CN113596775A - 一种无人机通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机通信系统，包括：无人机、管控中心和大数据中心；无人机、管控中心和大数据中心之间搭建一条基于多链路技术移动公网的全国高速数传链路，一条基于通信卫星的全国高速数传链路，以及一条基于北斗短报文的全国管控链路；通过上述三条链路实现无人机‑管控中心和大数据中心之间的双向数据通信网络。无人机、管控中心和大数据中心之间的通信链路集成了全国覆盖的通信卫星传输链路、移动公网传输链路和北斗卫星通信链路；提供将无人机位置、状态信息、现场获取的遥感影像、快视图或视频流等数据实时传回云平台数据库的能力，供管控系统或遥感应用服务系统调用，实现了管控中心和大数据中心与无人机间的高速率数据实时传输。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机通信系统。
背景技术
无人机的无线控制信号通常分为三类：遥控器信号、数据传输信号、图像传输信号。其中遥控信号多数采用2.4G无线通信芯片。数据和图像传输一般通过WIFI传输或模拟信号传输。WIFI传输可以做到600-800米左右的通信距离的，通常是经过中继放大的，WIFI传输的缺点是受带宽限制通常图像的质量会比较差，延时也比较高。而对于模拟信号图像传输，其图像延时低但质量较差，同时不方便接入手机平板等数字系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种无人机通信系统。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种无人机通信系统，包括：无人机、管控中心和大数据中心；所述无人机、管控中心和大数据中心之间搭建一条基于多链路技术移动公网的全国高速数传链路，一条基于通信卫星的全国高速数传链路，以及一条基于北斗短报文的全国管控链路；通过上述三条链路实现无人机-管控中心和大数据中心之间的双向数据通信网络。
本发明的有益效果是：无人机、管控中心和大数据中心之间的通信链路集成了全国覆盖的通信卫星传输链路、移动公网传输链路和北斗卫星通信链路；提供将无人机位置、状态信息，现场获取的遥感影像、快视图或视频流等数据实时传回云平台数据库的能力，供管控系统或遥感应用服务系统调用，实现了管控中心和大数据中心与无人机间的高速率数据实时传输，并且可根据需求选取不同的通信链接进行数据传输，传输效率高、质量好、延迟低。
进一步，所述基于多链路技术移动公网的全国高速数传链路包括：多链路终端和多链路接入网关，其中多链路终端固定在无人机上，多链路接入网关放置在管控中心的机房内；所述多链路终端通过多个公网链路与所述多链路接入网关建立连接；所述多链路接入网关提供链路汇聚、终端ID管理、身份鉴权、数据包重组和路由功能。
进一步，所述多链路终端与多链路接入网关之间采用VPN通道传输数据，由所述多链路接入网关提供VPN服务，所述多链路终端作为VPN客户端，通过多个公网链路建立VPN连接，形成多链路VPN的网络结构。
进一步，所述多链路终端包括：设置于主控板上的SOC主控模块、交换模块、多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口、链路监测模块和电源模块；每个所述全网通模块插入一个SIM卡；所述SOC主控模块与所述交换模块连接，所述交换模块与所述多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口和链路监测模块连接；
所述SOC主控模块用于生成控制命令，并通过所述交换模块将所述控制命令发送给所述多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口和链路监测模块；使所述多链路终端支持同时通过多个SIM卡接入公网，与多链路接入网关建立数据传输通道，并动态分配数据包到每个公网链路上。
进一步，所述多链路接入网关至少包括两个以太网接口，并使用静态公网IP接入互联网，所述多链路终端内配置有所述静态公网IP，由多链路终端发起VPN连接、注册、和数据传输。
进一步，所述多链路技术包括：2G、3G、4G、ADS-B和低空雷达数据链路的多种组合。
进一步，所述基于通信卫星的全国高速数传链路：根据车载站的使用地区及数据传输速率要求，选用中星系列卫星和Ku频段转发器资源，配合卫星通信设备，构成完整的卫星通信网络系统。
进一步，所述基于北斗短报文的全国管控链路包括：设置于无人机上的机载北斗短报文发射模块、地面接收机和设置于管控中心的管控平台模块；
基于北斗短报文的全国管控链路的短消息发送方将包含消息内容和接收方ID的通信申请信号加密后通过卫星转发到地面中接收机；所述地面接收机将接收到的信号先解密再加密，进而将加密的信号加入到出站广播电文中，经卫星广播给消息接收方；消息接收方接收到出站电文后，解调出站信号，进而再解密出电文；其中，所述机载短报文发射模块和管控平台模块作为消息发送方或消息接收方。
进一步，所述无人机集成有RNSS模块，所述RNSS模块具有北斗/GPS/Glonass三系统联合定位的功能，且具有北斗短报文通讯功能。
进一步，所述管控平台包括飞行监控模块、飞行记录模块、设备管理模块、空域申请模块、飞行统计模块和行业数据模块；
所述飞行监控模块用于实现实时获取无人机飞行监控数据，预设条件下报警、电子围栏、历史数据存档和统计以及设备和用户管理，并且预留北向接口供管理部门监看；
所述飞行记录模块用于记录无人机历史飞行数据；所述设备管理模块用于实现对通信链路中定位通信设备的管理；所述空域申请模块用于处理无人机发送的飞行空域申请请求；所述飞行统计模块用于对无人机的飞行监控数据和历史飞行数据进行统计分析；
所述行业数据模块，用于接入无人机装备库和成果目录库，所述无人机装备库用于存储无人机参数信息，所述成果目录库用于使无人机提供方和需求方实现数据交互和共享。
本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例提供的无人机通信系统结构示意图；
图2为本发明实施例提供的多链路VPN网络结构图；
图3为本发明实施例提供的多链路终端结构图；
图4为本发明实施例提供的基于北斗短报文的全国管控链路图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明实施例提供的无人机通信系统结构示意图。如图1所示，该系统包括：无人机、管控中心和大数据中心；所述无人机、管控中心和大数据中心之间搭建一条基于多链路技术移动公网的全国高速数传链路，一条基于通信卫星的全国高速数传链路，以及一条基于北斗短报文的全国管控链路；通过上述三条链路实现无人机-管控中心和大数据中心之间的双向数据通信网络。
其中，在城市或市郊等基础通信设施健全的环境下，重点使用多链路设备通信；在无人区、灾害现场或生态区等缺乏基础通信保障的环境下，使用卫星进行通信；基于北斗短报文的通信链路实现各型平台位置信息的实时发送、简要数据与指令的短报文发送。卫星传输链路为满足遥感数据和测控数据的实时传输，前端采用车载静中通方式，有效回传速率为12Mbps。
上述实施例中，无人机、管控中心和大数据中心之间的通信链路集成了全国覆盖的通信卫星传输链路、移动公网传输链路和北斗卫星通信链路；提供将无人机位置、状态信息，现场获取的遥感影像、快视图或视频流等数据实时传回云平台数据库的能力，供管控系统或遥感应用服务系统调用，实现了管控中心和大数据中心与无人机间的高速率数据实时传输，并且可根据需求不同的通信链接进行数据传输，传输效率高、质量好、延迟低。
可选地，基于多链路技术移动公网的全国高速数传链路包括：多链路终端和多链路接入网关，其中多链路终端固定在无人机上，重量小于200克，数据传输速率不低于10Mbps，远程控制信令传输延迟不大于120ms；多链路接入网关放置在管控中心的机房内；所述多链路终端通过多个公网链路与所述多链路接入网关建立连接；所述多链路接入网关提供链路汇聚、终端ID管理、身份鉴权、数据包重组和路由功能。其中，多链路技术可以采用：2G、3G、4G、ADS-B和低空雷达数据链路的多种组合。
所述多链路终端与多链路接入网关之间采用VPN通道传输数据，由所述多链路接入网关提供VPN服务，所述多链路终端作为VPN客户端，通过多个公网链路建立VPN连接，形成多链路VPN的网络结构。多链路VPN的网络可以有效保障数据传输的安全性。多链路VPN的网络结构如图2所示。
如图3所示，多链路终端包括：设置于主控板上的SOC主控模块、交换模块、多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口、链路监测模块和电源模块；每个所述全网通模块插入一个SIM卡；所述SOC主控模块与所述交换模块连接，所述交换模块与所述多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口和链路监测模块连接；
所述SOC主控模块用于生成控制命令，并通过所述交换模块将所述控制命令发送给所述多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口和链路监测模块；使所述多链路终端支持同时通过多个SIM卡接入公网，与多链路接入网关建立数据传输通道，并动态分配数据包到每个公网链路上。
多链路终端通过多个(不少于4个)无线模块接入运营商网络，每个无线模块可插入一个SIM卡，通过多个公网链路与多链路网关建立连接；并能动态分配数据包到每个公网链路上，最大化利用公网传输带宽。多链路接入网关提供链路汇聚、数据包重组和路由功能，是连接无人机后端私有网络和远端外勤网络的关键节点。
所述多链路接入网关至少包括两个以太网接口，并使用静态公网IP接入互联网，所述多链路终端内配置有所述静态公网IP，由多链路终端发起VPN连接、注册、和数据传输。多链路接入网关主要功能是汇聚多链路终端的多个传输链路、终端ID管理、身份鉴权、数据包重组和路由。多链路终端通过多个公网通道传输数据，每一次会话的完整数据包均需要经过多链路网关重新整合还原为原始数据包才能继续路由到后端私有网络。
可选地，所述基于通信卫星的全国高速数传链路：根据车载站的使用地区及数据传输速率要求，选用中星系列卫星和Ku频段转发器资源，配合卫星通信设备，构成完整的卫星通信网络系统。在此基础上提供各项通信和业务功能。
本发明实施例中，卫星系统利用用户自建卫星地面站作为该卫星系统主站，主站卫星天线采用4.5米Ku频段固定天线，该主站通过用户本地局域网与数据传输服务器相连。车载用户小站采用1.5米Ku频段静中通天线，55w BUC，配合高速率卫星调制解调器及相关的网络设备，使用13Mbps卫星Ku频段转发器进行卫星通信。
该设计方案不但满足当前通信业务的要求，还可以非常容易地根据未来网络需求的变化，进行升级和扩容，确保系统的可持续、长周期的可靠运行。
可选地，如图4所示，所述基于北斗短报文的全国管控链路包括：设置于无人机上的机载北斗短报文发射模块、地面接收机(北斗指挥机)和设置于管控中心的管控平台模块。北斗指挥型用户机(简称指挥型用户机)是管辖100-1000个用户的上级集团管理部门使用的管理设备。指挥型用户机除了具有普通用户机的功能外，还能兼收所管辖用户机的定位、通信信息，并向所管辖的用户机发送组播、通播信息，从而实现对子用户的分组管理和集中调度功能。
短报文通信过程如下：基于北斗短报文的全国管控链路中的短消息发送方将包含消息内容和接收方ID的通信申请信号加密后通过卫星转发到地面中接收机；所述地面接收机将接收到的信号先解密再加密，进而将加密的信号加入到出站广播电文中，经卫星广播给消息接收方；消息接收方接收到出站电文后，解调出站信号，进而再解密出电文；其中，所述机载短报文发射模块和管控平台模块作为消息发送方或消息接收方。
机载北斗短报文发射模块能够与无人机系统集成，通过北斗短报文通信技术将无人机的飞行诸元信息(包括无人机ID号、位置等相关信息)实时的传输至指挥中心，实现对无人机的远程监管。机载北斗短报文发射模块集成有RNSS模块，具备北斗/GPS/Glonass三系统联合定位的功能，导航精度优于10米；集成有RNSS模块，具有北斗短报文通讯功能，通讯范围覆盖亚太地区，且不受地形遮挡影响。
可选地，管控平台包括飞行监控模块、飞行记录模块、设备管理模块、空域申请模块、飞行统计模块和行业数据模块。管控平台基于Web架构的多源无人机数据链路(可同时接入2G/3G/4G/ADS-B/低空雷达等数据链路)实时监控系统，可同时接入包括内置、外挂管控模块和北斗全球主动报告系统、其他无人机云平台等在内的无人机监控数据，具有实时监控与报警、电子围栏、历史数据存档和统计、设备和用户管理等业务功能，预留北向接口供管理部门监看。
所述飞行监控模块用于实现实时获取无人机飞行监控数据，预设条件下报警、电子围栏、历史数据存档和统计以及设备和用户管理，并且预留北向接口供管理部门监看。飞行监控模块可对无人机数量、飞行架次、飞行里程、飞行时长等数据进行存档、统计和检索，方便运营商和管控部门进行分析决策。实现对用户信息、登录日志、无人机平台、无人机飞行历史记录、管控模块等数据的长期全面存储管理，在为用户保密敏感信息的前提下，根据实际管理需求，后台可随时查看无人机运营相关人员和设备的信息。
所述飞行记录模块用于记录无人机历史飞行数据；具体信息可以包括飞行任务的名称、起止时间、设备ID等，还可以通过三维平台进行回看，以便清晰、直观地了解飞行轨迹及其周围环境。
所述设备管理模块用于实现对通信链路中定位通信设备的管理；主要是指定位通讯模块的管理，包括模块的序列号、飞机型号、持有单位、联系人手机号码、飞机状态、模块名称、模块类型、模块采用的坐标系等。
所述空域申请模块用于处理无人机发送的飞行空域申请请求；无人机用户可以通过该系统模块进行飞行空域的一键申请，需要提交平台信息、作业人姓名、电话、任务类型、计划飞行最大高度以及任务起止时间等信息。
所述飞行统计模块用于对无人机的飞行监控数据和历史飞行数据进行统计分析；无人机用户可以通过该系统查询、浏览无人机的飞行轨迹、飞行时间等信息。
所述行业数据模块，用于接入无人机装备库和成果目录库，所述无人机装备库用于存储无人机参数信息，所述成果目录库用于使无人机提供方和需求方实现数据交互和共享。无人机装备库可检索最新无人机机型参数，动态更新，涵盖绝大部分无人机机型，为无人机管控提供平台信息支撑；成果目录库承担数据交换能力，无人机用户或商家提交作业任务的时间、地点、分辨率等信息，供无人机用户、数据提供方和需求方检索，以达到数据共享、信息互通的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机通信系统，其特征在于，包括：无人机、管控中心和大数据中心；所述无人机、管控中心和大数据中心之间搭建一条基于多链路技术移动公网的全国高速数传链路，一条基于通信卫星的全国高速数传链路，以及一条基于北斗短报文的全国管控链路；通过上述三条链路实现无人机-管控中心和大数据中心之间的双向数据通信网络。
2.根据权利要求1所述的无人机通信系统，其特征在于，所述基于多链路技术移动公网的全国高速数传链路包括：多链路终端和多链路接入网关，其中多链路终端固定在无人机上，多链路接入网关放置在管控中心的机房内；所述多链路终端通过多个公网链路与所述多链路接入网关建立连接；所述多链路接入网关提供链路汇聚、终端ID管理、身份鉴权、数据包重组和路由功能。
3.根据权利要求2所述的无人机通信系统，其特征在于，所述多链路终端与多链路接入网关之间采用VPN通道传输数据，由所述多链路接入网关提供VPN服务，所述多链路终端作为VPN客户端，通过多个公网链路建立VPN连接，形成多链路VPN的网络结构。
4.根据权利要求2所述的无人机通信方法，其特征在于，所述多链路终端包括：设置于主控板上的SOC主控模块、交换模块、多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口、链路监测模块和电源模块；每个所述全网通模块插入一个SIM卡；所述SOC主控模块与所述交换模块连接，所述交换模块与所述多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口和链路监测模块连接；
所述SOC主控模块用于生成控制命令，并通过所述交换模块将所述控制命令发送给所述多个全网通模块、WiFi模块、以太网接口和链路监测模块；使所述多链路终端支持同时通过多个SIM卡接入公网，与多链路接入网关建立数据传输通道，并动态分配数据包到每个公网链路上。
5.根据权利要求2所述的无人机通信系统，其特征在于，所述多链路接入网关至少包括两个以太网接口，并使用静态公网IP接入互联网，所述多链路终端内配置有所述静态公网IP，由多链路终端发起VPN连接、注册、和数据传输。
6.根据权利要求1至5任一项所述的无人机通信系统，其特征在于，所述多链路技术包括：2G、3G、4G、ADS-B和低空雷达数据链路的多种组合。
7.根据权利要求1至5任一项所述的无人机通信系统，其特征在于，所述基于通信卫星的全国高速数传链路：根据车载站的使用地区及数据传输速率要求，选用中星系列卫星和Ku频段转发器资源，配合卫星通信设备，构成完整的卫星通信网络系统。
8.根据权利要求1至5任一项所述的无人机通信系统，其特征在于，所述基于北斗短报文的全国管控链路包括：设置于无人机上的机载北斗短报文发射模块、地面接收机和设置于管控中心的管控平台模块；
基于北斗短报文的全国管控链路的短消息发送方将包含消息内容和接收方ID的通信申请信号加密后通过卫星转发到地面中接收机；所述地面接收机将接收到的信号先解密再加密，进而将加密的信号加入到出站广播电文中，经卫星广播给消息接收方；消息接收方接收到出站电文后，解调出站信号，进而再解密出电文；其中，所述机载短报文发射模块和管控平台模块作为消息发送方或消息接收方。
9.根据权利要求8所述的无人机通信系统，其特征在于，所述无人机集成有RNSS模块，所述RNSS模块具有北斗/GPS/Glonass三系统联合定位的功能，且具有北斗短报文通讯功能。
10.根据权利要求1至5任一项所述的无人机通信系统，其特征在于，所述管控平台包括飞行监控模块、飞行记录模块、设备管理模块、空域申请模块、飞行统计模块和行业数据模块；
所述飞行监控模块用于实现实时获取无人机飞行监控数据，预设条件下报警、电子围栏、历史数据存档和统计以及设备和用户管理，并且预留北向接口供管理部门监看；
所述飞行记录模块用于记录无人机历史飞行数据；所述设备管理模块用于实现对通信链路中定位通信设备的管理；所述空域申请模块用于处理无人机发送的飞行空域申请请求；所述飞行统计模块用于对无人机的飞行监控数据和历史飞行数据进行统计分析；
所述行业数据模块，用于接入无人机装备库和成果目录库，所述无人机装备库用于存储无人机参数信息，所述成果目录库用于使无人机提供方和需求方实现数据交互和共享。
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