CN115615402A - 一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用卫星通讯控制机载航摄仪的方法，包括地面控制终端、无人机，所述地面控制终端通过卫通网络与所述无人机信号连接，所述地面控制终端用于进行接受、发送控制指令，并接收设备工作状态监控数据，本发明通过设置卫通网络，地面控制终端通过卫通网络与无人机信号连接，地面控制终端用于进行接受、发送控制指令，并接收设备工作状态监控数据，从而保证了地面控制终端以及无人机之间的稳定连接，大大增加了对无人机的控制范围，抗干扰能力强。

Description

一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法

技术领域

本发明涉及机载多任务传感器技术领域，具体领域为一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法。

背景技术

无人机机载任务传感器主要指搭载于无人机上用于执行任务所需的多类型传感器设备，包括数字航摄仪、激光扫描仪、高光谱相机、视频吊舱等。无人机航测作为传统航空摄影测量的补充手段从航空模型领域发展而来，广泛应用于测绘、国土领域，具备快速反应、区域受限小等特点，以搭载航摄仪为主要使用途径。近年来，随着装备技术的发展，无人机搭载任务传感器开始趋于多样化，获取成果也由单一的正射影像逐步发展到倾斜影像、激光点云等。

数字航摄仪是搭载在飞行器平台上对地面目标物进行摄影，获得数字化影像的仪器设备。数字航摄仪在传统胶片航摄仪的基础上发展产生，随着测绘技术、信息技术、计算机技术以及传感器技术的发展革新，又鉴于社会建设在地理信息方面的需求越来越大，人们在航摄仪的原理基础上整合各种新技术，制作出能够直接获取数字化影像的数字航摄仪。CCD传感器是数字航摄仪的核心元件，将镜头所成影像的光信号转化成电信号，再把这种电信号转化成计算机可以识别的“数字信号”记录下来，最后转换成影像。框幅式航摄仪曝光瞬间获得一幅完整的影像，是一个单中心投影。

激光雷达为主动光学传感器，激光雷达扫描仪利用激光束发射与返回的时间，结合GPS技术、IMU技术，计算目标地物三维信息，同时根据回波强度获取一部分地物信息，具有全天候、高精度等特点。激光雷达特性主要包括功率、扫描范围、发射距离以及扫描频率，相应的，所获取的激光雷达点具备强度、回波数、RGB值、扫描角度、扫描方向等属性。早期激光雷达多用于距离量测，随着技术的发展，激光雷达设备搭载平台也由单一的地面发展为机载、车载、船载等移动平台，伴随着GPS及IMU惯性导航技术的发展，人们逐步具备了获取移动激光雷达绝对坐标的能力。通过点云解算、后处理等将激光雷达扫描仪接收的回波数据转换为高精度三维激光点云数据。

高光谱成像仪利用光谱成像技术获取观测区域地物的高光谱图像，相较于传统的RGB，在光谱维度上，把一定光谱范围划分为多个波段，而不同物质由于分子结构的不同，导致其在不同波段上产生不同的光谱特性，这为地物精细分类提供基础数据，进而获得高精度专题信息。高光谱成像仪将两个连续光谱峰彼此分开的能力称之为光谱分辨率，与影像分辨率相类似，光谱分辨率成为了表征光谱成像仪的关键指标。

双光视频吊舱多搭载于各类无人机上，其集成了高清摄像头、红外摄像头及云台设备，可同时获取可见光、红外视频影像。随着计算机技术、视频编解码技术、CCD、CMOS技术的发展，目前已大量成熟应用于无人机领域。

通常情况下由航摄人员在地面将已经发展了将航摄任务内容上传对应任务传感器，传感器依据接收到的任务指令，执行对应航摄任务。目前无人机搭载数字航摄仪已广泛应用于多领域

现有技术中，在无人机执行航摄任务前由航摄人员在地面将航摄任务上传至对应传感器，作业过程中，传感器自动根据上传任务执行相应操作，地面仅对飞机安全性进行监控。随着装备技术的发展，为增加作业效率，降低作业成本，将搭载传感器由单一传感器转变为多任务传感器成为发展趋势。随之而来，传统作业模式并不能完全满足多任务传感器灵活作业的需求，通过地面控制终端对多任务传感器进行远程操控，根据飞行状态时时调整作业模式，优化作业效率成为解决方案。为此，提出一种利用卫星通信控制机载多任务传感器的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，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：一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，包括地面控制终端、机载控制终端、多任务传感器系统，所述地面控制终端通过卫通网络与所述机载控制终端连接，所述地面控制终端用于接收、发送控制指令，并可以根据监控回传数据，对多任务传感器工作状态进行监控。

优选的，所述地面控制终端通过卫通网络与所述机载控制终端信号连接，所述地面控制终端用于接收、发送控制指令，并可以根据监控回传数据，对多任务传感器系统工作状态进行监控；

所述多任务传感器系统搭载于无人机上，通过接受所述地面控制终端指令进行相应航摄任务执行；

优选的，所述机载控制终端与所述多任务传感器系统搭载于无人机上，所述地面控制终端通过卫通网络将指令发送至所述机载控制器；

所述机载控制器对指令进行解码、分析后，将任务载荷指令发送给所述多任务传感器系统；同时接收不同任务传感器回馈信息进行整合编码，通过卫通网络回传至所述地面控制终端；

优选的，所述的一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，其特征在于：所述多任务传感器系统包括激光雷达扫描仪、中画幅工业级数码航摄相机、高光谱成像仪以及双光视频吊舱；

优选的，所述地面控制终端需要接收所述机载控制器回传信息进行解码，分析，反馈，控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，利用地面控制终端通过卫通网络与机载控制终端进行信号连接，地面控制终端通过接收、发送相应控制指令，对机载任务载荷进行控制，并可以根据监控回传数据对多任务传感器工作状态进行监控及控制。从而保证了多任务传感器执行航摄任务的稳定性和有效性。技术人员通过地面控制终端根据任务执行情况对多任务传感器进行时时调整，大大提高了航摄任务执行的效率，增加了无人机航测任务执行的高效性、灵活性。

附图说明

图1为本发明的工作原理示意图

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。

本发明提供一种技术方案：一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，包括地面控制终端、机载控制终端、多任务传感器系统，所述地面控制终端通过卫通网络与所述机载控制终端信号连接，所述地面控制终端用于接收、发送控制指令，并可以根据监控回传数据，对多任务传感器系统工作状态进行监控，无人机卫星通信网络采用4M带宽，上行不低于500kpbs，下行不低于3.5Mbps，完全满足多任务监控及控制需求；

卫星通信网络通过卫星作为中继站转发微波信号，建立起地面站与无人机之间的通信通道，具有覆盖范围广，对通信距离不敏感，信道条件好，通信容量大，组网灵活，通信链路稳定可靠，传输质量高的等特点。其主要目的是实现对地面的可靠“无缝隙”覆盖。

具体而言，所述地面控制终端包括卫星信号接收器、调制解调设备、地面多任务控制及监控器，所述地面控制终端通过卫通网络将指令发送至所述机载控制器；

所述机载控制器对指令进行解码、分析后，将指令发送给所述多任务传感器系统；所述多任务传感器通过接受所述地面控制终端指令进行相应航摄任务执行。

同时，所述机载控制器将所述多任务传感器获取的数据进行整合编码，通过卫通网络传输至所述地面控制终端。

确保地面操作人员可实时监控设备工作状态及发送指令。

具体而言，所述任务载荷包括激光雷达扫描仪、中画幅工业级数码航摄相机、高光谱成像仪以及双光视频吊舱；

激光雷达扫描仪是大型机载多传感器航测系统主力传感器，采用主动遥感方式获取高密度点云数据，主要用于全天候地形数据采集，需具有精度高、测程远、发射频率高等特点；根据项目技术要求，选用RIEGL VQ-780II激光雷达扫描仪，适配于中长航时军转民无人机，测量范围可达6800米，最大作业高度高达海拔5600米，适合云南省高山峡谷多的地形地貌特点作业环境，满足采用中长航时军转民无人机获取大面积地质灾害多发区域的作业需求；

中画幅工业级数码航摄相机主要用于高效获取高分辨率、高精度、高质量的真彩色影像，利用数字摄影测量处理技术分级分批提供具有地理编码的测区影像和重点目标地理信息。将无人机飞行平台的大载重及长航时优势和传感器高获取效率的优势相结合，面向大范围、高精度的无人机作业需求，宜选择幅面大、可靠性高、成像质量高、可扩展性强、易操作、易集成的中画幅工业级数码航摄相机；为更好满足多方面应用需求，项目选择PhaseOne iXM中画幅工业级数码航摄相机，是一款使用背照式传感器的中画幅框幅航测相机，具备更高的感光度和更宽的动态范围。

高光谱成像仪能获取观测区域地物的高光谱数据，为地物精细分类提供基础数据，进而获得高精度专题信息。

高光谱图像集空、谱多维信息于一体，可实现复杂地表覆盖的精细分类、自动探测以及地表参量的定量化反演等。与宽波段遥感探测手段采集的图像相比，大部分地物的吸收特征峰半宽度为20～40nm，而高光谱成像系统连续波段光谱分辨率一般在10nm以内，对感兴趣目标的属性鉴别能力更强。因此，从待观测目标的精准解译和典型地物的诊断性识别角度来看，高光谱数据具有红外、可见光以及合成孔径雷达等数据无法比拟的优势。因此，高光谱遥感既是对地观测的重要手段，也是空间信息网络中不可或缺的组成部分，在航天遥感和对地观测等多项任务中发挥了积极作用；由于中长航时军转民无人机载荷空间的限制，选用Specim FX10与FX17组合形式集成于无人机载荷舱内。Specim FX10与FX17采用线阵推扫的成像方式，在具有高速成像的同时，同一时间获得目标区域的所有光谱信息数据，保证每一个空间像素的光谱纯洁度；

双光视频吊舱采用中长航时军转民无人机已装配的双光视频吊舱。吊舱通过内置的可见光视频传感器和热红外视频传感器，可全天侯实时获取视频遥感信息，实现远距离、大范围和长时间的信息获取或定点观测。获取到的视频信息可以通过中长航时军转民无人机的视距链路或超视距链路实时传回至地面指挥控制系统或超视距地面数据终端，“第一时间”提供远端现场信息，满足全天候远程监控需求。

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 (4)

1.一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，包括地面控制终端、机载控制终端、多任务传感器系统，其特征在于：所述地面控制终端通过卫通网络与所述机载控制终端信号连接，所述地面控制终端用于接收、发送控制指令，并可以根据监控回传数据，对多任务传感器系统工作状态进行监控，所述多任务传感器系统搭载于无人机上，通过接受所述地面控制终端指令进行相应航摄任务执行。

2.根据权利要求1所述的一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，其特征在于：所述机载控制终端与所述多任务传感器系统搭载于无人机上，所述地面控制终端通过卫通网络将指令发送至所述机载控制器；

所述机载控制器对指令进行解码、分析后，将任务载荷指令发送给所述多任务传感器系统；同时接收不同任务传感器回馈信息进行整合编码，通过卫通网络回传至所述地面控制终端。

3.根据权利要求1所述的一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，其特征在于：所述多任务传感器系统包括激光雷达扫描仪、中画幅工业级数码航摄相机、高光谱成像仪以及双光视频吊舱。

所述激光雷达扫描仪通过发射与接收激光束返回的时间，联合GPS+IMU组合导航从而获取地物精确的三维信息，通过数据解算及后处理，形成具备地理信息的点云数据。激光雷达测程满足无人机安全飞行高度要求

所述中画幅工业级数码航摄相机为框幅式相机，其像元大小、焦距满足无人机航空摄影要求。

4.根据权利要求1所述的一种利用卫星通信控制无人机多任务传感器系统的方法，其特征在于：所述地面控制终端需要接收所述机载控制器回传信息进行解码，分析，反馈，控制。

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