CN118232987A - 一种用于无人机的数据链装置和通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无人机的数据链装置和通信方法，属于通信技术领域，解决了现有的无人机设备功能单一无法满足多场景应用的问题。数据链装置包括：自组网通信模组、窄带集群通信模组、无线通信模块、基带模块和接口模块，其中所述基带模块与所述自组网通信模组电性互连，为无人机提供自组网通信链路；所述基带模块与所述窄带集群通信模组电性互连，为无人机提供窄带集群通信链路；所述基带模块通过所述接口模块与所述无线通信模块电性互连，所述无线通信模块为无人机提供无线通信链路。本发明支持无人机自组网和窄带集群通信和无线通信，可扩大通信覆盖场景。

Description

一种用于无人机的数据链装置和通信方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种用于无人机的数据链装置和通信方法。

背景技术

在无人机通信数据链系统实际应用中，数据链功能相对单一，有的只支持窄带集群通信，有的只支持自组网通信(又称“宽带集群通信”)，这两种数据链在消防、救援、以及农业植保等方面有较大市场前景，但市面上这种设备功能较为单一，且设备较大，集成度较低，小型化不足。而实际应用中往往需要多套系统协同工作，维护和操作明显不方便，且因功耗和体积等问题无法在小型无人机上集成。

目前市面上无人机设备存在以下不足：

1.设备功能单一，无法满足多场景应用；

2.设备性能单一，对于一些细分特殊场景领域无法满足要求；

3.无人机自组网通信、窄带集群通信以及无线通信是3套独立系统，实际应用中无法实现高度集成化、小型化；

4.目前集成多场景应用的数据链均为多厂家设备集成为主，受体积、功耗、接口以及设备互联、互通等原因造成无法在小型无人机上大量应用，而在大型无人机上安装又因成本限制无法大范围推广。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种用于无人机的数据链装置和通信方法，用以解决现有的无人机设备功能单一无法满足多场景应用的问题。

本发明实施例提供了一种用于无人机的数据链装置，包括自组网通信模组、窄带集群通信模组、无线通信模块、基带模块和接口模块其中，

所述基带模块与所述自组网通信模组电性互连，为无人机提供自组网通信链路；

所述基带模块与所述窄带集群通信模组电性互连，为无人机提供窄带集群通信链路；

所述基带模块通过所述接口模块与所述无线通信模块电性互连，所述无线通信模块为无人机提供无线通信链路。

自组网通信基于上述装置的进一步改进，所述自组网通信模组包括第一射频收发模块和与所述第一射频收发模块电性互连的多个第一射频前端模块，所述第一射频前端模块与天线电性互连以将射频信号辐射到空中或者从空中接收耦合到所述第一射频前端模块的射频信号，所述窄带集群通信模组包括第二射频收发模块和与所述第二射频收发模块电性互连的第二射频前端模块，所述第二射频前端模块与天线电性互连以将射频信号辐射到空中或者从空中接收耦合到所述第二射频前端模块的射频信号。

基于上述装置的进一步改进，所述第一射频前端模块或所述第二射频前端模块包括：

依次位于发射链路上的巴伦、末级放大器；以及

依次位于接收链路上的限幅器、两级互连低噪声放大器、低通滤波器、巴伦，

其中，所述发射链路和所述接收链路通过上行/下行开关切换。

基于上述装置的进一步改进，所述基带模块被配置为执行：

在窄带集群通信的工作模式下，检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比小于第一门限阈值或者所述参考信号接收功率小于第二门限阈值，上报IP地址和设备序列号；

间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比小于第一门限阈值或者所述参考信号接收功率小于第二门限阈值，切换到无线通信的工作模式下。

基于上述装置的进一步改进，所述基带模块被配置为执行：

在自组网通信的工作模式下，检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比小于第三门限阈值或者所述参考信号接收功率小于第四门限阈值，上报IP地址和设备序列号；

间隔预定时间间隔后，再次检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比小于第三门限阈值或者所述参考信号接收功率小于第四门限阈值，切换到无线通信的工作模式下。

基于上述装置的进一步改进，所述基带模块还被配置为执行：

无线通信的工作模式下，检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比大于等于第一门限阈值或者所述参考信号接收功率大于等于第二门限阈值，间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比大于等于第一门限阈值或者所述参考信号接收功率大于等于第二门限阈值，从无线通信的工作模式切换到窄带集群通信的工作模式。

基于上述装置的进一步改进，所述基带模块还被配置为执行：

无线通信的工作模式下，检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比大于等于第三门限阈值或者所述参考信号接收功率大于等于第四门限阈值，间隔预定时间间隔后，再次检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比大于等于第三门限阈值或者所述参考信号接收功率大于等于第四门限阈值，从无线通信的工作模式切换到自组网通信的工作模式。

基于上述装置的进一步改进，所述装置还包括：

北斗通信模块，所述北斗通信模块通过所述接口模块与所述基带模块电性互连，所述北斗通信模块为无人机提供时钟和定位。

本发明另一实施例提供了一种通信方法，包括：

在无人机处于窄带集群通信或者自组网通信的工作模式下，检测当前通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率未满足对应的阈值范围，间隔预定时间间隔后，再次检测当前通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率再次未满足对应的阈值范围，从当前的通信制式信号切换到无线通信信号。

基于上述方法的进一步改进，所述方法还包括：

在无人机处于无线通信的工作模式下，检测窄带集群通信信号或者自组网通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率满足对应的阈值范围，间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信信号或者自组网通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率再次满足对应的阈值范围，从无线通信信号切换到窄带集群通信信号或者自组网通信信号。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1.通过设置自组网通信模组、窄带集群通信模组、无线通信模块，数据链装置支持无人机多频段数据链通信，功能多样能够满足多场景应用。

2.支持无人机自组网和窄带集群通信和无线通信，可扩大通信覆盖场景。

3.利用无人机可实现空/地、空/空组网，解决特殊环境无法通信问题。

4.支持无人机小型化集成，携带方便，方便在特殊环境作业时实时了解前方环境状态，实时掌握环境信息。

5.通过配置基带模块的多种切换，当无人机自组网通信信号异常时，可通过无线通信基站转发功能满足飞机与地面端实时无线通信，或者在无人机集群通信信号异常时，可通过无线基站转发满足飞机与地面端的实时集群通信。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为根据本发明实施例的用于无人机的数据链装置的一个示例网络拓扑图。

图2示出了本发明实施例的用于无人机的数据链装置的内部结构示意图。

图3示出了本发明另一实施例的用于无人机的数据链装置的内部结构示意图。

图4示出了本发明另一个实施例的用于无人机的数据链装置的内部结构示意图。

图5示出了无线通信信号的建立与释放机制的流程示意图。

图6示出了窄带集群通信的建立与释放机制的流程示意图。

图7示出了本发明实施例的数据链装置中三种制式的通信信号进行切换的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

窄带集群通信指的数字集群通信，在实际应用中，通过数字集成终端设备实现语音对讲功能，该功能可实现地面与地面以及地面面与空中的语音透传以及语音转发功能，主要实现语音功能。

无人机自组网，又称自组网通信，主要实现地面与地面以及地面与空中数据链通信。无人机由地面控制站和空中无人机节点组成，节点设备功能相同，都具备终端节点和路由功能。空中无人机节点不能一跳连接到地面中心站时，可以通过多跳路由到中心站，实现全网所有节点的互联互通。当作战任务较为复杂、无人机集群规模比较大、网络拓扑多变、任务复杂、机间协调通信频繁、作业半径大、自主协同完成任务为主时，适合采用网状自组网。

无线通信主要指无线4G和5G通信，可以借助移动基站进行转发通信，即可支持宽带通信系统也可支持窄带通信系统。

图1为根据本发明实施例的用于无人机的数据链装置的一个示例网络拓扑图。如图1所示，A1、A2、A3、A4为本发明实施例中的用于无人机的数据链装置，它们是采用相同的模块设计，分别挂载在不同的设备上。A1和A2挂载在了无人机上，A3和A4挂载在了地面上的、用于控制无人机的设备上。B1为无线通信网络中的基站。在图1的网络拓扑图中，数据链装置A1、A2、A3或A4是一款同时支持三种制式的数据链装置，可以支持地面与空中无人机的自组网通信，还可以支持地面与地面以及地面与空中的窄带集群通信。当窄带集群通信发生环境干扰信号较弱时还可以切换到无线通信进行语音功能。当面对复杂环境时可通过无线通信进行远程视频通信，替代无人机自组网通信。

图2示出了本发明实施例的用于无人机的数据链装置的内部结构示意图。

如图2所示，该数据链装置包括自组网通信模组、窄带集群通信模组、无线通信模块、基带模块和接口模块。

基带模块与自组网通信模组电性互连，为无人机提供自组网通信链路。

基带模块与窄带集群通信模组电性互连，为无人机提供窄带集群通信链路。

基带模块通过接口模块与无线通信模块电性互连，无线通信模块为无人机提供无线通信链路。

该数据链装置由自组网通信、窄带集群通信和无线通信的三种通信机制的模块进行集成。该数据链装置把无人机自组网通信、集群通信以及无线通信的硬件集成在一款单板上，从硬件上可以满足三种制式的通信能力，三种制式通信相互独立可满足多种通信要求。

图3示出了本发明另一实施例的用于无人机的数据链装置的内部结构示意图。

如图3所示，该数据链装置包括基带模块、第一射频收发模块、两个第一射频前端模块、第二射频收发模块、第二射频前端模块、接口模块、无线通信模块及天线。

基带模块与第一射频收发模块电性互连，第一射频收发模块分别与两个第一射频前端模块电性互连，第一射频收发模块和两个第一射频前端模块为无人机提供自组网通信链路。

基带模块与第二射频收发模块电性互连，第二射频收发模块与第二射频前端模块电性互连，第二射频收发模块和第二射频前端模块为无人机提供窄带集群通信链路。

基带模块通过接口模块与无线通信模块电性互连，无线通信模块为无人机提供无线通信链路。

该数据链装置是由自组网通信、窄带集群通信和无线通信的三种通信机制的模块进行集成。当无人机作战任务较为复杂、无人机集群规模比较大、网络拓扑多变、机间协调通信频繁、作业半径大、自主协同完成任务为主时，适合采用网状自组网。为了满足自组网通信的需求，无人机自组网数据链采用多路发射和接收链路，示例性的，可设置为2路发射2路接收。集群通信数据链采用1路发射1路接收。

自组网通信发射链路如下：第一射频收发模块内部将数字信号调制成模拟信号，经过第一射频前端模块后经天线辐射到空中。

自组网通信接收链路如下：天线耦合到的射频信号经第一射频前端模块完成空口小信号的放大，再通过第一射频收发模块完成模拟信号到数字信号的信号处理。

在本实施例中，自组网通信的发射和接收链路各两路，发射或接收两路可以同时工作，以适应作战任务较为复杂、无人机集群规模比较大、网络拓扑多变、任务复杂或者无人机间协调通信频繁、作业半径大等场景的通信需求。

需要说明的是，尽管图3示出的无人机自组网数据链采用了2路发射2路接收，但本发明并未对此进行限制。实际上，本发明中的无人机自组网数据链既可以采用3路发射3路接收，也可以采用4路发射4路接收，只要能实现本发明目的即可。

窄带集群通信发射链路如下：第二射频收发模块内部由数字信号调制成模拟信号，经过第二射频前端模块后经天线辐射到空中。

窄带集群通信接收链路如下：天线耦合到的射频信号经第二射频前端模块完成空口小信号的放大，再通过第二射频收发模块完成模拟信号到数字信号的信号处理。

在本实施例中，窄带集群通信为一路发射一路接收链路。

在本实施例中，基带模块完成数字信号处理后可通过接口模块实现对外围电路的扩展功能。无线通信模块采用一体化模块集成，内部集成射频前端以及收发器和基带处理单元，完成对无线信号的接收和发送，并对处理后的信号与所处的基站进行传输，满足无线信号传输功能。

图4示出了本发明另一个实施例的用于无人机的数据链装置的内部结构示意图。

如图4所示，该数据链装置由三种通信机制的模块进行集成，其中自组网通信系统中的一体化模块U10和窄带集群通信系统中的一体化模块U11共用基带芯片(即图3中的“信号处理单元”)。一体化模块U10和一体化模块U11可以是射频收发芯片，外部只需一些前端射频芯片即可满足通信数据链的需求。无人机自组网数据链采用2路发射2路接收，集群通信数据链采用1路发射1路接收。无人机自组网数据链和集群通信数据链前端链路架构可以保持一致，同时支持在滤波器、低通滤波器和低噪声滤波器以及末级放大器的频段上有差异。

自组网通信的前端发射链路如下：一体化模块U11内部由数字信号调制成模拟信号，经过前端巴伦匹配再经过末级放大器放大，经上、下行开关切换后经滤波器滤波，滤波后经天线辐射到空中。

自组网通信的前端接收链路如下：天线耦合到的射频信号经滤波后经上、下行开关切换，进入限幅器，对低噪声放大器输入大信号的保护，再经过2级低噪声信号的放大完成空口小信号的放大，再通过一体化模块U11完成模拟信号到数字信号的信号处理。其中，通过一级低噪声放大器、∏网络、二级低噪声放大器完成2级低噪声信号的放大。

自组网通信发射和接收链路各两路，发射前端或接收前端两路同时工作。

窄带集群通信的前端发射链路如下：一体化模块U10内部由数字信号调制成模拟信号，经过前端巴伦匹配再经过末级功率放大器放大，经上、下行开关切换后经滤波器滤波，滤波后经天线辐射到空中。

窄带集群通信的前端接收链路如下：天线耦合到的射频信号经滤波后经上、下行开关切换，进入限幅器，对低噪声放大器输入大信号的保护，再经过2级低噪声信号的放大完成空口小信号的放大，再通过一体化模块U10完成模拟信号到数字信号的信号处理。

窄带集群通信为一路发射一路接收链路。

信号处理单元完成信号处理后可通过接口单元实现对外围电路的扩展功能。无线通信模块采用一体化模块集成，内部集成射频前端以及收发器和基带处理单元，完成对无线信号的接收和发送，并对处理后的信号与所处的基站进行传输，满足无线信号传输功能。

无线通信模块采用高集成度模块，该模块采用小型化、多频点集成，可支持多运营商配置，只需购买SIM卡即可满足无线上网功能。其供电由外部电源口提供、该模块接口与外部接口相连，其模块控制分别与信号控制单元连接。

北斗通信模块是信号处理单元通过接口单元实现对外围电路的一个扩展功能。北斗通信模块可以为设备提供高稳定的时钟，可实现多无人机设备的时钟同步，另外还可以设备提供精准定位功能。

电源模块为整个数据链装置提供电源，其输入端支持18-36V的输入，内部电源1、电源2、电源3、电源4、电源5可实现28V、5V、3.3V、1.8V、1V的电源转换。如图3所示，电源1为第一射频前端模块中的两个低噪声放大器和末级放大器供电，电源2为另一个第一射频前端模块中的两个低噪声放大器和末级放大器供电。电源3为第二射频前端模块中的两个低噪声放大器和末级放大器供电。电源4为无线通信模块、接口模块和北斗通信模块供电。电源5为一体化模块U11、一体化模块U10和信号处理单元供电。

该数据链装置可以采用18-36V的宽范围直流电压输入，为整板电源进行供电。电源模块整合了自组网通信、窄带集群通信、无线通信三种制式的电源需求，对电源进行优化，使数据链装置输出5种电源电压以满足整板的电源供电需求。5种电源电压分别为上文描述的电源1、电源2、电源3、电源4、电源5，其电压分别28V、5V、3.3V、1.8V、1V，节省了2个电源模块，同时优化的多种电源种类的数量，大大节省信号的面积。本发明实施例中的电源模块通过对各模块系统内部电源种类的优化，实现设备功耗、体积小型化和低功耗的数据链要求。

图5示出了无线通信信号的建立与释放机制的流程示意图。如图5所示，无线通信模块上电完成后需建立启动机制，当使能基带信号以及功率放大器(Power Amplifier，PA)使能信号后，完成无线通信信号的建立，当需要释放时，关闭基带信号以及PA使能信号完成无线通信信号的释放。

图6示出了窄带集群通信的建立与释放机制的流程示意图。在图6中，各信号参数的含义如下：

ACK(Acknowledgment)：向对方确认它已成功接收，当ACK＝1时，确认号字段才有效。

SYN(Synchronization)：用于发起和建立连接，连接建立后无用。

FIN(Finish)：当FIN＝1时，表明数据已经发送完毕，要求释放连接。

seq(Sequence Number)：占4字节的序号。首先，在传输过程的每一个字节都会有一个编号。在建立连接后，序号代表：这一次传给对方的TCP数据部分的第一个字节的编号。

ack(Acknowledgment Number)：占4字节的确认号。在建立连接后，确认号代表：期望对方下一次传过来的TCP数据部分的第一个字节的编号。

SYN＝1、ACK＝0、seq＝x：客户端请求向服务器建立连接，同时将客户端随机生成序列号x发送给服务器。

SYN＝1、ACK＝1、seq＝y、ack＝x+1：服务器请求向客户端建立连接，同时确认接受客户端的连接请求，服务器将随机生成序列号y发送给客户端，并期望客户端从第一个字节编号开始的数据发给它。

ACK＝1、seq＝x+1、ack＝y+1：客户端确认了接收到服务器的请求，从第一个字节编号开始的数据发送给服务器，并期望服务器从第一个字节编号开始的数据发给它指令及含义。

FIN＝1、seq＝u：客户端请求断开连接。

ACK＝1、seq＝v、ack＝u+1：此时服务器只是同意客户端的断开请求，服务器还是可以给客户端发送剩余数据。

在数据链装置上电完成后，当需要建立窄带集群通信时，可以分为三部分：

1.窄带集群通信信号建立前的同步信息；

2.窄带集群通信信号建立前的同步与ACK请求；

3.窄带集群通信信号建立请求完成，开启射频前端PA使能信号。

当需要释放窄带集群通信时，可以分为三部分：

1.发起完成连接信息申请关闭请求；

2.信号ACK请求完成，申请关闭射频前端PA使能信号；

3.等待2ms，完成信息连接释放。

自组网通信信号的建立与释放机制与窄带集群通信信号的建立与释放机制类似，这里不再赘述。

图7示出了本发明实施例的数据链装置中三种制式的通信信号进行切换的流程示意图。

如图7所示，数据链装置上电后进入正常工作模式，对于窄带集群通信与无线通信进行语音切换时，首先检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率。接着将检测到的信噪比和参考信号接收功率分别与第一门限阈值和第二门限阈值进行比较。当检测到信噪比小于第一门限阈值或者参考信号接收功率小于第二门限阈值，上报IP地址和设备序列号。之后，间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率。接着将检测到的信噪比和参考信号接收功率分别与第一门限阈值和第二门限阈值进行比较。当检测到信噪比小于第一门限阈值或者参考信号接收功率小于第二门限阈值，切换到无线通信的工作模式下。

第一门限阈值和第二门限阈值可以表征通信信号的质量好坏，当通信信号大于相应的阈值时，代表当前通信信号优；当通信信号小于相应的阈值时，代表当前通信信号差。第一门限阈值和第二门限阈值可以是自定义设置的参数，具体的值可以根据实际需要进行调整。

需要说明的是，当数据链装置从窄带集群通信的工作模式切换到无线通信的工作模式，即是执行窄带集群通信信号的释放和无线通信信号的建立。上文已经详细描述了窄带集群通信信号的释放机制和无线通信信号的建立机制，这里不再赘述。

继续回到图7，数据链装置上电后进入正常工作模式，对于自组网通信与无线通信进行视频切换时，首先检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率。接着将检测到的信噪比和参考信号接收功率分别与第三门限阈值和第四门限阈值进行比较。当检测到信噪比小于第三门限阈值或者参考信号接收功率小于第四门限阈值，上报IP地址和设备序列号。之后，间隔预定时间间隔后，再次检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率。接着将检测到的信噪比和参考信号接收功率分别与第一门限阈值和第二门限阈值进行比较。当检测到信噪比小于第三门限阈值或者参考信号接收功率小于第四门限阈值，切换到无线通信的工作模式下。

第三门限阈值和第四门限阈值可以表征通信信号的质量好坏，当通信信号大于相应的阈值时，代表当前通信信号优；当通信信号小于相应的阈值时，代表当前通信信号差。第一门限阈值和第二门限阈值可以是自定义设置的参数，具体的值可以根据实际需要进行调整。需要说明的是，当数据链装置从自组网通信的工作模式切换到无线通信的工作模式，即是执行自组网通信信号的释放和无线通信信号的建立。上文已经详细描述了自组网通信信号的释放机制和无线通信信号的建立机制，这里不再赘述。

继续回到图7，当数据链装置从窄带集群通信的工作模式切换到无线通信的工作模式后，继续检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率。当检测到信噪比大于等于第一门限阈值或者参考信号接收功率大于等于第二门限阈值，间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率。当检测到信噪比大于等于第一门限阈值或者参考信号接收功率大于等于第二门限阈值，从无线通信的工作模式切换到窄带集群通信的工作模式。

需要说明的是，当数据链装置从无线通信的工作模式切换到窄带集群通信的工作模式，即是执行窄带集群通信信号的建立和无线通信信号的释放。上文已经详细描述了窄带集群通信信号的建立机制和无线通信信号的释放机制，这里不再赘述。

当窄带集群通信检测正常后，则窄带集群通信建立正常通信机制，而无线通信模式则关闭语音功能。

继续回到图7，当数据链装置从自组网通信的工作模式切换到无线通信的工作模式后，继续检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率。当检测到信噪比大于等于第三门限阈值或者参考信号接收功率大于等于第四门限阈值，间隔预定时间间隔后，再次检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率。当检测到信噪比大于等于第三门限阈值或者参考信号接收功率大于等于第四门限阈值，从无线通信的工作模式切换到自组网通信的工作模式。

需要说明的是，当数据链装置从无线通信的工作模式切换到自组网通信的工作模式，即是执行自组网通信信号的建立和无线通信信号的释放。上文已经详细描述了自组网通信信号的建立机制和无线通信信号的释放机制，这里不再赘述。

当自组网通信检测正常后，则自组网通信建立正常通信机制，而无线通信模式则关闭视频功能。

在一些实施例中，第一门限阈值为5至9，第二门限阈值为-120分贝毫瓦(dBm)至-125dBm，第三门限阈值为3至7，第四门限阈值为-123dBm至-128dBm。

当数据链装置上电后进入正常工作模式，对于窄带集群通信与无线通信进行语音切换时，当检测到信噪比(SNR)小于5dB或参考信号接收功率(RSRP)小于-125dBm时上报IP地址以及序列号(SN)，确认是哪个设备出现异常。然后通过检测无线信号的SNR以及RSRP来确认是否切换到无线通信模块，检测中间间隔20s，若2次间隔均异常就切换到无线模式，同时集群通信进入释放状态，关机基带和PA使能。当2者门限都无法满足门限要求时，则不进行切换。

当集群通信检测正常后，则集群通信建立正常通信机制，而无线模式则关闭语音功能。

当数据链装置上电后进入正常工作模式，对于自组网通信与无线通信进行视频切换时，无人机自组网通信检测中间间隔20s，若2次间隔均异常则查询无线通信模块的SNR和RSRP值。当无线通信模块的SNR和RSRP值满足门限要求时则启动切换到无线通信视频模式，同时无人机自组网的以上设备根据上报的IP以及SN进行确认，进行无线通信的切换。当自组网通信以及无线通信模块均不满足要求时，则不启动切换模式。

该装置与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1.支持无人机多频段数据链通信；

2.支持无人机自组网和窄带集群通信和无线通信，可扩大通信覆盖场景；

3.利用无人机可实现空/地、空/空组网，解决特殊环境无法通信问题；

4.支持无人机小型化集成，携带方便，方便在特殊环境作业时实时了解前方环境状态，实时掌握环境信息；

5、通过配置基带模块的多种切换，当无人机自组网通信信号异常时，可通过无线通信基站转发功能满足飞机与地面端实时无线通信，或者在无人机集群通信信号异常时，可通过无线基站转发满足飞机与地面端的实时集群通信

本发明的另一实施例提供了一种基于上述任一数据链装置的通信方法，其包括：

在无人机处于窄带集群通信或者自组网通信的工作模式下，检测当前通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率未满足对应的阈值范围，间隔预定时间间隔后，再次检测当前通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率再次未满足对应的阈值范围，从当前的通信制式信号切换到无线通信信号。

在一些实施例中，上述通信方法还包括：

在无人机处于无线通信的工作模式下，检测窄带集群通信信号或者自组网通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率满足对应的阈值范围，间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信信号或者自组网通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率再次满足对应的阈值范围，从无线通信信号切换到窄带集群通信信号或者自组网通信信号。

可以理解的是，通信方法与数据链装置基于相同的发明构思，相通之处可互相借鉴，且可达到相似的技术效果，此处不再一一赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于无人机的数据链装置，其特征在于，包括自组网通信模组、窄带集群通信模组、无线通信模块、基带模块和接口模块；其中，

所述基带模块与所述自组网通信模组电性互连，为无人机提供自组网通信链路；

所述基带模块与所述窄带集群通信模组电性互连，为无人机提供窄带集群通信链路；

所述基带模块通过所述接口模块与所述无线通信模块电性互连，所述无线通信模块为无人机提供无线通信链路。

2.根据权利要求1所述的数据链装置，其特征在于，所述自组网通信模组包括第一射频收发模块和与所述第一射频收发模块电性互连的多个第一射频前端模块，所述第一射频前端模块与天线电性互连以将射频信号辐射到空中或者从空中接收耦合到所述第一射频前端模块的射频信号；

所述窄带集群通信模组包括第二射频收发模块和与所述第二射频收发模块电性互连的第二射频前端模块，所述第二射频前端模块与天线电性互连以将射频信号辐射到空中或者从空中接收耦合到所述第二射频前端模块的射频信号。

3.根据权利要求2所述的数据链装置，其特征在于，所述第一射频前端模块或所述第二射频前端模块包括：

依次位于发射链路上的巴伦、末级放大器；以及

依次位于接收链路上的限幅器、两级互连低噪声放大器、低通滤波器、巴伦，

其中，所述发射链路和所述接收链路通过上行/下行开关切换。

4.根据权利要求1所述的数据链装置，其特征在于，所述基带模块被配置为执行：

在窄带集群通信的工作模式下，检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比小于第一门限阈值或者所述参考信号接收功率小于第二门限阈值，上报IP地址和设备序列号；

间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比小于第一门限阈值或者所述参考信号接收功率小于第二门限阈值，切换到无线通信的工作模式下。

5.根据权利要求1所述的数据链装置，其特征在于，所述基带模块被配置为执行：

在自组网通信的工作模式下，检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比小于第三门限阈值或者所述参考信号接收功率小于第四门限阈值，上报IP地址和设备序列号；

间隔预定时间间隔后，再次检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比小于第三门限阈值或者所述参考信号接收功率小于第四门限阈值，切换到无线通信的工作模式下。

6.根据权利要求4所述的数据链装置，其特征在于，所述基带模块还被配置为执行：

无线通信的工作模式下，检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比大于等于第一门限阈值或者所述参考信号接收功率大于等于第二门限阈值，间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比大于等于第一门限阈值或者所述参考信号接收功率大于等于第二门限阈值，从无线通信的工作模式切换到窄带集群通信的工作模式。

7.根据权利要求5所述的数据链装置，其特征在于，所述基带模块还被配置为执行：

无线通信的工作模式下，检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比大于等于第三门限阈值或者所述参考信号接收功率大于等于第四门限阈值，间隔预定时间间隔后，再次检测自组网通信的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比大于等于第三门限阈值或者所述参考信号接收功率大于等于第四门限阈值，从无线通信的工作模式切换到自组网通信的工作模式。

8.根据权利要求2所述的数据链装置，其特征在于，还包括：

北斗通信模块，所述北斗通信模块通过所述接口模块与所述基带模块电性互连，所述北斗通信模块为无人机提供时钟和定位。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述数据链装置的通信方法，其特征在于，所述切换方法包括：

在无人机处于窄带集群通信或者自组网通信的工作模式下，检测当前通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率未满足对应的阈值范围，间隔预定时间间隔后，再次检测当前通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率再次未满足对应的阈值范围，从当前的通信制式信号切换到无线通信信号。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

在无人机处于无线通信的工作模式下，检测窄带集群通信信号或者自组网通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率满足对应的阈值范围，间隔预定时间间隔后，再次检测窄带集群通信信号或者自组网通信信号的信噪比和参考信号接收功率；

响应于检测到所述信噪比或者所述参考信号接收功率再次满足对应的阈值范围，从无线通信信号切换到窄带集群通信信号或者自组网通信信号。