CN113377129A - 一种两个地面站协同控制一架无人机的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机飞行控制技术领域，具体涉及两个地面站协同控制一架无人机的方法，本发明对无人机的协同控制方案进行了优化，通过控制站和请求站在同一套数据链系统内进行信息交互和确认，控制站和请求站能够实时明确当前的控制权限，并提出对应的控制权限请求和做出回应，完整考虑了交接控制权交接流程，实现了平台控制权交接的功能，在交接控制权的过程中通过等待确认时间提高了无人机的飞行安全性；同时也实现了两个地面站同时协同控制飞行平台和任务平台的功能。
Description
技术领域
本发明涉及无人机飞行控制技术领域，具体涉及一种两个地面站协同控制一架无人机的方法。
背景技术
大型无人机在实际应用过程中，通常是一个地面站控制一架无人机或者一个地面站控制两架无人机。随着无人机执行任务区域越来越广泛，往往需要在任务区域部署一套地面站，在无人机到达任务区监控范围内时，由任务区地面站进行任务操作或者飞行操作，由任务区人员控制无人机平台或者无人机载荷完成任务，这就需要两个地面站对无人机进行控制交接或协同控制来完成任务。目前的无人机两站接力技术，需要两站人员通过第三方通信进行流程交接，往往实际任务过程中，两个站之间并没有条件进行第三方通信，同时这种交接流程需要靠人观察系统状态，做出交接决定，存在一定误判的情况，无法高效规范安全的进行双站交接协同，更无法准确的进行双站协同控制。
再有一种延伸的情况，当无人机需要在多个区域执行任务时，若需要通过多个地面站之间交接控制或协同控制，则实现的难度又会大大增加。
因此，现有的无人机交接控制过程存在亟待亟待改进之处，尚无能够实现高效、安全交接的方法，故需要提出更为合理的技术方案，解决现有技术中的不足。
发明内容
为了解决上述内容中提到的现有技术缺陷，本发明提供了一种两个地面站协同控制一架无人机的方法，通过进行双链路上下行通信，对无人机的平台控制权或载荷控制权进行快速的确认和交接，确定无人机的控制权安全高效的完成交接，避免无人机的控制出现空窗期，减少无人机执行任务中的风险。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种两个地面站协同控制一架无人机的方法，包括：
第一个接入无人机的地面站作为控制站，给予控制站平台控制权和载荷控制权，控制站与无人机的主副链路均建立上下行链接；
第二个接入无人机的地面站作为请求站，无人机的主链路与请求站建立下行链接，且无人机的副链路与请求站建立上下行链接；
请求站通过副链路发送控制权请求，无人机将控制权请求转发至控制站，控制站响应该请求；
无人机根据控制站的响应配置控制权限，并将响应消息转发至请求站。
上述公开的协同控制方法，在一个系统内实现控制请求的发起和回应，能够提高控制站和请求站之间的交互效率，并能够更加明确控制站和请求站当前的状态，避免控制站通过人工预估的方式进行授权，消除了安全隐患，提高了协同控制的可靠性。
进一步的，本发明中无人机的飞行控制和任务载荷控制相互独立，控制站和请求站能够协同控制，对其中的飞行控制或任务载荷控制进行协调，因此，本发明中在进行控制协调时将协调指令进行优化，具体的：所述的控制权请求包括平台控制权和/或载荷控制权，控制站的响应包括准予授权或拒绝授权。采用如此方案时，可明确请求站需要获取的控制权限，控制站也能够及时决定并权限的授予或拒绝。若控制站准予授权，则能够准确授权，避免出现错误授权导致无人机的控制空窗期，从而提高无人机的飞行安全性。
进一步的，在控制站进行响应时，根据无人机的回应最终确定控制权的交付，具体的，此处进行优化并举出如下一种可行的选择：若控制站的响应为准予授权，无人机将响应消息转发至请求站后保持一段等待时间，在等待时间内接收到请求站的上行控制数据后则完成控制权交接并转发至控制站；若超过等待时间未收到请求站的上行控制数据，无人机重新配置控制权限并将控制权交回控制站。采用如此方案时，要求请求站在接收到响应消息后及时建立控制通信并上传控制数据，否则将被认定为请求站未接受控制权或不能及时提供控制指令从而被撤销控制权，以此提高无人机的飞行安全。在此种方案中，等待时间可根据实际飞行速度、环境等多种因素综合考虑决定。
进一步的，在控制站进行响应时，为避免控制权交接后请求站不能及时进行有效控制，无人机对响应进行校核，具体如下：若控制站的响应为准予授权，无人机校核控制站的当前操控模式，只有当控制站的当前操控模式为指定模式时才进行控制权限配置和转发响应消息，否则无人机返回模式切换提醒至控制站。采用如此方案时，一般的操控该模式包括人工操控模式和自主操控模式，指定模式一般指自主操控模式。
进一步的，在具体进行响应和控制权移交过程中，可进行优化并采取如下方案：若控制站的响应为准予授权，控制站在响应的同时切断其自身对无人机的对应控制，并保持等待一段时间，在等待时间内接收到无人机转发的请求站上行控制数据则完成授权，否则控制站重新开启对无人机的控制。采用如此方案时，若控制站准予授权平台控制权，则关闭主链路的上行链路；若控制站准予授权载荷控制权，则控制站紧关闭副链路的控制数据上传，但保持副链路通信连通。
进一步的，为了确保无人机接收的控制指令为正确指令，需要对指令来源进行甄别和确定，因此本发明对此进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的控制数据包括地面站类型和编号，地面站发送控制数据时同步匹配自身的类型和编号，由无人机接收识别并转发。采用如此方案时，地面站的类型和编号均被同步至无人机以及另外的地面站。
再进一步，具体将地面站类型和编号按照如下方式进行转发：无人机运行过程中，同步向控制站和请求站发送下行数据，下行数据中包括控制数据中的地面站类型和编号，控制站或请求站本身的类型和编号与接收到的地面站类型和编号不相同时则具备发送控制请求的权限。采用如此方案时，控制站和请求站能够识别出当下是否拥有控制权限，进而可根据需要提出控制请求。
进一步的，当请求站接收到无人机转发的响应消息，若响应为准予授权平台控制，则请求站开启主链路上行通道；若响应为准予授权载荷控制，则请求站保持主链路上行通道关闭。
进一步的，在本发明中，为了保持控制数据上行和下行的顺畅，避免出现干涉，本发明在进行优化并举出其中一种可行的选择：控制站或请求站通过主链路上行传输平台控制数据，并通过主链路下行接收无人机平台控制响应消息；且控制站或请求站通过副链路上行传输载荷控制数据，并通过副链路下行接收无人机载荷控制响应消息。
进一步的，为了方便进行数据处理，对无人机的组成进行优化，此处举出其中一种可行的选择：所述的无人机上设置调度模块、飞控模块和任务模块，调度模块分别与控制站、请求站、飞控模块和任务模块通信，且调度模块用于接收和转发请求、响应消息以及控制数据。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
本发明中对无人机的协同控制方案进行了优化，通过控制站和请求站在同一套系统内进行信息交互和确认，控制站和请求站能够实时明确当前的控制权限，并提出对应的控制权限请求和做出回应，在交接控制权的过程中通过等待确认时间提高了无人机的飞行安全性。
本发明能够在两个地面站没有其他通信手段的情况下，通过链路调度的方式进行双站协同控制一架无人机，即一站控制飞行平台、同时另一站控制载荷平台，或者两站交接控制一架无人机。这样能在两个地面站没有其他通信的情况下更好的协同完成任务。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅表示出了本发明的部分实施例，因此不应看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它相关的附图。
图1为无人机与地面站的交互示意图。
图2为无人机与地面站的通信模块图。
图3为控制权请求与响应过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐释。
在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。本文公开的特定结构和功能细节仅用于描述本发明的示例实施例。然而，可用很多备选的形式来体现本发明，并且不应当理解为本发明限制在本文阐述的实施例中。
实施例
针对现有的无人机协同控制需要第三方交流系统进行信息交互以辅助实现无人机控制权移交的情况，本实施例进行优化以解决现有技术中的问题。
具体的，如图1、图2和图3所示，本实施例公开了一种两个地面站协同控制一架无人机的方法，包括：
S01：第一个接入无人机的地面站作为控制站，给予控制站平台控制权和载荷控制权，控制站与无人机的主副链路均建立上下行链接；
S02：第二个接入无人机的地面站作为请求站，无人机的主链路与请求站建立下行链接，且无人机的副链路与请求站建立上下行链接；
S03：请求站通过副链路发送控制权请求，无人机将控制权请求转发至控制站，控制站响应该请求；
S04：无人机根据控制站的响应配置控制权限，并将响应消息转发至请求站。
上述公开的协同控制方法，在一个系统内实现控制请求的发起和回应，能够提高控制站和请求站之间的交互效率，并能够更加明确控制站和请求站当前的状态，避免控制站通过人工预估的方式进行授权，消除了安全隐患，提高了协同控制的可靠性。
优选的，本实施例中，主副链路可采用视距链路、卫通链路、北斗链路、天通链路和蜂窝移动链路的任意组合。
本实施例中无人机的飞行控制和任务载荷控制相互独立，控制站和请求站能够协同控制，对其中的飞行控制或任务载荷控制进行协调，因此，本实施例中在进行控制协调时将协调指令进行优化，具体的：所述的控制权请求包括平台控制权和/或载荷控制权，控制站的响应包括准予授权或拒绝授权。采用如此方案时，可明确请求站需要获取的控制权限，控制站也能够及时决定并权限的授予或拒绝。若控制站准予授权，则能够准确授权，避免出现错误授权导致无人机的控制空窗期，从而提高无人机的飞行安全性。
优选的，请求站处做出请求后发送至无人机，无人机识别其中的请求信息并确定调度类型，包括申请平台控制权、拒绝平台控制权；申请载荷控制权、拒绝载荷控制权。
本实施例中，在控制站进行响应时，根据无人机的回应最终确定控制权的交付，具体的，本实施例进行优化并采用如下一种可行的选择：若控制站的响应为准予授权，无人机将响应消息转发至请求站后保持一段等待时间，在等待时间内接收到请求站的上行控制数据后则完成控制权交接并转发至控制站；若超过等待时间未收到请求站的上行控制数据，无人机重新配置控制权限并将控制权交回控制站。采用如此方案时，要求请求站在接收到响应消息后及时建立控制通信并上传控制数据，否则将被认定为请求站未接受控制权或不能及时提供控制指令从而被撤销控制权，以此提高无人机的飞行安全。在此种方案中，等待时间可根据实际飞行速度、环境等多种因素综合考虑决定。
在控制站进行响应时，为避免控制权交接后请求站不能及时进行有效控制，无人机对响应进行校核，本实施例进行优化后采用具体如下的方案：若控制站的响应为准予授权，无人机校核控制站的当前操控模式，只有当控制站的当前操控模式为指定模式时才进行控制权限配置和转发响应消息，否则无人机返回模式切换提醒至控制站。采用如此方案时，一般的操控该模式包括人工操控模式和自主操控模式，指定模式一般指自主操控模式。
本实施例在具体进行响应和控制权移交过程中，可进行优化并采取如下方案：若控制站的响应为准予授权，控制站在响应的同时切断其自身对无人机的对应控制，并保持等待一段时间，在等待时间内接收到无人机转发的请求站上行控制数据则完成授权，否则控制站重新开启对无人机的控制。采用如此方案时，若控制站准予授权平台控制权，则关闭主链路的上行链路；若控制站准予授权载荷控制权，则控制站紧关闭副链路的控制数据上传，但保持副链路通信连通。
本实施例中，为了确保无人机接收的控制指令为正确指令，需要对指令来源进行甄别和确定，因此本实施例对此进行优化并举出如下一种可行的选择：所述的控制数据包括地面站类型和编号，地面站发送控制数据时同步匹配自身的类型和编号，由无人机接收识别并转发。采用如此方案时，地面站的类型和编号均被同步至无人机以及另外的地面站。
优选的，具体将地面站类型和编号按照如下方式进行转发：无人机运行过程中，同步向控制站和请求站发送下行数据，下行数据中包括控制数据中的地面站类型和编号，控制站或请求站本身的类型和编号与接收到的地面站类型和编号不相同时则具备发送控制请求的权限。采用如此方案时，控制站和请求站能够识别出当下是否拥有控制权限，进而可根据需要提出控制请求。
优选的，当请求站接收到无人机转发的响应消息，若响应为准予授权平台控制，则请求站开启主链路上行通道；若响应为准予授权载荷控制，则请求站保持主链路上行通道关闭。
在本实施例中，为了保持控制数据上行和下行的顺畅，避免出现干涉，本实施例在进行优化并采用其中一种可行的选择：控制站或请求站通过主链路上行传输平台控制数据，并通过主链路下行接收无人机平台控制响应消息；且控制站或请求站通过副链路上行传输载荷控制数据，并通过副链路下行接收无人机载荷控制响应消息。
为了方便进行数据处理，对无人机的组成进行优化，本实施例采用其中一种可行的选择：所述的无人机上设置调度模块、飞控模块和任务模块，调度模块分别与控制站、请求站、飞控模块和任务模块通信，且调度模块用于接收和转发请求、响应消息以及控制数据。
以上即为本实施例列举的实施方式，但本实施例不局限于上述可选的实施方式，本领域技术人员可根据上述方式相互任意组合得到其他多种实施方式，任何人在本实施例的启示下都可得出其他各种形式的实施方式。上述具体实施方式不应理解成对本实施例的保护范围的限制，本实施例的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。
Claims (10)
1.一种两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于，包括：
第一个接入无人机的地面站为控制站，给予控制站平台控制权和载荷控制权，控制站与无人机的主副链路均建立上下行链接；
第二个接入无人机的地面站作为请求站，无人机的主链路与请求站建立下行链接，且无人机的副链路与请求站建立上下行链接；
请求站通过副链路发送控制权请求，无人机将控制权请求转发至控制站，控制站响应该请求；
无人机根据控制站的响应配置控制权限，并将响应消息转发至请求站。
2.根据权利要求1所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：所述的控制权请求包括平台控制权和/或载荷控制权，控制站的响应包括准予授权或拒绝授权。
3.根据权利要求2所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：若控制站的响应为准予授权，无人机将响应消息转发至请求站后保持一段等待时间，在等待时间内接收到请求站的上行控制数据后则完成控制权交接并转发至控制站；若超过等待时间未收到请求站的上行控制数据，无人机重新配置控制权限并将控制权交回控制站。
4.根据权利要求3所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：若控制站的响应为准予授权，无人机校核控制站的当前操控模式，只有当控制站的当前操控模式为指定模式时才进行控制权限配置和转发响应消息，否则无人机返回模式切换提醒至控制站。
5.根据权利要求3所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：若控制站的响应为准予授权，控制站在响应的同时切断其自身对无人机的对应控制，并保持等待一段时间，在等待时间内接收到无人机转发的请求站上行控制数据则完成授权，否则控制站重新开启对无人机的控制。
6.根据权利要求3~5中任一项所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：所述的控制数据包括地面站类型和编号，地面站发送控制数据时同步匹配自身的类型和编号，由无人机接收识别并转发。
7.根据权利要求6所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：无人机运行过程中，同步向控制站和请求站发送下行数据，下行数据中包括控制数据中的地面站类型和编号，控制站或请求站本身的类型和编号与接收到的地面站类型和编号不相同时则具备发送控制请求的权限。
8.根据权利要求5所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：当请求站接收到无人机转发的响应消息，若响应为准予授权平台控制，则请求站开启主链路上行通道；若响应为准予授权载荷控制，则请求站保持主链路上行通道关闭。
9.根据权利要求1所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：控制站或请求站通过主链路上行传输平台控制数据，并通过主链路下行接收无人机平台控制响应消息；且控制站或请求站通过副链路上行传输载荷控制数据，并通过副链路下行接收无人机载荷控制响应消息。
10.根据权利要求1所述的两个地面站协同控制一架无人机的方法，其特征在于：所述的无人机上设置调度模块、飞控模块和任务模块，调度模块分别与控制站、请求站、飞控模块和任务模块通信，且调度模块用于接收和转发请求、响应消息以及控制数据。
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