CN116722908A - 基于卫星通信的无人机实时通信系统、方法和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于卫星通信的无人机实时通信系统、方法和电子设备，通过在检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，接入移动通信网络和预设卫星通信网络转发控制信号至机载飞行控制端，使得无人机在距离控制台较远，数据传输带宽下降，无法实时传输控制信号的情况下，通过接入移动通信网络，将控制信号转发至第一地面服务端，并通过预设卫星通信网络，将上述控制信号转发至无人机，实现了在远距离时仍能控制无人机飞行的效果，使得无人机的飞行范围扩大，提高了无人机的任务执行能力。

Description

基于卫星通信的无人机实时通信系统、方法和电子设备

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，尤其涉及一种基于卫星通信的无人机实时通信系统、方法和电子设备。

背景技术

无人机能够携带照相装置实现航测建模，尤其是无人机倾斜摄影技术通过多角度摄影技术，可以快速、准确地捕捉到大量的图像和数据，并生成高质量的三维模型，目前被广泛应用于测绘、灾难救援、影视拍摄等领域。

现有的无人机航测方法是控制无人机按照预定程序飞行，实时拍摄图像数据，一方面，由于这些用于三维建模的图像数据往往数据量较大，无法实现实时大量传输，一般是先保存在机载相机控制端的存储卡里，待无人机返航后从存储卡里取出来再进行三维建模。另一方面，飞行期间无人机只能通过机载电台与地面站通信，实现自身状态监控，由于电台的传输距离有限，随着距离的增加，信号会逐渐减弱，传输带宽会降低，丢包率会升高，因此，无人机执行航测任务时飞行距离有限，无法实现长时间的图像拍摄。

由以上可知，受通信范围的限制以及信号传输带宽的限制，现有的无人机航测任务执行效率还不够高。

发明内容

本发明提供一种基于卫星通信的无人机实时通信系统、方法和电子设备，用以解决现有技术中无人机的数据传输能力随着飞行距离的增加而越来越弱，无法远距离飞行，以及在当前使用电台通信的情况下无法远距离实时传输大量数据的缺陷，实现无论近距离还是远距离都能实时传输大量数据，提高无人机任务执行能力。

本发明提供一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，包括无人机、机载飞行控制端、飞控地面站和第一地面服务端；所述无人机上装载有所述机载飞行控制端；其中，

所述飞控地面站，用于在检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，通过移动通信网络将控制信号发送至所述第一地面服务端；

所述第一地面服务端，用于将所述控制信号通过预设卫星通信网络转发至所述机载飞行控制端。

根据本发明提供的一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，所述机载飞行控制端，用于在检测到无线信号丢包率大于或等于所述预设阈值时，通过所述预设卫星通信网络向所述第一地面服务端发送针对所述控制信号的响应信号；

所述第一地面服务端，用于将所述响应信号通过移动通信网络转发至所述飞控地面站。

根据本发明提供的一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，所述飞控地面站和所述机载飞行控制端上分别设置有无线电台；

所述机载飞行控制端，用于在所述无线信号丢包率小于所述预设阈值时，通过所述无线电台与所述飞控地面站之间进行信号交互。

根据本发明提供的一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，所述系统还包括机载相机控制端、第二地面服务端和现场系统平台；所述机载相机控制端位于所述无人机上；

所述机载相机控制端，用于获取图像，并将所述图像通过预设卫星通信网络传输至第二地面服务端；

所述第二地面服务端，用于将所述图像通过移动通信网络转发至所述现场系统平台。

根据本发明提供的一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，所述现场系统平台，用于针对所述图像进行建模，得到三维模型。

根据本发明提供的一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，所述现场系统平台还用于与所述飞控地面站之间进行信号交互。

根据本发明提供的一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，所述无人机为固定翼无人机。

根据本发明提供的一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，所述预设卫星通信网络为亚太6D卫星通信网络。

本发明还提供一种基于卫星通信的无人机实时通信方法，应用于机载飞行控制端，所述方法包括：

当检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，并通过预设卫星通信网络接收来自第一地面服务端的控制指令；所述控制指令是飞控地面站通过移动通信网络发送至所述第一地面服务端的；

响应于所述控制指令，通过所述预设卫星通信网络发送响应信号至所述第一地面服务端，以使所述第一地面服务端通过所述移动通信网络将所述响应信号转发至所述飞控地面站。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述基于卫星通信的无人机实时通信方法中的任一步骤。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述基于卫星通信的无人机实时通信方法。

本发明提供的基于卫星通信的无人机实时通信系统、方法和电子设备，通过在检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，接入移动通信网络和预设卫星通信网络转发控制信号至机载飞行控制端，使得无人机在距离控制台较远，数据传输带宽下降，无法实时传输控制信号的情况下，通过接入移动通信网络，将控制信号转发至第一地面服务端，并通过预设卫星通信网络，将上述控制信号转发至无人机，实现了在远距离时仍能控制无人机飞行的效果，使得无人机的飞行范围扩大，提高了无人机的任务执行能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于卫星通信的无人机实时通信系统的应用环境示意图；

图2是本发明提供的基于卫星通信的无人机实时通信系统的系统结构示意图；

图3是本发明提供的另一基于卫星通信的无人机实时通信系统的系统结构示意图；

图4是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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作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。

需要说明的是，在本发明实施例的描述中，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。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

本申请中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合图1-图4描述本发明的具体实施方式。

本申请实施例提供的基于卫星通信的无人机实时通信系统，应用环境如图1所示。其中，包括：无人机101、飞控地面站102和地面服务端103，其中，飞控地面站102是无人机执行任务时的现场控制装置，其可以是例如手机、计算机等终端设备，由无人机飞手操作，对无人机的飞行进行控制；地面服务端103可以与飞控地面站102相距较远，例如可以是位于某公司内。

在一个实施例中，如图2所示，提供了一种基于卫星通信的无人机实时通信系统的系统结构示意图，包括无人机201、机载飞行控制端202、飞控地面站203和第一地面服务端204；无人机201上装载有机载飞行控制端202；其中，

飞控地面站203，用于在检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，通过移动通信网络将控制信号发送至第一地面服务端204；

其中，机载飞行控制端202，简称机载飞控端202，是无人机飞行必备的机载端装置，其上装载有飞控中转程序机载客户端(软件程序)，通过预设卫星通信网络接入公网(即互联网)，作为客户端连接飞控中转程序地面服务端(位于第一地面服务端204上)，机载飞行控制端202能够接收飞控地面站203(无人机执行任务时的现场控制装置)发送的指令，实现对无人机的控制；同时，能够收集无人机的各种参数回传到飞控地面站203，供飞手进行查看。在距离较近时，机载飞行控制端202和飞控地面站203之间采用无线电台进行通信；在距离较远时，机载飞行控制端202和飞控地面站203之间通过移动通信网络和卫星通信网络传输信号。

第一地面服务端204，与飞控地面站203可以相距较远，例如可以位于某公司内。第一地面服务端204上装载有飞控中转程序，用于转发飞控地面站发送的控制信号，或转发机载飞行控制端反馈的飞行状态参数。

无线信号丢包率是指数据包丢失部分与所传数据包总数的比值。

具体地，现有的飞控地面站203与无人机201之间一般是通过无线电台进行信号交互的，即飞控地面站203与无人机201上分别装有无线电台，在无人机飞行过程中，通过发射或接收无线电信号实现无人机飞行控制。但由于电台的传输距离有限，一般只有几公里到几十公里，而且随着飞行距离的增加，无线电信号会逐渐减弱，带宽会逐渐降低，无线信号丢包率会升高。飞控地面站203在检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，接入移动通信网络(例如可以是4G网络或5G网络)，将控制信号通过移动通信网络转发至第一地面服务端204。

所述第一地面服务端，用于将所述控制信号通过预设卫星通信网络转发至所述机载飞行控制端。

其中，预设卫星通信网络可以是亚太6D(APSTAR-6D)卫星通信网络或其他卫星通信网络。亚太6D通信卫星是一颗地球静止轨道高通量宽带通信卫星，是目前中国国内目前通信容量最大、波束最多、输出功率最大、设计程度最复杂的民商用通信卫星，主要面向亚太区域用户提供优质、高效、经济的全地域、全天候的卫星宽带通信服务，用以满足其海事通信、航空机载通信、陆地车载通信以及固定卫星宽带互联网接入等多种应用需求，将在商业通信、应急通信和公共通信方面发挥重要作用。

具体地，上述第一地面服务端204和机载飞行控制端202上分别装有卫星通信天线，能够接入亚太6D卫星通信网络，从而接入互联网。第一地面服务端204，其上装载有飞控中转程序地面服务端(一种地面端软件，用于连接机载飞行控制端202和飞控地面站203)，作为一个服务端程序接入网络(即互联网)，可以通过IP+端口(或者域名+端口)的方式连接上互联网；该第一地面服务端204将上述控制信号通过预设卫星通信网络(例如上述亚太6D卫星通信网络)转发至机载飞行控制端202，以控制无人机201的状态。

需要注意的是，无线信号丢包率的检测是抽样检测，例如每隔预设时间检测一次，当无人机距离较近时，即飞控地面站203检测到无线信号丢包率小于预设阈值时，即无人机距离飞控地面站203较近时，自动切换到无线电台传输模式。

上述实施例，通过在检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，接入移动通信网络和预设卫星通信网络转发控制信号至机载飞行控制端，使得现有的仅通过无线电台进行信号交互的无人机能够在距离控制台较远，数据传输带宽下降，无法实时传输控制信号的情况下，通过接入移动通信网络，将控制信号转发至第一地面服务端，并通过预设卫星通信网络，将上述控制信号转发至无人机，实现了在远距离时仍能控制无人机飞行的效果，使得无人机的飞行范围扩大，提高了无人机的任务执行能力。

进一步地，本申请能够在电台通信质量较好(即无线信号丢包率小于预设阈值)的时候，采用电台通信，在电台通信质量较差的时候，自动切换到卫星通信+移动通信的模式进行通信，保证了任务的可靠执行。

在一实施例中，上述机载飞行控制端202，用于在检测到无线信号丢包率大于或等于所述预设阈值时，通过所述预设卫星通信网络向所述第一地面服务端204发送针对所述控制信号的响应信号；

所述第一地面服务端204，用于将所述响应信号通过移动通信网络转发至所述飞控地面站203。

具体地，无人机201在接收到地面发送的控制信号之后，会反馈相应的响应信号，该响应信号例如可以是无人机201当前的飞行状态参数，一般情况下，当无人机201距离飞控地面站203较近时，无人机201可通过无线电台将上述响应信号先传输至机载飞行控制端202，再由机载飞行控制端202传输至飞控地面站203，而在本申请中，当机载飞行控制端202检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，接入预设卫星通信网络(例如上述亚太6D卫星通信网络)，通过预设卫星通信网络向第一地面服务端204发送针对上述控制信号的响应信号；第一地面服务端204，用于将上述响应信号通过移动通信网络(例如4G网络或5G网络)转发至飞控地面站203，以供飞手查看。

进一步地，上述飞控地面站203和所述机载飞行控制端202上分别设置有无线电台，所述机载飞行控制端202，用于在检测到所述无线信号丢包率小于所述预设阈值时，自动切换到无线电台传输信号的方式，通过无线电台与所述飞控地面站203之间进行信号交互。

上述实施例，通过在无人机飞行距离较远时，机载飞行控制端自动切换链路，由无线电台传输的方式切换到卫星通信+移动通信的方式进行数据交互，由于卫星通信没有距离限制，不论飞多远，都能保证通信的质量，提高了无人机的飞行范围。通过电台通信+卫星通信结合的方式，大大提高了无人机的飞行范围，使得无人机能够轻易飞行到几百公里。

在一实施例中，如图3所示，图3提供的另一基于卫星通信的无人机实时通信系统的结构示意图，该系统还包括机载相机控制端205、第二地面服务端206和现场系统平台207；所述机载相机控制端205位于所述无人机201上；

所述机载相机控制端205，用于获取图像，并将所述图像通过预设卫星通信网络传输至第二地面服务端206；所述第二地面服务端206，用于将所述图像通过移动通信网络转发至所述现场系统平台207。

其中，第二地面服务端206，与飞控地面站203可以相距较远，例如可以位于某公司内。第二地面服务端206上装载有视频、图片中转程序，用于转发机载相机控制端205发送的实时图像至现场系统平台207。

现场系统平台207，也称现场业务系统平台，为软硬件一体。其主要功能是对整个基于卫星通信的无人机实时通信系统进行总体控制、实时接收图像进行侦查以及实时接收图片进行实时建模并展示等等。

具体地，机载相机控制端205上装载有视频、图片中转程序，无人机201上安装有卫星通信天线；该机载相机控制端205通过上述卫星通信天线接入预设卫星通信网络(例如上述亚太6D卫星通信网络)；机载相机控制端205获取图像，将该图像通过预设卫星通信网络(例如上述亚太6D卫星通信网络)传输至第二地面服务端206；第二地面服务端206再通过移动通信网络(例如4G网络或5G网络)将上述图像转发至现场系统平台207，以供该现场系统平台207进行视频侦察或图片实时建模等。

进一步地，所述现场系统平台207，用于针对所述图像进行建模，得到三维模型。

上述实施例，通过机载相机控制端保持接入预设卫星通信网络，由于卫星通信网络覆盖范围广、数据传输质量高，能够保证大数据的可靠传输，能够使得机载相机控制端在执行任务时不受无人机飞行距离的限制，也不受无线电台数据传输质量的限制，提高了数据传输量和传输准确性，进一步提高了无人机的任务执行能力，尤其是在无人机倾斜摄影任务中。

在一实施例中，如图3所示，上述现场系统平台207还用于与所述飞控地面站203之间进行信号交互。

具体地，现场系统平台207与所述飞控地面站203之间能够进行信号交互，可以是有线连接方式，也可以是无线连接方式，现场系统平台207能够接收飞控地面站203的指示信息，根据指示信息进行相应的建模任务，还可以返回模型运行结果至上述飞控地面站203，以供飞手查看。

上述实施例，通过将现场系统平台207与所述飞控地面站203进行连接，能够为建模任务的控制和结果反馈提供有效的数据通路。

在一实施例中，上述无人机为固定翼无人机。固定翼无人机的优点是载重大、速度快、航时长、航程远，能够提高飞行任务的飞行范围，通过固定翼无人机搭载卫通天线的方式，提高飞行距离，保证信号传输质量，进一步提高了无人机任务执行能力。

在一实施例中，提供了一种基于卫星通信的无人机实时通信方法，应用于机载飞行控制端202，该方法包括：

当检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，并通过预设卫星通信网络接收来自第一地面服务端204的控制指令；所述控制指令是飞控地面站203通过移动通信网络发送至所述第一地面服务端204的；

响应于所述控制指令，通过所述预设卫星通信网络发送响应信号至所述第一地面服务端204，以使所述第一地面服务端204通过所述移动通信网络将所述响应信号转发至所述飞控地面站203。

上述实施例，通过机载飞行控制端实时检测无线信号丢包率，在无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，通过预设卫星通信网络+移动通信网络结合的方式传输控制信号和响应信号，而在无线信号丢包率小于预设阈值时，使用无线电台进行信号交互，扩大了无人机的飞行范围。

图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图4所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)410、通信接口(Communications Interface)420、存储器(memory)430和通信总线440，其中，处理器410，通信接口420，存储器430通过通信总线440完成相互间的通信。处理器410可以调用存储器430中的逻辑指令，以执行基于卫星通信的无人机实时通信方法，该方法包括：当检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，并通过预设卫星通信网络接收来自第一地面服务端的控制指令；所述控制指令是飞控地面站通过移动通信网络发送至所述第一地面服务端的；响应于所述控制指令，通过所述预设卫星通信网络发送响应信号至所述第一地面服务端，以使所述第一地面服务端通过所述移动通信网络将所述响应信号转发至所述飞控地面站。

此外，上述的存储器430中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的基于卫星通信的无人机实时通信方法，该方法包括：当检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，并通过预设卫星通信网络接收来自第一地面服务端的控制指令；所述控制指令是飞控地面站通过移动通信网络发送至所述第一地面服务端的；响应于所述控制指令，通过所述预设卫星通信网络发送响应信号至所述第一地面服务端，以使所述第一地面服务端通过所述移动通信网络将所述响应信号转发至所述飞控地面站。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于卫星通信的无人机实时通信系统，其特征在于，包括无人机、机载飞行控制端、飞控地面站和第一地面服务端；所述无人机上装载有所述机载飞行控制端；其中，

所述飞控地面站，用于在检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，通过移动通信网络将控制信号发送至所述第一地面服务端；

所述第一地面服务端，用于将所述控制信号通过预设卫星通信网络转发至所述机载飞行控制端。

2.根据权利要求1所述的基于卫星通信的无人机实时通信系统，其特征在于，

所述机载飞行控制端，用于在检测到无线信号丢包率大于或等于所述预设阈值时，通过所述预设卫星通信网络向所述第一地面服务端发送针对所述控制信号的响应信号；

所述第一地面服务端，用于将所述响应信号通过移动通信网络转发至所述飞控地面站。

3.根据权利要求2所述的基于卫星通信的无人机实时通信系统，其特征在于，所述飞控地面站和所述机载飞行控制端上分别设置有无线电台；

所述机载飞行控制端，用于在所述无线信号丢包率小于所述预设阈值时，通过所述无线电台与所述飞控地面站之间进行信号交互。

4.根据权利要求2所述的基于卫星通信的无人机实时通信系统，其特征在于，所述系统还包括机载相机控制端、第二地面服务端和现场系统平台；所述机载相机控制端位于所述无人机上；

所述机载相机控制端，用于获取图像，并将所述图像通过所述预设卫星通信网络传输至第二地面服务端；

所述第二地面服务端，用于将所述图像通过移动通信网络转发至所述现场系统平台。

5.根据权利要求4所述的基于卫星通信的无人机实时通信系统，其特征在于，所述现场系统平台，用于针对所述图像进行建模，得到三维模型。

6.根据权利要求5所述的基于卫星通信的无人机实时通信系统，其特征在于，所述现场系统平台还用于与所述飞控地面站之间进行信号交互。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于卫星通信的无人机实时通信系统，其特征在于，所述无人机为固定翼无人机。

8.根据权利要求1至6任一项所述的基于卫星通信的无人机实时通信系统，其特征在于，所述预设卫星通信网络为亚太6D卫星通信网络。

9.一种基于卫星通信的无人机实时通信方法，其特征在于，应用于机载飞行控制端，所述方法包括：

当检测到无线信号丢包率大于或等于预设阈值时，并通过预设卫星通信网络接收来自第一地面服务端的控制指令；所述控制指令是飞控地面站通过移动通信网络发送至所述第一地面服务端的；

响应于所述控制指令，通过所述预设卫星通信网络发送响应信号至所述第一地面服务端，以使所述第一地面服务端通过所述移动通信网络将所述响应信号转发至所述飞控地面站。

10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求9所述基于卫星通信的无人机实时通信方法。