CN113552896A - 一种基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人平台控制技术领域,具体提供了一种基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统及方法,旨在解决遥控距离无法满足远程遥控的实际作业需要的技术问题。包括:无人平台、无人平台遥控器、通信中继无人机和通信中继无人机遥控器;该方案通过搭载通信中继设备后的通信中继无人机为无人平台的远程遥控提供有效的中继通信支撑,实现无人平台的远程遥控,或增大无人平台的遥控距离,从而实现无人平台的远距离作业。
Description
技术领域
本发明涉及无人平台控制领域,具体涉及一种基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统及方法。
背景技术
随着自动控制技术、计算机技术的快速发展,无人平台的应用领域越来越广泛。由于无人平台自身通信设备的特点与性能,其遥控距离可能无法满足远程遥控的实际作业需要。因此,需要一种支持无人平台远程遥控的方法。无人机在空中具有机动灵活的运动方式,且与地面设备不易有障碍物遮挡,搭载通信中继设备后能为无人平台的远程遥控提供有效的中继通信支撑。
为了满足上述需求,亟需提出一种基于无人机中继通信的无人平台远程遥控方法与系统。
发明内容
为了克服上述缺陷,提出了本发明,以提供解决或至少部分地解决遥控距离无法满足远程遥控的实际作业需要的技术问题的基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统及方法。
第一方面,提供一种基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统,所述系统包括:无人平台、无人平台遥控器、通信中继无人机和通信中继无人机遥控器;
所述无人平台遥控器,用于分别向通信中继无人机遥控器和通信中继无人机发送无人平台遥控器的位置信息和控制所述无人平台的遥控指令;
所述无人平台,用于向通信中继无人机发送无人平台状态信息;
所述通信中继无人机遥控器,用于将无人平台遥控器的位置信息发送至通信中继无人机;
所述通信中继无人机,用于基于所述无人平台状态信息和无人平台遥控器的位置信息控制通信中继无人机的飞行模式,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。
优选的,所述状态信息包括:位置信息和姿态信息,其中,所述位置信息包括:经度、纬度和高度,所述姿态信息包括:偏航角、姿态角和滚转角。
优选的,所述飞行模式由动力、方向和/或姿态组成。
优选的,所述通信中继无人机为搭载飞控计算机、第三无线通信设备、通信中继设备和任务计算机的无人机;
所述飞控计算机,用于基于接收的遥控指令控制通信中继无人机的飞行模式;
所述通信中继设备,用于接收无人平台发送的无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令;
所述任务计算机,用于基于所述无人平台状态信息生成遥控指令,将该遥控指令发送给飞控计算机,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。
进一步的,所述任务计算机包括:通信中继启动指令接收模块、无人平台状态信息中继传输模块、中继位置控制模块和无人平台控制指令中继传输模块;
所述通信中继启动指令接收模块,用于通过第三无线通信设备接收所述通信中继无人机遥控器发送的无人平台遥控器的位置信息;
所述无人平台状态信息中继传输模块,用于在通信中继设备中获取无人平台状态信息,并将所述无人平台状态信息通过所述通信中继设备发送给无人平台遥控器;
所述中继位置控制模块,用于基于无人平台遥控器的位置信息和无人平台状态信息计算中继位置点位置信息,基于所述中继位置点位置信息生成遥控指令,并将遥控指令发送给飞控计算机;
所述无人平台控制指令中继传输模块,用于通过通信中继设备接收来自无人平台遥控器的遥控指令,并将接收到的遥控指令通过通信中继设备转发给无人平台。
进一步的,所述基于无人平台遥控器的位置信息和无人平台状态信息计算中继位置点位置信息,包括:
将无人平台遥控器的位置信息中的经纬度和无人平台状态信息中的经纬度的平均值作为中继位置点的位置信息。
进一步的,所述遥控指令包括:位置点盘旋指令和位置点悬停指令;
当无人平台接收的遥控指令为位置点盘旋指令时,无人平台到达既定位置后围绕该既定位置盘旋;
当无人平台接收的遥控指令为位置点悬停指令时,无人平台到达既定位置后悬停在该既定位置。
进一步的,所述基于所述中继位置点位置信息生成遥控指令,包括:
当通信中继无人机为固定翼无人机时,将中继位置点位置信息作为既定位置生成位置点盘旋指令;
当通信中继无人机为旋翼无人机时,将中继位置点位置信息作为既定位置生成位置点悬停指令;
当通信中继无人机为复合翼无人机时,将中继位置点位置信息作为既定位置生成位置点盘旋指令或位置点悬停指令。
第二方面,提供一种基于所述基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统的控制方法,所述方法包括:
无人平台遥控器分别向通信中继无人机遥控器和通信中继无人机发送无人平台遥控器的位置信息和控制所述无人平台的遥控指令;
无人平台向通信中继无人机发送无人平台状态信息;
通信中继无人机遥控器将无人平台遥控器的位置信息发送至通信中继无人机;
通信中继无人机基于所述无人平台状态信息和无人平台遥控器的位置信息控制通信中继无人机的飞行模式,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。
本发明上述一个或多个技术方案,至少具有如下一种或多种有益效果:
本发明提供了一种基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统及方法,所述系统包括:无人平台、无人平台遥控器、通信中继无人机和通信中继无人机遥控器;所述无人平台遥控器,用于分别向通信中继无人机遥控器和通信中继无人机发送无人平台遥控器的位置信息和控制所述无人平台的遥控指令;所述无人平台,用于向通信中继无人机发送无人平台状态信息;所述通信中继无人机遥控器,用于将无人平台遥控器的位置信息发送至通信中继无人机;所述通信中继无人机,用于基于所述无人平台状态信息和无人平台遥控器的位置信息控制通信中继无人机的飞行模式,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。该方案在一架通信中继无人机上安装通信中继设备和任务计算机,一方面,任务计算机根据接收到的无人平台的状态信息和无人平台遥控器的位置信息,计算出通信中继无人机合适的中继位置点,从而控制通信中继无人机的位置;另一方面,任务计算机将接收到的无人平台发出的状态信息转发至无人平台遥控器,将接收到的无人平台遥控器(或无人平台地面站)发出的遥控指令转发至无人平台,实现了基于无人机中继通信的无人平台远程遥控。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统的主要结构框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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它实施例,都属于本发明保护的范围。
参阅附图1,图1是根据本发明的一个实施例的基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统的主要结构框图。如图1所示,本发明实施例中的基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统主要包括:
无人平台,如无人车、无人机、无人船、无人艇等,上面安装一个无线通信设备;无人平台遥控器,上面安装一个与无人平台上匹配的无线通信设备;
通信中继无人机,如旋翼无人机、固定翼无人机、复合翼无人机等,上面安装一个飞控计算机、一个无线通信设备、一个通信中继设备、一台任务计算机;
以及通信中继无人机遥控器,上面安装一个与通信中继无人机上无线通信设备相匹配的无线通信设备。
所述无人平台遥控器,用于分别向通信中继无人机遥控器和通信中继无人机发送无人平台遥控器的位置信息和控制所述无人平台的遥控指令;
所述无人平台,用于向通信中继无人机发送无人平台状态信息;
所述通信中继无人机遥控器,用于将无人平台遥控器的位置信息发送至通信中继无人机;
所述通信中继无人机,用于基于所述无人平台状态信息和无人平台遥控器的位置信息控制通信中继无人机的飞行模式,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。
其中,所述状态信息包括:位置信息和姿态信息,其中,所述位置信息包括:经度、纬度和高度,所述姿态信息包括:偏航角、姿态角和滚转角。所述飞行模式由动力、方向和/或姿态组成。
本实施例中,所述通信中继无人机为搭载飞控计算机、无线通信设备、通信中继设备和任务计算机的无人机,通信中继无人机上的飞控计算机、无线通信设备、通信中继设备均通过有线通信接口与任务计算机相连接,有线通信接口可以是串口、网口、CAN口等。
通信中继无人机上的飞控计算机用于接收任务计算机发出的控制指令,根据该控制指令控制无人机的动力系统、伺服系统,最终实现对无人机的动力、方向、姿态等的控制。控制指令可以是位置点盘旋指令,即到达某一位置点后围绕该位置点盘旋,位置点盘旋指令包含经度、纬度、高度、盘旋半径等信息;也可以是位置点悬停指令,即到达某一位置点后悬停在该位置点,位置点悬停指令包含经度、纬度、高度等信息;也可以是速度导引指令,速度导引指令包含航向角、速度大小、高度等信息。
通信中继无人机上的通信中继设备与无人平台、无人平台遥控器(或无人平台地面站)上面安装的无线通信设备匹配,能够接收无人平台通过无线通信设备发送的无人平台状态信息,该状态信息包含位置信息,如经度、纬度等,也能够接收无人平台遥控器(或无人平台地面站)通过无线通信设备发送的遥控指令。
通信中继无人机上的任务计算机,包括多个有线通信接口和微处理器,有线通信接口用于微处理器连接飞控计算机、无线通信设备和通信中继设备;微处理器,用于运行任务计算机的软件模块,包括通信中继启动指令接收模块、无人平台状态信息中继传输模块、中继位置控制模块、无人平台控制指令中继传输模块。
通信中继启动指令接收模块,通过无线通信设备接收来自通信中继无人机遥控器(或通信中继无人机地面站)的通信中继启动指令,该指令包含无人平台遥控器(或无人平台地面站)的位置信息,如经度、纬度等。
无人平台状态信息中继传输模块,能够通过通信中继设备接收来自无人平台的状态信息,该状态信息包含位置信息,如经度、纬度等,并将接收到的无人平台的状态信息通过通信中继设备转发给无人平台遥控器(或无人平台地面站)。
中继位置控制模块,根据通信中继启动指令接收模块接收到的无人平台遥控器(或无人平台地面站)的位置信息,以及通过无人平台状态信息中继传输模块实时接收到的无人平台的位置信息,计算出通信中继无人机合适的中继位置点,生成中继位置控制指令,并将中继位置控制指令发送给飞控计算机。对于该中继位置点,其经度、纬度可以选择无人平台遥控器(或无人平台地面站)与无人平台的经度、纬度的平均值,其高度根据地形、通信中继无人机执行任务的巡航高度等因素综合确定。
当通信中继无人机为固定翼无人机时,中继位置控制指令为位置点盘旋指令,控制无人机围绕中继位置点盘旋,盘旋半径可以选择该无人机的最小盘旋半径;当通信中继无人机为旋翼无人机时,中继位置控制指令为位置点悬停指令,控制无人机飞行至并悬停在该中继位置点;当通信中继无人机为复合翼无人机时,中继位置控制指令可以是位置点盘旋指令,控制无人机围绕中继位置点盘旋,盘旋半径可以选择该无人机的最小盘旋半径,也可以是位置点悬停指令,控制无人机飞行至并悬停在该中继位置点。
无人平台控制指令中继传输模块,能够通过通信中继设备接收来自无人平台遥控器(或无人平台地面站)的遥控指令,并将接收到的遥控指令通过通信中继设备转发给无人平台,实现对无人平台的控制。
在如图1所示的应用场景中,本发明还提供了一个实施方式,此实施例中具有一架通信中继无人机、一个通信中继无人机遥控器(或地面站)、一台无人车、一个无人车遥控器(或地面站)。一架通信中继无人机包括一个飞控计算机、一个无线通信设备、一个通信中继设备、一台任务计算机、动力系统、伺服系统等。通信中继无人机上的任务计算机通过无线通信设备1接收通信中继无人机遥控器(或地面站)发出的通信中继启动指令,该通信中继启动指令包括无人车遥控器(或地面站)的位置信息;通过通信中继设备接收无人车的状态数据,该状态数据包括无人车的位置信息,根据该位置信息和无人车遥控器(或地面站)的位置信息,计算通信中继无人机合适的中继位置点,生成通信中继无人机的中继位置控制指令,并将中继位置控制指令发送给飞控计算机,实现对无人机中继位置的控制;通过通信中继设备,一方面接收无人车的状态数据,将该状态数据转发给无人车遥控器(或地面站),另一方面接收无人车遥控器(或地面站)的控制指令,将该控制指令转发给无人车,从而实现对无人车的远程遥控。
基于同一发明构思,本发明还提供了一种基于所述基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统的控制方法,所述方法包括:
无人平台遥控器分别向通信中继无人机遥控器和通信中继无人机发送无人平台遥控器的位置信息和控制所述无人平台的遥控指令;
无人平台向通信中继无人机发送无人平台状态信息;
通信中继无人机遥控器将无人平台遥控器的位置信息发送至通信中继无人机;
通信中继无人机基于所述无人平台状态信息和无人平台遥控器的位置信息控制通信中继无人机的飞行模式,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。
进一步的,基于所述基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统及方法可广泛应用于各类无人平台中,如无人车、无人船、无人机等,具体用于无人平台的远程遥控。
进一步,应该理解的是,由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的系统的功能单元,这些模块对应的物理器件可以是处理器本身,或者处理器中软件的一部分,硬件的一部分,或者软件和硬件结合的一部分。因此,图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。
本领域技术人员能够理解的是,可以对系统中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理,因此,拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。
至此,已经结合附图所示的一个实施方式描述了本发明的技术方案,但是,本领域技术人员容易理解的是,本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下,本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换,这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统,其特征在于,所述系统包括:无人平台、无人平台遥控器、通信中继无人机和通信中继无人机遥控器;
所述无人平台遥控器,用于分别向通信中继无人机遥控器和通信中继无人机发送无人平台遥控器的位置信息和控制所述无人平台的遥控指令;
所述无人平台,用于向通信中继无人机发送无人平台状态信息;
所述通信中继无人机遥控器,用于将无人平台遥控器的位置信息发送至通信中继无人机;
所述通信中继无人机,用于基于所述无人平台状态信息和无人平台遥控器的位置信息控制通信中继无人机的飞行模式,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。
2.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述状态信息包括:位置信息和姿态信息,其中,所述位置信息包括:经度、纬度和高度,所述姿态信息包括:偏航角、姿态角和滚转角。
3.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述飞行模式由动力、方向和/或姿态组成。
4.如权利要求1所述的系统,其特征在于,所述通信中继无人机为搭载飞控计算机、第三无线通信设备、通信中继设备和任务计算机的无人机;
所述飞控计算机,用于基于接收的遥控指令控制通信中继无人机的飞行模式;
所述通信中继设备,用于接收无人平台发送的无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令;
所述任务计算机,用于基于所述无人平台状态信息生成遥控指令,将该遥控指令发送给飞控计算机,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。
5.如权利要求4所述的系统,其特征在于,所述任务计算机包括:通信中继启动指令接收模块、无人平台状态信息中继传输模块、中继位置控制模块和无人平台控制指令中继传输模块;
所述通信中继启动指令接收模块,用于通过第三无线通信设备接收所述通信中继无人机遥控器发送的无人平台遥控器的位置信息;
所述无人平台状态信息中继传输模块,用于在通信中继设备中获取无人平台状态信息,并将所述无人平台状态信息通过所述通信中继设备发送给无人平台遥控器;
所述中继位置控制模块,用于基于无人平台遥控器的位置信息和无人平台状态信息计算中继位置点位置信息,基于所述中继位置点位置信息生成遥控指令,并将遥控指令发送给飞控计算机;
所述无人平台控制指令中继传输模块,用于通过通信中继设备接收来自无人平台遥控器的遥控指令,并将接收到的遥控指令通过通信中继设备转发给无人平台。
6.如权利要求5所述的系统,其特征在于,所述基于无人平台遥控器的位置信息和无人平台状态信息计算中继位置点位置信息,包括:
将无人平台遥控器的位置信息中的经纬度和无人平台状态信息中的经纬度的平均值作为中继位置点的位置信息。
7.如权利要求5所述的系统,其特征在于,所述遥控指令包括:位置点盘旋指令和位置点悬停指令;
当无人平台接收的遥控指令为位置点盘旋指令时,无人平台到达既定位置后围绕该既定位置盘旋;
当无人平台接收的遥控指令为位置点悬停指令时,无人平台到达既定位置后悬停在该既定位置。
8.如权利要求7所述的系统,其特征在于,所述基于所述中继位置点位置信息生成遥控指令,包括:
当通信中继无人机为固定翼无人机时,将中继位置点位置信息作为既定位置生成位置点盘旋指令;
当通信中继无人机为旋翼无人机时,将中继位置点位置信息作为既定位置生成位置点悬停指令;
当通信中继无人机为复合翼无人机时,将中继位置点位置信息作为既定位置生成位置点盘旋指令或位置点悬停指令。
9.一种基于权利要求1-8任一项所述的基于无人机中继通信的无人平台远程遥控系统的控制方法,其特征在于,所述方法包括:
无人平台遥控器分别向通信中继无人机遥控器和通信中继无人机发送无人平台遥控器的位置信息和控制所述无人平台的遥控指令;
无人平台向通信中继无人机发送无人平台状态信息;
通信中继无人机遥控器将无人平台遥控器的位置信息发送至通信中继无人机;
通信中继无人机基于所述无人平台状态信息和无人平台遥控器的位置信息控制通信中继无人机的飞行模式,并将无人平台状态信息和无人平台遥控器发送的遥控指令分别通过通信中继设备转发给无人平台遥控器和无人平台。
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