CN114115287B - 一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无人车‑无人机空地协同巡逻和引导系统，包括处理计算机、操控终端、无人车和无人机，处理计算机信号连接有操控终端，处理计算机连接有图传数传模块和地面通信天线，无人车上有车载控制计算机和车载发射机，车载控制计算机和车载发射机信号连接，无人车上还设置有车载通信天线，车载通信天线与车载发射机形成无人车与地面端的信息交互；无人车上还设置有高压气瓶和无人机发射筒，无人机设置在无人机发射筒内，通过高压气体将无人机从无人机发射筒中弹出，本发明系统集成度高，操控流程简单，能够实现无人机激光引导无人车行进，可用于巡逻监视、安防保卫、目标搜索、灾难救援、环境监测等领域，社会价值大。

Description

一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统
技术领域
本发明属于无人机引导系统技术领域，具体涉及一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统。
背景技术
随着无人机、无人车等五人系统技术的发展和成熟，无人系统代替有人系统在危险区域执行巡逻、搜索、警戒、危险品清除等任务越来越普遍。无人机能够利用机载光电设备从高空对地面进行全方位的快速巡逻和搜索，大型无人机还可执行救援、通信中继、运输、攻击等任务，但是固定翼无人机存在需要起飞降落设备和场地，旋翼无人机存在任务载荷能力有限和执行任务时间短等缺陷。无人车能够携带完善的巡逻设备对环境和目标进行近距离的巡逻搜索，但是其视野有限，未知环境下的移动速度慢，探测效率低，特别是恶劣的地形环境如峡谷、溪流、丛林等难以进入。为此，利用无人机速度快、不受地形限制，视野开阔的特点，结合无人车载重大，能够实施近距离观察等优势进行组合探测成为一种可行的模式，国内外都对此进行了一定的研究。从现有检索结果来看，目前多是研究两套系统如何协同应用，研究的重点主要在无人机与无人车组合导航控制、编队控制以及协同应用等方面。
经检索，中国专利公开号为CN106054922B的专利公开了一种无人机-无人车联合编队协同控制方法，提出了建立无人机-无人车联合编队的动力学模型，然后基于对模型的处理建立联合编队的控制器，使得编队能够稳定可靠地运行，但是编队控制仅是无人机-无人车协同的一个技术点，没有给出完整的系统运用方法和应用场景；
中国专利公开号CN206523781U的专利分开了一种无人机与无人车的协作巡逻系统，提出一种由无人机、无人车和管控系统组成的协作巡逻系统，能够将无人车地面二维巡逻视野扩展到三维，同时通过锁紧装置通过无人车将无人机运载到巡逻位置，但是该系统集成度不高，只是通过该方式弥补了无人机的航程和续航时间，无人车的作用没有充分发挥。
中国专利公开号CN211454366U的专利公开了基于无人机-无人车的联合目标搜索系统，提出了将无人机的目标探测信息发送给无人车，控制无人车运动到指定目标进行目标搜索和确认，其无人机为旋翼机，只是解决了两个系统之间的信息传输。
中国专利公开号CN210198395U公开了无人机与无人车协作导航系统，提出通过地面站将无人机信息进行处理后再进行无人车的路径规划，其协同效率有待提升。
从以上资料分析来看，无人机与无人车协同主要是利用各自的信息优势和载重优势进行优势互补，现有的方法主要是研究两者之间的信息互通问题，但是孤立的两套系统会造成运行维护困难，系统操作繁杂，需要较多操作人员等缺点，影响未知环境下无人车的通行效率和目标发现概率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统，包括处理计算机、操控终端、无人车和无人机，所述处理计算机信号连接有操控终端，所述处理计算机还连接有图传数传模块和地面通信天线，所述图传数传模块和地面通信天线用于地面端的通信信息交互；
所述无人车上设置有车载控制计算机和车载发射机，所述车载控制计算机和车载发射机信号连接，用于接收控制指令控制无人车的行进；
所述无人车上还设置有车载通信天线，所述车载通信天线与车载发射机形成无人车与地面端的信息交互；
所述无人车上还设置有高压气瓶和无人机发射筒，所述无人机设置在无人机发射筒内，通过高压气瓶给无人机发射筒供气，再通过高压气体将无人机从无人机发射筒中弹出。
进一步的，所述处理计算机内预设有控制软件用于控制信息的处理，所述处理计算机还连接有上显示器和下显示器，所述上显示器用于视频信息显示，所述下显示器用于地理信息显示。
进一步的，所述无人车上还设置有车载球形光电转塔，所述车载球形光电转塔用于对环境和目标的近距离搜索探测。
进一步的，所述无人车上还设置有车载激光接收机，所述无人机上安装有无人机载激光照射器，所述无人机载激光照射器用于在发现目标后发射激光束照射目标，所述车载激光接收机用于接收无人机载激光照射器发射的激光信号形成引导指令。
进一步的，所述无人车上还设置有车载任务控制器，所述车载任务控制器与车载发射机、车载球形光电转塔、车载激光接收机以及无人机发射筒连接，用于接收控制指令分别控制车载球形光电转塔、车载激光接收机以及无人机发射筒的任务执行。
进一步的，所述无人机发射筒内还安装有发射筒电磁开关，所述无人机上安装有无人机载微型CCD相机，所述无人机载微型CCD相机用于从空中对地面的环境和目标进行搜索探测，所述发射筒电磁开关用于在需要弹射无人机时将无人机从无人机发射筒中弹出。
一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统的使用方法，包括以下步骤：
S1、系统首先通过空地一体综合地面站对空地协同巡逻与引导系统进行自检，自检后操控人员通过操控终端控制无人车行进到指定任务区域，利用车载球形光电转塔进行近距搜索，同时将搜索的视频图像信息通过车载发射机发送给图传数传模块，经处理计算机处理后显示在上显示器上和下显示器上；
S2、需要空中搜索时，处理计算机发送无人机发射指令通过图传数传模块发送给车载发射机，车载任务控制器接收到车载发射机的指令后，控制发射筒电磁开关打开，高压气瓶的高压气体进入无人机发射筒将无人机弹出；
S3、无人机弹出后电路接通，折叠翼展开进行巡航飞机，操控终端可对无人机的飞行进行遥控控制，同时无人机载微型CCD相机拍摄到的环境图像通过图传设备将CDD图像发送给空地一体综合地面站的处理计算机，处理计算机处理后显示在上显示器上，同时其位置和状态信息显示在下显示器上，操控人员通过观察图像视频信息进行目标识别；
S4、需要进行目标跟踪定位或近距离侦察，处理计算机发送目标跟踪定位指令通过图传数传模块发送给无人机，无人机接收到指令后从空中实时对目标的跟踪定位，锁定目标后机载激光照射器发射激光束照射目标，车载激光接收机接收机载激光照射器的激光照射信息后由车载任务控制器机械能处理形成引导跟踪指令发送给车载控制计算机；
S5、车载控制计算机驱动无人车机动行进到目标附近进行近距离的巡逻搜索，任务完毕后，操控人员通过操控终端分别发送一键返回指令给无人车和无人机，无人车和无人机按照指令自主返回到指定区域由操控人员进行回收。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明无人机通过无人机发射筒集成安装在无人车上，无人车与无人机分别安装有光电探测载荷，无人车与无人机的任务控制通过一个车载综合任务控制器实现集中控制，车载任务控制器与空地一体地面站系统构成端对端的信息交互通道，执行任务时无人机通过无人机发射筒弹射出筒与无人车协同对任务区域进行巡逻搜索，发现目标后，无人机通过激光发射器发射激光束照射目标，同时无人车上的激光接收机接收照射信息自主行进到目标区域进行近距搜索无人机通过无人车发射筒发射，无人机发射筒安装在无人车上，通过一个车载任务控制器进行综合任务控制和调度，系统集成度高，操控流程简单，能够实现无人机激光引导无人车行进，解决了恶劣条件下无人机搜索目标困难的难题，同时也克服了传统上依靠无人机与无人车通信在通信受阻等不利条件下的协同困难问题；而且无人机和无人车的平台控制与任务控制通过一台地面站进行综合控制，综合化程度高，操控人员少，解决了传统的多人协同操控的难题，可用于巡逻监视、安防保卫、目标搜索、灾难救援、环境监测等领域，应用范围广，社会价值大。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图；
图2是本发明原理框架图；
附图标记说明：
101处理计算机；102上显示器；103下显示器；104操控终端；105图传数传模块；106地面通信天线；201无人车；202车载控制计算机；203车载球形光电转塔；204车载激光接收机；205车载任务控制器；206车载通信天线；207高压气瓶；208无人机发射筒；209无人机；210无人机载微型CCD相机；211无人机载激光照射器；212发射筒电磁开关；213车载发射机。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明提供一种技术方案：一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统，包括处理计算机101、操控终端104、无人车201和无人机209，所述处理计算机101内预设有控制软件用于控制信息的处理，所述处理计算机101还连接有上显示器102和下显示器103，所述上显示器102用于视频信息显示，所述下显示器103用于地理信息显示。
所述处理计算机101信号连接有操控终端104，所述处理计算机101还连接有图传数传模块105和地面通信天线106，所述图传数传模块105和地面通信天线106用于地面端的通信信息交互。
所述无人车201上还设置有车载球形光电转塔203，所述车载球形光电转塔203用于对环境和目标的近距离搜索探测。
所述无人车201上设置有车载控制计算机202和车载发射机213，所述车载控制计算机202和车载发射机213信号连接，用于接收控制指令控制无人车201的行进；
所述无人车201上还设置有车载通信天线206，所述车载通信天线206与车载发射机213形成无人车201与地面端的信息交互；
所述无人车201上还设置有高压气瓶207和无人机发射筒208，所述无人机209设置在无人机发射筒208内，通过高压气瓶207给无人机发射筒208供气，再通过高压气体将无人机209从无人机发射筒208中弹出。
所述无人车201上还设置有车载激光接收机204，所述无人机209上安装有无人机载激光照射器211，所述无人机载激光照射器211用于在发现目标后发射激光束照射目标，所述车载激光接收机204用于接收无人机载激光照射器211发射的激光信号形成引导指令。
所述无人车201上还设置有车载任务控制器205，所述车载任务控制器205与车载发射机213、车载球形光电转塔203、车载激光接收机204以及无人机发射筒208连接，用于接收控制指令分别控制车载球形光电转塔203、车载激光接收机204以及无人机发射筒208的任务执行。
所述无人机发射筒208内还安装有发射筒电磁开关212，所述无人机209上安装有无人机载微型CCD相机210，所述无人机载微型CCD相机210用于从空中对地面的环境和目标进行搜索探测，所述发射筒电磁开关212用于在需要弹射无人机209时将无人机209从无人机发射筒208中弹出。
如图2所示，一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统的使用方法，包括以下步骤：
S1、系统首先通过空地一体综合地面站对空地协同巡逻与引导系统进行自检，自检后操控人员通过操控终端104控制无人车201行进到指定任务区域，利用车载球形光电转塔203进行近距搜索，同时将搜索的视频图像信息通过车载发射机213发送给图传数传模块105，经处理计算机101处理后显示在上显示器102上和下显示器103上；
S2、需要空中搜索时，处理计算机101发送无人机发射指令通过图传数传模块105发送给车载发射机213，车载任务控制器205接收到车载发射机213的指令后，控制发射筒电磁开关212打开，高压气瓶207的高压气体进入无人机发射筒208将无人机209弹出；
S3、无人机209弹出后电路接通，折叠翼展开进行巡航飞机，操控终端104可对无人机209的飞行进行遥控控制，同时无人机载微型CCD相机210拍摄到的环境图像通过图传设备将CDD图像发送给空地一体综合地面站的处理计算机101，处理计算机101处理后显示在上显示器102上，同时其位置和状态信息显示在下显示器103上，操控人员通过观察图像视频信息进行目标识别；
S4、需要进行目标跟踪定位或近距离侦察，处理计算机101发送目标跟踪定位指令通过图传数传模块105发送给无人机209，无人机209接收到指令后从空中实时对目标的跟踪定位，锁定目标后机载激光照射器211发射激光束照射目标，车载激光接收机204接收机载激光照射器211的激光照射信息后由车载任务控制器205机械能处理形成引导跟踪指令发送给车载控制计算机202；
S5、车载控制计算机202驱动无人车201机动行进到目标附近进行近距离的巡逻搜索，任务完毕后，操控人员通过操控终端104分别发送一键返回指令给无人车201和无人机209，无人车201和无人机209按照指令自主返回到指定区域由操控人员进行回收。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种无人车-无人机空地协同巡逻和引导系统，其特征在于：包括处理计算机(101)、操控终端(104)、无人车(201)和无人机(209)，所述处理计算机(101)信号连接有操控终端(104)，所述处理计算机(101)还连接有图传数传模块(105)和地面通信天线(106)，所述图传数传模块(105)和地面通信天线(106)用于地面端的通信信息交互；
所述无人车(201)上设置有车载控制计算机(202)和车载发射机(213)，所述车载控制计算机(202)和车载发射机(213)信号连接，用于接收控制指令控制无人车(201)的行进；
所述无人车(201)上还设置有车载通信天线(206)，所述车载通信天线(206)与车载发射机(213)形成无人车(201)与地面端的信息交互；
所述无人车(201)上还设置有高压气瓶(207)和无人机发射筒(208)，所述无人机(209)设置在无人机发射筒(208)内，通过高压气瓶(207)给无人机发射筒(208)供气，再通过高压气体将无人机(209)从无人机发射筒(208)中弹出；
所述处理计算机(101)内预设有控制软件用于控制信息的处理，所述处理计算机(101)还连接有上显示器(102)和下显示器(103)，所述上显示器(102)用于视频信息显示，所述下显示器(103)用于地理信息显示；
所述无人车(201)上还设置有车载球形光电转塔(203)，所述车载球形光电转塔(203)用于对环境和目标的近距离搜索探测；
所述无人车(201)上还设置有车载激光接收机(204)，所述无人机(209)上安装有无人机载激光照射器(211)，所述无人机载激光照射器(211)用于在发现目标后发射激光束照射目标，所述车载激光接收机(204)用于接收无人机载激光照射器(211)发射的激光信号形成引导指令；
所述无人车(201)上还设置有车载任务控制器(205)，所述车载任务控制器(205)与车载发射机(213)、车载球形光电转塔(203)、车载激光接收机(204)以及无人机发射筒(208)连接，用于接收控制指令分别控制车载球形光电转塔(203)、车载激光接收机(204)以及无人机发射筒(208)的任务执行；
所述无人机发射筒(208)内还安装有发射筒电磁开关(212)，所述无人机(209)上安装有无人机载微型CCD相机(210)，所述无人机载微型CCD相机(210)用于从空中对地面的环境和目标进行搜索探测，所述发射筒电磁开关(212)用于在需要弹射无人机(209)时将无人机(209)从无人机发射筒(208)中弹出；
系统的使用方法，包括以下步骤：S1、系统首先通过空地一体综合地面站对空地协同巡逻与引导系统进行自检，自检后操控人员通过操控终端(104)控制无人车(201)行进到指定任务区域，利用车载球形光电转塔(203)进行近距搜索，同时将搜索的视频图像信息通过车载发射机(213)发送给图传数传模块(105)，经处理计算机(101)处理后显示在上显示器(102)上和下显示器(103)上；
S2、需要空中搜索时，处理计算机(101)发送无人机发射指令通过图传数传模块(105)发送给车载发射机(213)，车载任务控制器(205)接收到车载发射机(213)的指令后，控制发射筒电磁开关(212)打开，高压气瓶(207)的高压气体进入无人机发射筒(208)将无人机(209)弹出；
S3、无人机(209)弹出后电路接通，折叠翼展开进行巡航飞机，操控终端(104)可对无人机(209)的飞行进行遥控控制，同时无人机载微型CCD相机(210)拍摄到的环境图像通过图传设备将CDD图像发送给空地一体综合地面站的处理计算机(101)，处理计算机(101)处理后显示在上显示器(102)上，同时其位置和状态信息显示在下显示器(103)上，操控人员通过观察图像视频信息进行目标识别；
S4、需要进行目标跟踪定位或近距离侦察时，处理计算机(101)发送目标跟踪定位指令通过图传数传模块(105)发送给无人机(209)，无人机(209)接收到指令后从空中实时对目标的跟踪定位，锁定目标后机载激光照射器(211)发射激光束照射目标，车载激光接收机(204)接收机载激光照射器(211)的激光照射信息后由车载任务控制器(205)机械能处理形成引导跟踪指令发送给车载控制计算机(202)；
S5、车载控制计算机(202)驱动无人车(201)机动行进到目标附近进行近距离的巡逻搜索，任务完毕后，操控人员通过操控终端(104)分别发送一键返回指令给无人车(201)和无人机(209)，无人车(201)和无人机(209)按照指令自主返回到指定区域由操控人员进行回收。
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