CN117156472B - 基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法 - Google Patents

基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法，涉及无人机通信抗干扰技术领域，包括无线通信模块、无线通信干扰检测模块、通信模式切换模块和抗干扰通信模块；无线通信模块用于自组网状态下的两个无人机本体之间的无线电波通信；无线通信干扰检测模块检测无线通信模块的通信状态；通信模式切换模块根据无线通信干扰检测模块的检测结果分别控制采用无线通信模块和抗干扰通信模块实现通信；抗干扰通信模块基于图像交互通信方法实现重要数据传输。本发明通过利用激光束图案实现无人机之间的信息交互，克服了传统无线电通信方式受到无线电干扰的限制，使用激光成像作为信息传递的手段，提高了无人机的任务执行效率和可靠性。

Description

基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法
技术领域
本发明涉及无人机通信抗干扰技术领域，尤其是涉及基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法。
背景技术
无人机集群自组网通信是无人机空中组网及无线通信应用的一个重要方向，无线自组网可临时、动态、快速构建分布式无中心的自治性专用网络，具有自组织，自恢复、高抗毁等许多优点，可以支持无人机临时加入和退出，多跳自动路由中继，网络拓扑动态变化、速率自适应，带宽按需分配等，非常适合无人机集群协同通信组网，无线MESH自组网是无人机集群通信组网的主要应用，在空中大规模演习组网中将会运用越来越广泛。
在现有的无人机通信系统中，当无人机集群中某一架无人机受到通信干扰时，无法正常进行信息交互，特别是一些通过自组网进行通信的重要任务指令信息，如果出现无线电干扰，很有可能导致任务执行受阻。传统的通信方式依赖于无线电波传输，当通信链路遭受干扰或被屏蔽时，无人机之间的通信将受到严重影响。
发明内容
为了解决上述无人机之间通信受到干扰或屏蔽时的通信技术问题，本发明提供基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法。采用如下的技术方案：
基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，包括无线通信模块、无线通信干扰检测模块、通信模式切换模块和抗干扰通信模块；
所述无线通信模块用于自组网状态下的两个无人机本体之间的无线电波通信；
所述无线通信干扰检测模块检测无线通信模块的通信状态；
所述通信模式切换模块分别与无人机本体的飞控系统、无线通信模块、无线通信干扰检测模块和抗干扰通信模块通信连接，根据无线通信干扰检测模块的检测结果分别控制采用无线通信模块和抗干扰通信模块实现通信；
所述抗干扰通信模块基于图像交互通信方法实现无线电干扰下的两个无人机本体之间重要数据传输。
通过采用上述技术方案，自组网的无人机之间的通信主要是基于无线通信模块的无线电通信实现的，但现有技术条件下，不同的无线电干扰层出不穷，如果不设置备用的无线通信方式，那么任务的执行失败率就大幅增加，传统的备用通信思路要么是采用不同的频段的调整，要么是增加发射功率，或是在出现无线电干扰时进行静默飞行；
不同的频段的调整或是增加发射功率的方式不能抵抗现有的无线电干扰，静默飞行不能及时地处理重要的任务目标信息；
采用基于图像交互通信方法实现无线电干扰下的两个无人机本体之间重要数据传输，可以完全克服传统通信方式受到通信干扰的限制，提高了无人机的任务执行效率和可靠性。
可选的，所述无线通信干扰检测模块是无线信号强度检测芯片，无线通信干扰检测模块与无线通信模块通信连接，检测无人机本体上的无线通信模块与通信目标无人机本体的无线通信模块之间的无线信号强度，设置无线信号强度阈值，若检测的无线信号强度低于无线信号强度阈值，则将检测结果传输给通信模式切换模块。
通过采用上述技术方案，无线信号强度检测芯片可以高效地实时检测与通信目标之间的无线电信号强度，当出现无线电干扰时，无线信号强度必然出现衰减，设置无线信号强度阈值，例如-60dbm，当检测的与无线通信目标之间的无线信号强度低于-60dbm时，就无法实现无线通信，此时就需要启动抗干扰通信模块代替无线通信模块进行紧急通信。
可选的，通信模式切换模块是多路信号切换芯片，当无线通信干扰检测模块输出与通信目标之间的无线信号强度低于无线信号强度阈值的检测结果时，通信模式切换模块控制抗干扰通信模块替换无线通信模块实现与目标无人机本体的重要数据传输。
通过采用上述技术方案，多路信号切换芯片可以实现不同通信协议的切换。
可选的，抗干扰通信模块包括摄像装置、图像分析芯片、激光发射装置、激光图像相机和激光图像信息解析模块，所述摄像装置设置在无人机本体上，用于拍摄任务目标图像，所述图像分析芯片与摄像装置通信连接，通过图像处理算法对获取的目标图像进行分析，提取特定图像信息，并将特定图像信息传输给激光发射装置，所述激光发射装置用于向地面固定物体发射激光束，激光束在地面固定物体成像，所述激光图像相机用于拍摄地面固定物体成像画面，并传输给激光图像信息解析模块，激光图像信息解析模块设置激光成像类别数据库，通过图像分析算法解析获取地面固定物体成像画面后与激光成像类别数据库进行对比，对比成功则获得固定物体成像画面代表的重要数据，激光图像信息解析模块与飞控系统通信连接。
可选的，激光图像信息解析模块包括存储器和激光图像特征分析芯片，所述存储器内设置激光成像类别数据库，激光成像类别数据库图案、编码或颜色及对应的重要数据，所述激光图像特征分析芯片分别与存储器和激光图像相机通信连接。
可选的，摄像装置是无人机本体自带的摄像头。
可选的，激光发射装置包括激光图像生成芯片和激光图案发射器，所述激光图像生成芯片与图像分析芯片通信连接，用于将图像分析芯片分析的特定图像信息生成激光束图案，并通过激光图案发射器向地面固定物体发射。
通过采用上述技术方案，抗干扰通信模块的设计思路摈弃了传统的无线电通信的方式，采用激光束图像的来传输重要数据，在出现无线电干扰时，摄像装置启动拍摄任务目标的画面，并将拍摄的任务目标画面数据传输给图像分析芯片，图像分析芯片通过图像处理算法对获取的目标图像进行分析，提取特定图像信息，并传输给激光发射装置的激光图像生成芯片，激光图像生成芯片根据特定图像信息生成激光束图案，例如代表任务目标的特定简化图案，如卡通图案、几何图案等，具体的实施过程中，可以是机器猫的简化图案代表某某目标，长城的简化图案代表某某特殊地点；
或代表指令数据的约定简化图案，例如三角形代表返航，直线代表全速前进等；
激光图像生成芯片将生成的激光束图案发送给激光图案发射器，激光图案发射器向地面固定物体发射激光束图案，这个地面固定物体可以是楼顶、墙面等相对平整面。
通信目标无人机的激光图像相机捕获上述激光束图案，并经过解析后即可实现无线电干扰下的重要数据传输。
在实际的应用中，还可以将激光发射装置换成不可见光发射装置，同样的可以实现重要数据通信。
基于图像交互的无人机抗干扰通信方法，采用基于图像交互的无人机抗干扰通信装置实现无线电干扰状态下的重要信息通信，具体方法是：
步骤1，当编号为A的无人机本体和编号为B目标无人机本体之间的受到通信干扰时，两架无人机上配备的无线通信干扰检测模块均检测到无线信号强度低于无线信号强度阈值；
步骤2，无线通信干扰检测模块将检测结果传输给通信模式切换模块，通信模式切换模块控制抗干扰通信模块启动；
步骤3，编号为A的无人机本体的摄像装置拍摄的任务目标画面数据传输给图像分析芯片，图像分析芯片通过图像处理算法对获取的目标图像进行分析，提取特定图像信息，并传输给激光发射装置的激光图像生成芯片；
步骤4，激光图像生成芯片根据特定图像信息生成激光束图案，并传输给激光图案发射器，激光图案发射器向地面固定物体发射激光束图案；
步骤5，目标无人机本体的激光图像相机开启拍摄模式，拍摄获得激光束图案画面，并传输给激光图像特征分析芯片，激光图像特征分析芯片通过图像分析算法解析激光束图案画面的画面特征，并基于激光束图案画面的画面特征与激光成像类别数据库进行对比，获得激光束图案画面代表的重要数据。
可选的，步骤3中的特定图像信息是特定的图案、编码和颜色。
可选的，步骤5中的重要数据是任务内容信息。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
本发明能提供基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法，通过利用激光束图案实现无人机之间的信息交互，克服了传统无线电通信方式受到无线电干扰的限制，使用激光成像作为信息传递的手段，提高了无人机的任务执行效率和可靠性。
附图说明
图1是本发明基于图像交互的无人机抗干扰通信装置的电器件连接原理示意图；
图2是本发明基于图像交互的无人机抗干扰通信装置的抗干扰通信模块电器件连接原理示意图。
附图标记说明：1、无线通信模块；2、无线通信干扰检测模块；3、通信模式切换模块；4、抗干扰通信模块；41、摄像装置；42、图像分析芯片；43、激光发射装置；431、激光图像生成芯片；432、激光图案发射器；44、激光图像相机；45、存储器；46、激光图像特征分析芯片；100、无人机本体；101、飞控系统；102、目标无人机本体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例公开基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法。
参照图1和图2，基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，包括无线通信模块1、无线通信干扰检测模块2、通信模式切换模块3和抗干扰通信模块4；
无线通信模块1用于自组网状态下的两个无人机本体100之间的无线电波通信；
无线通信干扰检测模块2检测无线通信模块1的通信状态；
通信模式切换模块3分别与无人机本体100的飞控系统101、无线通信模块1、无线通信干扰检测模块2和抗干扰通信模块4通信连接，根据无线通信干扰检测模块2的检测结果分别控制采用无线通信模块1和抗干扰通信模块4实现通信；
抗干扰通信模块4基于图像交互通信方法实现无线电干扰下的两个无人机本体100之间重要数据传输。
自组网的无人机之间的通信主要是基于无线通信模块1的无线电通信实现的，但现有技术条件下，不同的无线电干扰层出不穷，如果不设置备用的无线通信方式，那么任务的执行失败率就大幅增加，传统的备用通信思路要么是采用不同的频段的调整，要么是增加发射功率，或是在出现无线电干扰时进行静默飞行；
不同的频段的调整或是增加发射功率的方式不能抵抗现有的无线电干扰，静默飞行不能及时的处理重要的任务目标信息；
采用基于图像交互通信方法实现无线电干扰下的两架无人机本体100之间重要数据传输，可以完全克服传统通信方式受到通信干扰的限制，提高了无人机的任务执行效率和可靠性。
无线通信干扰检测模块2是无线信号强度检测芯片，无线通信干扰检测模块2与无线通信模块1通信连接，检测无人机本体100上的无线通信模块1与通信目标无人机本体102的无线通信模块1之间的无线信号强度，设置无线信号强度阈值，若检测的无线信号强度低于无线信号强度阈值，则将检测结果传输给通信模式切换模块3。
无线信号强度检测芯片可以高效地实时检测与通信目标之间的无线电信号强度，当出现无线电干扰时，无线信号强度必然出现衰减，设置无线信号强度阈值，例如-60dbm，当检测的与无线通信目标之间的无线信号强度低于-60dbm时，就无法实现无线通信，此时就需要启动抗干扰通信模块4代替无线通信模块1进行紧急通信。
通信模式切换模块3是多路信号切换芯片，当无线通信干扰检测模块2输出与通信目标之间的无线信号强度低于无线信号强度阈值的检测结果时，通信模式切换模块3控制抗干扰通信模块4替换无线通信模块1实现与目标无人机本体102的重要数据传输。
多路信号切换芯片可以实现不同通信协议的切换。
抗干扰通信模块4包括摄像装置41、图像分析芯片42、激光发射装置43、激光图像相机44和激光图像信息解析模块，摄像装置41设置在无人机本体100上，用于拍摄任务目标图像，图像分析芯片42与摄像装置41通信连接，通过图像处理算法对获取的目标图像进行分析，提取特定图像信息，并将特定图像信息传输给激光发射装置43，激光发射装置43用于向地面固定物体发射激光束，激光束在地面固定物体成像，激光图像相机44用于拍摄地面固定物体成像画面，并传输给激光图像信息解析模块，激光图像信息解析模块设置激光成像类别数据库，通过图像分析算法解析获取地面固定物体成像画面后与激光成像类别数据库进行对比，对比成功则获得固定物体成像画面代表的重要数据，激光图像信息解析模块与飞控系统101通信连接，向飞控系统101传输重要数据。
激光图像信息解析模块包括存储器45和激光图像特征分析芯片46，存储器45内设置激光成像类别数据库，激光成像类别数据库图案、编码或颜色及对应的重要数据，激光图像特征分析芯片46分别与存储器45和激光图像相机44通信连接。
摄像装置41是无人机本体100自带的摄像头。
激光发射装置43包括激光图像生成芯片431和激光图案发射器432，激光图像生成芯片431与图像分析芯片42通信连接，用于将图像分析芯片42分析的特定图像信息生成激光束图案，并通过激光图案发射器432向地面固定物体发射。
抗干扰通信模块4的设计思路摈弃了传统的无线电通信的方式，采用激光束图像的来传输重要数据，在出现无线电干扰时，摄像装置41启动拍摄任务目标的画面，并将拍摄的任务目标画面数据传输给图像分析芯片42，图像分析芯片42通过图像处理算法对获取的目标图像进行分析，提取特定图像信息，并传输给激光发射装置43的激光图像生成芯片431，激光图像生成芯片431根据特定图像信息生成激光束图案，例如代表任务目标的特定简化图案，如卡通图案、几何图案等，具体的实施过程中，可以是机器猫的简化图案代表某某目标，长城的简化图案代表某某特殊地点；
或代表指令数据的约定简化图案，例如三角形代表返航，直线代表全速前进等；
激光图像生成芯片431将生成的激光束图案发送给激光图案发射器432，激光图案发射器432向地面固定物体发射激光束图案，这个地面固定物体可以是楼顶、墙面等相对平整面。
通信目标无人机的激光图像相机44捕获上述激光束图案，并经过解析后即可实现无线电干扰下的重要数据传输。
在实际的应用中，还可以将激光发射装置43换成不可见光发射装置，同样的可以实现重要数据通信。
基于图像交互的无人机抗干扰通信方法，采用基于图像交互的无人机抗干扰通信装置实现无线电干扰状态下的重要信息通信，具体方法是：
步骤1，当编号为A的无人机本体100和编号为B目标无人机本体102之间的受到通信干扰时，两架无人机上配备的无线通信干扰检测模块2均检测到无线信号强度低于无线信号强度阈值；
步骤2，无线通信干扰检测模块2将检测结果传输给通信模式切换模块3，通信模式切换模块3控制抗干扰通信模块4启动；
步骤3，编号为A的无人机本体100的摄像装置41拍摄的任务目标画面数据传输给图像分析芯片42，图像分析芯片42通过图像处理算法对获取的目标图像进行分析，提取特定图像信息，并传输给激光发射装置43的激光图像生成芯片431；
步骤4，激光图像生成芯片431根据特定图像信息生成激光束图案，并传输给激光图案发射器432，激光图案发射器432向地面固定物体发射激光束图案；
步骤5，目标无人机本体102的激光图像相机44开启拍摄模式，拍摄获得激光束图案画面，并传输给激光图像特征分析芯片46，激光图像特征分析芯片46通过图像分析算法解析激光束图案画面的画面特征，并基于激光束图案画面的画面特征与激光成像类别数据库进行对比，获得激光束图案画面代表的重要数据。
步骤3中的特定图像信息是特定的图案、编码和颜色。
步骤5中的重要数据是任务内容信息。
基于图像交互的无人机抗干扰通信装置及通信方法的具体实施例如下：
当编号为A137的无人机和编号为A145目标无人机之间的受到通信干扰时，两架无人机上配备的无线通信干扰检测模块2均检测到无线信号强度低于无线信号强度阈值，此时A137需要向A145传输重要数据，重要数据为立即返航；
无线通信干扰检测模块2将检测结果传输给通信模式切换模块3，通信模式切换模块3控制抗干扰通信模块4启动；
A137向激光图像生成芯片431传输需要生成立即返航对应的激光束图案的请求；
激光图像生成芯片431根据立即返航对应的三角形简化图案生成激光束图案，并传输给激光图案发射器432，激光图案发射器432向地面固定物体发射三角形激光束图案；
A145的激光图像相机44开启拍摄模式，拍摄获得三角形激光束图案画面，并传输给激光图像特征分析芯片46，激光图像特征分析芯片46通过图像分析算法解析激光束图案画面的画面特征，并基于激光束图案画面的画面特征与激光成像类别数据库进行对比，获得三角形激光束图案画面代表的重要数据为立即返航，A145的飞控系统101立即执行返航指令。
以上均为本发明的较佳实施例，并非以此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，其特征在于：包括无线通信模块(1)、无线通信干扰检测模块(2)、通信模式切换模块(3)和抗干扰通信模块(4)；
所述无线通信模块(1)用于自组网状态下的两个无人机本体(100)之间的无线电波通信；
所述无线通信干扰检测模块(2)检测无线通信模块(1)的通信状态；
所述通信模式切换模块(3)分别与无人机本体(100)的飞控系统(101)、无线通信模块(1)、无线通信干扰检测模块(2)和抗干扰通信模块(4)通信连接，根据无线通信干扰检测模块(2)的检测结果分别控制采用无线通信模块(1)和抗干扰通信模块(4)实现通信；
所述抗干扰通信模块(4)基于图像交互通信方法实现无线电干扰下的两个无人机本体(100)之间重要数据传输。
2.根据权利要求1所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，其特征在于：所述无线通信干扰检测模块(2)是无线信号强度检测芯片，无线通信干扰检测模块(2)与无线通信模块(1)通信连接，检测无人机本体(100)上的无线通信模块(1)与通信目标无人机本体(102)的无线通信模块(1)之间的无线信号强度，设置无线信号强度阈值，若检测的无线信号强度低于无线信号强度阈值，则将检测结果传输给通信模式切换模块(3)。
3.根据权利要求2所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，其特征在于：通信模式切换模块(3)是多路信号切换芯片，当无线通信干扰检测模块(2)输出与通信目标之间的无线信号强度低于无线信号强度阈值的检测结果时，通信模式切换模块(3)控制抗干扰通信模块(4)替换无线通信模块(1)实现与目标无人机本体(102)的重要数据传输。
4.根据权利要求3所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，其特征在于：抗干扰通信模块(4)包括摄像装置(41)、图像分析芯片(42)、激光发射装置(43)、激光图像相机(44)和激光图像信息解析模块，所述摄像装置(41)设置在无人机本体(100)上，用于拍摄任务目标图像，所述图像分析芯片(42)与摄像装置(41)通信连接，通过图像处理算法对获取的目标图像进行分析，提取特定图像信息，并将特定图像信息传输给激光发射装置(43)，所述激光发射装置(43)用于向地面固定物体发射激光束，激光束在地面固定物体成像，所述激光图像相机(44)用于拍摄地面固定物体成像画面，并传输给激光图像信息解析模块，激光图像信息解析模块设置激光成像类别数据库，通过图像分析算法解析获取地面固定物体成像画面后与激光成像类别数据库进行对比，对比成功则获得固定物体成像画面代表的重要数据，激光图像信息解析模块与飞控系统(101)通信连接。
5.根据权利要求3所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，其特征在于：激光图像信息解析模块包括存储器(45)和激光图像特征分析芯片(46)，所述存储器(45)内设置激光成像类别数据库，激光成像类别数据库图案、编码或颜色及对应的重要数据，所述激光图像特征分析芯片(46)分别与存储器(45)和激光图像相机(44)通信连接。
6.根据权利要求3所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，其特征在于：摄像装置(41)是无人机本体(100)自带的摄像头。
7.根据权利要求5所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信装置，其特征在于：激光发射装置(43)包括激光图像生成芯片(431)和激光图案发射器(432)，所述激光图像生成芯片(431)与图像分析芯片(42)通信连接，用于将图像分析芯片(42)分析的特定图像信息生成激光束图案，并通过激光图案发射器(432)向地面固定物体发射。
8.基于图像交互的无人机抗干扰通信方法，其特征在于：采用权利要求7所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信装置实现无线电干扰状态下的重要信息通信，具体方法是：
步骤1，当编号为A的无人机本体(100)和编号为B目标无人机本体(102)之间的受到通信干扰时，两架无人机上配备的无线通信干扰检测模块(2)均检测到无线信号强度低于无线信号强度阈值；
步骤2，无线通信干扰检测模块(2)将检测结果传输给通信模式切换模块(3)，通信模式切换模块(3)控制抗干扰通信模块(4)启动；
步骤3，编号为A的无人机本体(100)的摄像装置(41)拍摄的任务目标画面数据传输给图像分析芯片(42)，图像分析芯片(42)通过图像处理算法对获取的目标图像进行分析，提取特定图像信息，并传输给激光发射装置(43)的激光图像生成芯片(431)；
步骤4，激光图像生成芯片(431)根据特定图像信息生成激光束图案，并传输给激光图案发射器(432)，激光图案发射器(432)向地面固定物体发射激光束图案；
步骤5，目标无人机本体(102)的激光图像相机(44)开启拍摄模式，拍摄获得激光束图案画面，并传输给激光图像特征分析芯片(46)，激光图像特征分析芯片(46)通过图像分析算法解析激光束图案画面的画面特征，并基于激光束图案画面的画面特征与激光成像类别数据库进行对比，获得激光束图案画面代表的重要数据。
9.根据权利要求8所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信方法，其特征在于：步骤3中的特定图像信息是特定的图案、编码和颜色。
10.根据权利要求8所述的基于图像交互的无人机抗干扰通信方法，其特征在于：步骤5中的重要数据是任务内容信息。
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