CN115297571A - 一种基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及无人机技术领域，公开了一种基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，包括无人机本体，无人机本体的底部安装有由舵机控制的挂钩抛线器，用于挂载并控制放置无线基站，无人机本体搭载JetsonXavierNX高性能计算识别作为上位机，无人机本体在传感器方面搭载双目深度摄像头和广角摄像头，无人机本体应用V‑SLAM技术，将摄像头与惯性测量单元(IMU)结合起来。本发明提供的快速通信部署系统，以类似的方法导航，利用环境中的视觉特征，即使在未知空间，也可精确追踪其路径，同时搭载深度摄像头获取详细的空间点云环境信息、感知地况，再配合安装于飞机周围的定向激光测距，使其在自主飞行过程中更加安全。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统。
背景技术
近年来，随着卫星定位系统的成熟、电子与无线电控制技术的改进、多旋翼无人机结构的出现，国内外无人机行业进入快速发展阶段。目前，无人机广泛应用于建筑、石油、农业以及公用事业领域。
现行是应急通讯车、人工修复等对标应急通讯的方案存在一定的缺陷。而在无人机应急通信领域也有一批正被应用的方案，如由中国航空工业集团设计生产的“翼龙”-2H应急救灾型无人机，能够在空中滞留一段时间以完成应急通信的任务。
但现有利用无人机系统解决应急通讯问题的方案都停留与无人机滞空辅助通讯。传统的无人机中继通信方案存在一定的缺陷，1.无人机滞留在高空，为满足达到地面的传输距离，导致无法进行毫米波通信，通信的带宽低；2. 需要借助定向天线，实时通信覆盖范围并不可观，无法实现大范围同时覆盖； 3.无人机在空中滞留的时间受限，应急通讯维持时间短；4.固定翼机型的无人机对起飞、降落的场地存在要求，无法随时起降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，包括无人机本体，所述无人机本体的底部安装有由舵机控制的挂钩抛线器，所述无人机本体搭载JetsonXavierNX高性能计算识别作为上位机，所述无人机本体在传感器方面搭载双目深度摄像头和广角摄像头。
优选的，所述无人机本体应用V-SLAM技术，将摄像头与惯性测量单元 (IMU)结合起来。
优选的，所述无人机本体上所搭载的上位机设置有热点局域网，所述上位机通过热点局域网信号连接有基站，所述基站采用A、B、C三型。
优选的，所述A型基站由华为的MH5000的5G模组，加RaspberryPi嵌入式来发板作为透传设备，5G模组作为WAN口，以太网口作为LAN口，实现通过以太网的5G转发，配合GPS模块、供电模块等构成。
优选的，所述B型基站由一般通信模组与GPS、供电模块等组成，所述C 型基站由esp32模块等小型wifi模组与电池构成。
优选的，所述无人机本体包括全碳纤维机身结构，安装有飞控、无刷电机、结合三维磁力计的GPS/INS导航系统，支持全自动导航自动驾驶飞行，搭载双目深度摄像头、广角摄像头、高性能边缘计算设备与必要无线通信设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.该基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，采用部署在地面的基站，解决了距离间隔远的问题，可以进行更高频段的通信，带宽高，基站采用全向天线，全角度覆盖，基站互联，实时通信效果好，多基站配合，可同时完成定位的功能。
2.该基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，多种通信基站可选，对不同的场景有更好的适应能力，成本可控性更高，部署在地面的基站使用自带电池供电，并且可以使用搭载的太阳能板补充电能，极大的延长了应急通讯维持的时间，解决了续航的问题。
3.该基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，采用多旋翼无人机，相比与固定翼结构的无人机，对作业场地的要求更小，多旋翼无人机工作精度高，配合不同型号的基站，可以使得作业范围更加精确，多旋翼无人机，安全可靠、性能稳定、使用方便，可以拥有几公斤乃至10几公斤的任务载荷，具有较强的抗风能力、优秀的姿态控制能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例快速通信部署系统的无人机与若干通信基站项目系统的组成结构示意图；
图2为本发明实施例快速通信部署系统的基站分布示意图；
图3为本发明实施例快速通信部署系统的无人机通信方案示意图；
图4为本发明实施例快速通信部署系统的抛线器实物图；
图5为本发明实施例快速通信部署系统的jetson NX高性能计算设备实物图；
图6为本发明实施例快速通信部署系统的Intel realsense传感器实物图；
图7为本发明实施例快速通信部署系统的嵌入式计算机与4G/5G通讯模块结构图；
图8为本发明实施例快速通信部署系统的微型基站结构示意图。
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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
请参阅图1-8，本发明提供的基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，包括无人机本体，无人机本体的底部安装有由舵机控制的挂钩抛线器，用于挂载并控制放置无线基站，无人机本体搭载Jetson XavierNX高性能计算识别作为上位机，无人机本体在传感器方面搭载双目深度摄像头和广角摄像头，无人机本体应用V-SLAM技术，将摄像头与惯性测量单元(IMU) 结合起来，以类似的方法导航，利用环境中的视觉特征，即使在未知空间，也可精确追踪其路径，同时搭载深度摄像头获取详细的空间点云环境信息、感知地况，再配合安装于飞机周围的定向激光测距，使其在自主飞行过程中更加安全。整体无人机的速度可达到80km/h，在搭载大容量电池后，续航可接近30min。无人机的航程在40km左右，移动作业范围覆盖1200km2，最大半径覆盖范围可达5000km2，可以覆盖一般城市的主要区域。
无人机本体上所搭载的上位机设置有热点局域网，上位机通过热点局域网信号连接有基站，基站采用A、B、C三型，A型基站由华为的MH5000的5G 模组，加RaspberryPi嵌入式来发板作为透传设备，5G模组作为WAN口，以太网口作为LAN口，实现通过以太网的5G转发，配合GPS模块、供电模块等构成，主要负责较大范围、较高带宽的通信连接；B型基站由一般通信模组与 GPS、供电模块等组成，由于A型主基站的覆盖面积有限且体积较大，通常我们会在A型基站周围覆盖大量的高密度B型副基站，副基站初次加电后即发出“握手”信息，向最近的主基站发出连接请求，主基站自动对请求设备进行身份识别和解析后，实现智能组网，每个副基站与主基站结合后可额外提供约20平方公里的网络覆盖面积；C型基站由esp32模块等小型wifi模组与电池构成，负责小范围、低带宽的通信。而部署组网的方式也有很多，如物联网技术中常见到的Zigbee,LoRa,NB-IOT等，其中，在基站密集、通信质量要求高的场景中，应用Zigbee技术，在2.4G频段可实现低延时、高传输速率的通信。在覆盖范围要求高的场景下，采用NB-IOT、LoRa等技术，在Sub-GHZ 频段或其他运营商频段可实现远距离的连接与通信。
无人机本体包括全碳纤维机身结构，安装有飞控、无刷电机、结合三维磁力计的GPS/INS导航系统，支持全自动导航自动驾驶飞行，搭载双目深度摄像头、广角摄像头、高性能边缘计算设备与必要无线通信设备。
无人机的基站分布如图2所示，左二和左五为中继节点，左三和左四为数据节点，左一和右一为目标节点，虚线圆圈表示其节点的射频有效覆盖范围，数据节点发出的数据包被其所有效范围内的中继节点接收，中继节点立即在数据接收信道上发起一次数据包转发，最终数包被中继节点有效范围内的目标节点接收，实现从数据节点到目标节点的中继传输。数据节点通过中继设备转发后，其有效工作范围在逻辑上被扩大，使数据可以发送得更远。
可以搭载自组网电台、集群微型基站、LTE微型基站等多种通信载荷，自主部署多组无线基站，基站互相连接，形成多种灵活的通信应用配置方式，以实现在较短时间内完成对一片无信号区域的通信覆盖，在灾区核心区域快速开通通信服务，在后方应急中心、现场指挥部与抢险队伍间形成超短波通信达80km2、宽带视频通信达20km2的大区域覆盖应急通信网络。对于基站的控制，基站在离开无人机之前，先连接无人机上所搭载的上位机所开启的热点局域网，上位机为基站传输序号、连接信息等，接收到信息后按照所得信息配置连接方案。在被部署后自动开启连接，并且在局域网中共享出自身数据。对于无人机的控制，可以由手机、笔记本电脑等移动设备接入上位机的局域网，并访问其内网网页对无人机进行的作业区域、时间等信息进行配置。
在使用时，确定作业区域后，由无人机挂载多个小型通信基站飞往作业区域，无人机读取大致地形、并规划通信基站部署点，完成规划后依次前往规划部署点放置通信基站，完成后无人机返回，基站之间建立网络通信连接，完成作业区域的无线网络覆盖。
在一些自然灾害、突发事件、军事活动中经常会遇到无法建立通信的问题，或者现有通信设施无法满足要求的情况下，会令人们正在进行的活动陷入极大的被动，而通信信号的覆盖将会为人们在抢险救灾、军事事件中带来很大的帮助。突发、应急情况为人们提供通信、定位的设备具有良好的应用价值。该项目能帮助解决在突发、应急情况下缺少通信、定位的问题；能在抗震救灾中助力救援工作，为人们提供通信帮助；能在军事活动中能取得争取主动，维系单位联系；能在危难时刻能快速保持通信信息畅通，最大程度减少人员损伤和财产损失。
本发明上述实施例提供的基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，以类似的方法导航，利用环境中的视觉特征，即使在未知空间，也可精确追踪其路径，同时搭载深度摄像头获取详细的空间点云环境信息、感知地况，再配合安装于飞机周围的定向激光测距，使其在自主飞行过程中更加安全。
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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (6)
1.一种基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，包括无人机本体，其特征在于：所述无人机本体的底部安装有由舵机控制的挂钩抛线器，所述无人机本体搭载Jetson XavierNX高性能计算识别作为上位机，所述无人机本体在传感器方面搭载双目深度摄像头和广角摄像头。
2.根据权利要求1所述的基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，其特征在于：所述无人机本体应用V-SLAM技术，将摄像头与惯性测量单元(IMU)结合起来。
3.根据权利要求1所述的基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，其特征在于：所述无人机本体上所搭载的上位机设置有热点局域网，所述上位机通过热点局域网信号连接有基站，所述基站采用A、B、C三型。
4.根据权利要求3所述的基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，其特征在于：所述A型基站由华为的MH5000的5G模组，加RaspberryPi嵌入式来发板作为透传设备，5G模组作为WAN口，以太网口作为LAN口，实现通过以太网的5G转发，配合GPS模块、供电模块等构成。
5.根据权利要求3所述的基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，其特征在于：所述B型基站由一般通信模组与GPS、供电模块等组成，所述C型基站由esp32模块等小型wifi模组与电池构成。
6.根据权利要求1所述的基于智能多旋翼运载无人机平台的快速通信部署系统，其特征在于：所述无人机本体包括全碳纤维机身结构，安装有飞控、无刷电机、结合三维磁力计的GPS/INS导航系统，支持全自动导航自动驾驶飞行，搭载双目深度摄像头、广角摄像头、高性能边缘计算设备与必要无线通信设备。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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