CN117295086A - 一种无人机地面站网络化测控系统 - Google Patents

一种无人机地面站网络化测控系统 Download PDF

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CN117295086A CN202311076443.4A CN202311076443A CN117295086A CN 117295086 A CN117295086 A CN 117295086A CN 202311076443 A CN202311076443 A CN 202311076443A CN 117295086 A CN117295086 A CN 117295086A
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何文志
宗茂
崔项飞
戴培森
周策
崔唯佳
李思男
刘厦
朱良彬
杨健
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Abstract

本发明提出了一种无人机地面站网络化测控系统，涉及到无人机地面站技术领域。本发明包括无人机测控链路资源节点、任务控制节点和组网管理节点；无人机测控链路资源节点和任务控制节点向组网管理节点发起入网注册申请，组网管理节点进行身份认证后批准其入网，入网后任务控制节点和无人机测控链路资源节点发送周期性心跳和工作状态，组网管理节点维护组网状态，并形成链路资源池。本发明依托地面通信网络或无线传输网络，通过分布式无人机测控链路资源节点、任务控制节点间跨区协同，扩展单个无人机地面站的作用范围，实现远距离测控，适用于无人机地面站网络化部署应用场景。

Description

一种无人机地面站网络化测控系统
技术领域
本发明涉及到无人机地面站技术领域，特别涉及一种无人机地面站网络化测控系统。
背景技术
无人机地面站作为无人机系统的核心，主要用于支撑操控人员对无人机远程监视控制，辅助操控人员完成任务规划、侦察信息实时处理及分发等工作。无人机地面站一般包括无人机测控链路资源节点、任务控制节点和情报处理节点。
现有无人机测控链路资源节点与任务控制节点是一对一绑定的通信模式，不支持网络化部署应用，无法支撑视距链路的接力测控。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种无人机地面站网络化测控系统。本发明依托地面通信网络或无线传输网络，通过分布式无人机测控链路资源节点、任务控制节点间跨区协同，扩展单个无人机地面站的作用范围，实现远距离测控。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种无人机地面站网络化测控系统，包括无人机测控链路资源节点、任务控制节点和组网管理节点，节点之间利用地面通信网络或无线传输网络实现测控通信；
无人机测控链路资源节点包括视距链路车和卫通链路车，无人机测控链路资源节点和任务控制节点向组网管理节点发起入网注册申请，组网管理节点进行身份认证后批准其入网，入网后任务控制节点和无人机测控链路资源节点发送周期性心跳和工作状态，组网管理节点汇聚任务控制节点和无人机测控链路资源节点心跳，维护组网状态，并汇聚无人机测控链路资源节点工作状态，形成链路资源池；
其中，无人机测控链路资源节点的工作方式如下：
(101)入网注册：无人机测控链路资源节点上电后向组网管理节点进行身份注册申请，得到组网管理节点的批准后完成入网注册；
(102)状态上报：无人机测控链路资源节点向组网管理节点及任务控制节点定时上报设备健康状态和资源使用状态；
(103)接受远程控制：无人机测控链路资源节点接收并执行组网管理节点及任务控制节点发送的远程控制指令，实现测控链路资源参数调整；
(104)目标捕获与跟踪：无人机测控链路资源节点捕获无人机的无线信号，与其建立无线通信链路，并使定向天线对无人机进行持续跟踪；
(105)无人机测控与数据入网：无人机测控链路资源节点接收任务控制节点发送的遥控数据并通过上行无线链路发送到无人机；无人机测控链路资源节点通过下行链路接收无人机遥测/业务数据，对数据进行解析处理后发布，任务控制节点按需对数据进行订阅；
任务控制节点的工作方式如下：
(201)测控链路资源态势获取：任务控制节点从无人机测控链路资源节点实时订阅链路资源态势，作为链路资源规划及申请的约束条件；
(202)测控链路资源规划及申请：任务控制节点依据下达的任务要求及目标保障信息，结合气象、地形、链路资源态势的约束条件，进行链路资源规划，规划内容包括无人机测控链路资源节点名称、占用频段、资源占用时段和频带宽度，并向无人机测控链路资源节点进行链路资源申请；
(203)链路监控管理：任务控制节点依据任务执行进程对已申请和开通使用权限的无人机测控链路资源节点进行受限条件下的监视和调整；
(204)资源临机规划与申请：出现新的任务需求或当前任务需求发生重大变化时，任务控制节点发起临机规划并重新向无人机测控链路资源节点申请测控链路资源保障；
组网管理节点的运行方式如下：
(301)站点入网管理：无人机测控链路资源节点和任务控制节点上电后自动向组网管理节点发送身份注册申请消息，组网管理节点接收到身份注册消息后向无人机测控链路资源节点和任务控制节点发送身份注册批准消息；无人机测控链路资源节点和任务控制节点接收到批准消息后周期上报包含资源可用状态信息的心跳消息，组网管理节点接收各站点心跳消息，监视无人机测控链路资源节点和任务控制节点在网状态；组网管理节点通过向各无人机测控链路资源节点和任务控制节点发送管理命令对网络参数进行调整，实现节点互联、资源分配、权限开通、冲突仲裁与消解，保障组网体系的正常运行；
(302)资源态势推送：组网管理节点向任务控制节点推送资源态势，资源态势用占用资源使用不同时刻的矢量序列方式描述，每个时刻包含中心区域、占用频带的信息；
(303)链路资源管理：组网管理节点依据各视距链路车和卫通链路车周期上报的资源状态生成链路资源池，通过监视资源占用及设备完好情况对资源池进行实时更新，从而形成统一的链路资源态势，进而对测控链路资源进行运维管理，及时从资源池中删除不可用的链路资源并回收任务执行完毕的链路资源；
(304)链路资源审核与批准：组网管理节点接收任务控制节点发送的链路资源申请消息，如果申请使用时段与其他已经申请链路资源的任务时段没有交叠，则直接批准链路资源申请消息，并为其开通申请时段的链路资源使用权限，否则结合其他资源占用时段进行资源冲突计算，如果不存在资源使用冲突则批准链路资源申请消息，否则向任务控制节点发送拒绝消息。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1、本发明针对背景技术中无人机地面站网络化部署应用，提出了一种较通用的应用方法，通用化程度高。
2、本发明提出了在现有无人机地面组成，增加组网管理节点，实现链路资源审核和批准。
3、本发明实现了视距链路通过组网方式实现远距离接力测控。
4、本发明将分布式部署的无人机测控链路资源节点通过地面通信网络或无线传输网络进行互联，由任务控制节点按需调配使用，实现卫通链路或视距链路通过组网方式对无人机进行远程航路控制和任务控制。
附图说明
图1是本发明实施例中网络化测控的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
一种无人机地面站网络化测控系统，包括以下内容：
如图1所示，无人机测控链路资源节点包括视距链路车和卫通链路车，无人机测控链路资源节点和任务控制节点向组网管理节点发起入网注册申请，组网管理节点进行身份认证后批准其入网，入网后任务控制节点和无人机测控链路资源节点发送周期性心跳和工作状态，组网管理节点汇聚任务控制节点和无人机测控链路资源节点心跳维护组网状态，汇聚无人机测控链路资源节点工作状态形成链路资源池。任务控制节点通过“规划-申请-审批”方式按需使用全网的测控链路资源。组网管理节点对网络内空、时、频测控链路资源进行统一分配管理。
如图1所示，无人机测控资源节点可以包括多个视距链路车和卫通链路车，可以包括多个任务控制节点，任务控制节点部署形态包括机动式和固定式。组网管理节点为1个。
进一步的，无人机测控链路资源节点的运行方式如下：
(1)入网注册，无人机测控链路资源节点上电后向组网管理节点进行身份注册申请，得到组网管理节点的批准后完成入网注册；
(2)状态上报，无人机测控链路资源节点向组网管理节点及任务控制节点定时上报设备健康状态和资源使用状态；
(3)接受远程控制，无人机测控链路资源节点接收并执行组网管理节点及任务控制节点发送的远程控制指令，实现测控链路资源参数调整；
(4)目标捕获与跟踪，捕获无人机的无线信号，与其建立无线通信链路，并使定向天线对无人机进行持续跟踪；
(5)无人机测控与数据入网，无人机测控链路资源节点接收任务控制节点发送的遥控数据并通过上行无线链路发送到无人机；无人机测控链路资源节点通过下行链路接收无人机遥测/业务数据，对数据进行解析处理后发布，任务控制节点能够按需对数据进行订阅。
任务控制节点的运行方式如下：
(1)测控链路资源态势获取，任务控制节点从无人机测控链路资源节点实时订阅链路资源态势，作为链路资源规划及申请的约束条件；
(2)测控链路资源规划及申请，任务控制节点依据下达的任务要求及目标保障信息，结合气象、地形、链路资源态势等约束条件，进行链路资源规划，规划内容包括无人机测控链路资源节点名称、占用频段、资源占用时段和频带宽度等，并向无人机测控链路资源节点进行链路资源申请；
(3)链路监控管理，任务控制节点依据任务执行进程对已申请和开通使用权限的无人机测控链路资源节点进行受限条件下的监视和调整；
(4)资源临机规划与申请，出现新的任务需求或当前任务需求发生重大变化时，任务控制节点发起临机规划并重新向无人机测控链路资源节点申请测控链路资源保障。
组网管理节点的运行方式如下：
(1)站点入网管理，无人机测控链路资源节点和任务控制节点上电后自动向组网管理节点发送身份注册申请消息，组网管理节点接收到身份注册消息后向无人机测控链路资源节点和任务控制节点发送身份注册批准消息。无人机测控链路资源节点和任务控制节点接收到批准消息后周期上报包含资源可用状态信息的心跳消息，组网管理节点接收各站点心跳消息，监视无人机测控链路资源节点和任务控制节点在网状态；组网管理节点通过向各无人机测控链路资源节点和任务控制节点发送管理命令对网络参数进行调整，实现节点互联、资源分配、权限开通、冲突仲裁与消解，保障组网体系的正常运行。
(2)资源态势推送，组网管理节点向任务控制节点推送资源态势，资源态势用占用资源使用T0、T1、T2、……TN时刻的矢量序列方式描述，每个时刻包含中心区域、占用频带等信息；
(3)链路资源管理，组网管理节点依据各视距链路车和卫通链路车周期上报的资源状态生成链路资源池，通过监视资源占用及设备完好情况对资源池进行实时更新，从而形成统一的链路资源态势，进而对测控链路资源进行运维管理，及时从资源池中删除不可用的链路资源和回收任务执行完毕的链路资源；
(4)链路资源审核与批准，组网管理节点接收任务控制节点发送的链路资源申请消息，如果申请使用时段与其他已经申请链路资源的任务时段没有交叠，则直接批准链路资源申请消息，并为其开通申请时段的链路资源使用权限，否则结合其他资源占用时段进行资源冲突计算，如果不存在资源使用冲突则批准链路资源申请消息，否则向任务控制节点发送拒绝消息。
总之，本发明将无人机地面站划分为无人机测控链路资源节点、任务控制节点和组网管理节点，且节点间利用地面通信网络或无线传输网络实现无人机网络化测控应用，适用于无人机地面站网络化部署应用场景。

Claims (1)

1.一种无人机地面站网络化测控系统，其特征在于，包括无人机测控链路资源节点、任务控制节点和组网管理节点，节点之间利用地面通信网络或无线传输网络实现测控通信；
无人机测控链路资源节点包括视距链路车和卫通链路车，无人机测控链路资源节点和任务控制节点向组网管理节点发起入网注册申请，组网管理节点进行身份认证后批准其入网，入网后任务控制节点和无人机测控链路资源节点发送周期性心跳和工作状态，组网管理节点汇聚任务控制节点和无人机测控链路资源节点心跳，维护组网状态，并汇聚无人机测控链路资源节点工作状态，形成链路资源池；
其中，无人机测控链路资源节点的工作方式如下：
(101)入网注册：无人机测控链路资源节点上电后向组网管理节点进行身份注册申请，得到组网管理节点的批准后完成入网注册；
(102)状态上报：无人机测控链路资源节点向组网管理节点及任务控制节点定时上报设备健康状态和资源使用状态；
(103)接受远程控制：无人机测控链路资源节点接收并执行组网管理节点及任务控制节点发送的远程控制指令，实现测控链路资源参数调整；
(104)目标捕获与跟踪：无人机测控链路资源节点捕获无人机的无线信号，与其建立无线通信链路，并使定向天线对无人机进行持续跟踪；
(105)无人机测控与数据入网：无人机测控链路资源节点接收任务控制节点发送的遥控数据并通过上行无线链路发送到无人机；无人机测控链路资源节点通过下行链路接收无人机遥测/业务数据，对数据进行解析处理后发布，任务控制节点按需对数据进行订阅；
任务控制节点的工作方式如下：
(201)测控链路资源态势获取：任务控制节点从无人机测控链路资源节点实时订阅链路资源态势，作为链路资源规划及申请的约束条件；
(202)测控链路资源规划及申请：任务控制节点依据下达的任务要求及目标保障信息，结合气象、地形、链路资源态势的约束条件，进行链路资源规划，规划内容包括无人机测控链路资源节点名称、占用频段、资源占用时段和频带宽度，并向无人机测控链路资源节点进行链路资源申请；
(203)链路监控管理：任务控制节点依据任务执行进程对已申请和开通使用权限的无人机测控链路资源节点进行受限条件下的监视和调整；
(204)资源临机规划与申请：出现新的任务需求或当前任务需求发生重大变化时，任务控制节点发起临机规划并重新向无人机测控链路资源节点申请测控链路资源保障；
组网管理节点的运行方式如下：
(301)站点入网管理：无人机测控链路资源节点和任务控制节点上电后自动向组网管理节点发送身份注册申请消息，组网管理节点接收到身份注册消息后向无人机测控链路资源节点和任务控制节点发送身份注册批准消息；无人机测控链路资源节点和任务控制节点接收到批准消息后周期上报包含资源可用状态信息的心跳消息，组网管理节点接收各站点心跳消息，监视无人机测控链路资源节点和任务控制节点在网状态；组网管理节点通过向各无人机测控链路资源节点和任务控制节点发送管理命令对网络参数进行调整，实现节点互联、资源分配、权限开通、冲突仲裁与消解，保障组网体系的正常运行；
(302)资源态势推送：组网管理节点向任务控制节点推送资源态势，资源态势用占用资源使用不同时刻的矢量序列方式描述，每个时刻包含中心区域、占用频带的信息；
(303)链路资源管理：组网管理节点依据各视距链路车和卫通链路车周期上报的资源状态生成链路资源池，通过监视资源占用及设备完好情况对资源池进行实时更新，从而形成统一的链路资源态势，进而对测控链路资源进行运维管理，及时从资源池中删除不可用的链路资源并回收任务执行完毕的链路资源；
(304)链路资源审核与批准：组网管理节点接收任务控制节点发送的链路资源申请消息，如果申请使用时段与其他已经申请链路资源的任务时段没有交叠，则直接批准链路资源申请消息，并为其开通申请时段的链路资源使用权限，否则结合其他资源占用时段进行资源冲突计算，如果不存在资源使用冲突则批准链路资源申请消息，否则向任务控制节点发送拒绝消息。
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