姿态数据接收单元2324、姿态指令发送单元2325、主定时器单元2326，
网络数据接收单元2321，用于接收公网服务器220发送的控制指令；
网络数据发送单元2322，用于向公网服务器220发送状态数据；
遥控指令接收单元2323，用于接收遥控手柄发送的控制信号；
姿态数据接收单元2324，用于接收无人机230自身的飞行状态数据；
姿态指令发送单元2325，用于向飞控模块发送飞行控制指令；
主定时器单元2326，用于定时监测网络状态和通信网络连接状态。
进一步的，该主定时器单元2326还用于进行网络时钟同步、以及根据无人机230的通信网络连接状态控制切换移动终端210控制通道和遥控手柄控制通道。
在本发明中，优选的，该移动终端210为手机或平板电脑。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于移动蜂窝网络的无人机控制方法，其特征在于，所述方法包括：
通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接；
公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将所述控制指令发送至无人机；
无人机接收所述控制指令并根据所述控制指令控制无人机运行；
公网服务器接收无人机发送的状态数据并将所述状态数据发送至移动终端；
移动终端接收所述状态数据并根据所述状态数据显示无人机飞行状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过公网服务器建立移动终端与无人机的网络通信连接的步骤具体包括：
移动终端向公网服务器发起通信，服务器记录移动终端通信的第一IP地址和第一端口号；
无人机向公网服务器发起通信，服务器记录无人机通信的第二IP地址和第二端口号；
公网服务器执行数据转发线程，建立移动终端和无人机之间的双向网络数据通信链路。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述公网服务器接收移动终端发送的控制指令并将所述控制指令发送至无人机的步骤具体包括：
移动终端接收用户操作并产生控制指令；
移动终端对所述控制指令进行编码并通过TCP/IP公共网络发送到公网服务器；
公网服务器接收编码后的控制指令并通过基站发送至指定IP的无人机。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述无人机接收所述控制指令并根据所述控制指令控制无人机运行的步骤具体包括：
无人机通过蜂窝网络数据收发模块接收控制指令并对所述控制指令进行解析；
将解析后的控制指令发送至控制器模块；
控制器模块根据所述控制指令对无人机飞行姿态进行相应调整。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述公网服务器接收无人机发送的状态数据并将所述状态数据发送至移动终端的步骤具体包括：
无人机实时获取无人机自身的状态数据；
无人机对所述状态数据进行编码并通过蜂窝网络数据收发模块发送到公网服务器；
公网服务器接收编码后的状态数据并通过基站发送至指定IP的移动终端。
6.一种基于移动蜂窝网络的无人机控制系统，其特征在于，所述系统包括无人机、移动终端及公网服务器，其中，
所述无人机包括：
蜂窝网络数据收发模块，用于接收公网服务器发送的控制指令、以及向所述公网服务器发送状态数据；
控制器模块，用于根据所述控制指令控制无人机的飞行状态、以及实时获取无人机自身的状态数据；
所述移动终端包括：
指令产生单元，用于根据用户操作产生控制指令；
数据收发单元，用于向所述公网服务器发送所述控制指令、以及接收公网服务器发送的所述状态数据；
所述公网服务器用于接收所述移动终端发送的控制指令并向所述无人机发送所述控制指令、以及接收所述无人机发送的状态数据并向所述移动终端发送所述状态数据。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述无人机还包括：
射频接收机模块，用于接收遥控手柄发送的控制信号。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制器模块包括网络数据接收单元、网络数据发送单元、遥控指令接收单元、姿态数据接收单元、姿态指令发送单元、主定时器单元，
网络数据接收单元，用于接收公网服务器发送的控制指令；
网络数据发送单元，用于向公网服务器发送状态数据；
遥控指令接收单元，用于接收遥控手柄发送的控制信号；
姿态数据接收单元，用于接收无人机自身的飞行状态数据；
姿态指令发送单元，用于向飞控模块发送飞行控制指令；
主定时器单元，用于定时监测网络状态和通信网络连接状态。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述主定时器单元还用于进行网络时钟同步、以及根据无人机的通信网络连接状态控制切换移动终端控制通道和遥控手柄控制通道。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述移动终端为手机或平板电脑。
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