CN204833674U - 一种无人机控制及多媒体数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种无人机的控制及多媒体数据传输系统，其获取无人机的飞行状态信息；利用所述飞行状态信息从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式。WiFi具有成本低的特点，但其有效通信范围比较窄，也容易受到干扰；而基于运营商的网络的成本比较高，但是覆盖范围比较广，信号也比较稳定。而本实用新型将WiFi和基于运营商的网络结合起来，根据无人机的飞行状态信息选择其中一个较优的通信方式，既可以降低成本，也可以扩大无人机的使用范围。且本实用新型能够提高无人机与地面控制器之间的数据传输速率，从而可以实时获取无人机的多媒体数据，特别是高清视频数据，同时可以存储这些多媒体数据，供后续查询和使用。

Description

一种无人机控制及多媒体数据传输系统

技术领域

本实用新型涉及一种无人机控制系统，尤其涉及一种无人机控制及多媒体数据传输系统，属于无人机控制领域。

背景技术

近年来，民用消费级无人机市场规模正在飞速增长，其在众多领域获得了广泛的应用。

而目前市场上的民用无人机大多数采用的是点对点无线通信技术，其控制距离比较短，例如：在使用常规非增益天线情况下，无人机与地面控制器的控制距离不超过1.5km。而当无人机超过该控制距离时，由于信号的衰减，就无法对其进行控制，从而容易发生坠机等危险事故，这就限制了无人机的使用范围。

在现有技术中，如果想要得到无人机所获取的多媒体数据，可以将无人机所获取到的多媒体数据存储在本地(例如：机载存储卡，SD卡等)，但是由于无人机本地的存储容量有限，从而造成无人机不能长时间的进行拍摄视频等活动。无人机也可以通过点对点将所获取的多媒体数据实时发送到地面控制器，但传统的2.4GHz点对点传输的带宽有限，在传输高质量多媒体数据(例如：高清视频)时的性能会受到影响，这就进一步限制了无人机的应用。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提出一种无人机的控制及多媒体数据传输系统，其实时获取无人机的飞行状态信息，利用所述飞行状态信息从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式，同时利用该最优无线通信方式将无人机所获取的多媒体数据发送给地面控制系统。因为WiFi具有成本低的特点，但其有效通信范围比较窄，也容易受到干扰；而基于运营商的网络的成本比较高，但是覆盖范围比较广，信号也比较稳定。本实用新型将WiFi和基于运营商的网络结合起来，从而可以根据实际情况选择其中一个最优的通信方式，既可以降低成本，也可以扩大无人机的使用范围。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供了一种无人机控制及多媒体数据传输系统，包括无人机，地面控制器，云服务器，其中：

所述无人机从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式，利用所述最优无线通信方式与所述地面控制器进行通信，包括发送无人机飞行状态信息、接收无人机飞行控制信息、发送所述无人机所获取的多媒体数据；

所述地面控制器利用所述最优无线通信方式与所述无人机进行通信，包括接收所述无人机飞行状态信息、发送所述无人机飞行控制信息、接收所述多媒体数据，且将所述多媒体数据发送给所述云服务器；

所述云服务器接收所述地面控制器发送的所述多媒体数据，并处理、存储所述多媒体数据。

作为优选，所述从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式具体为：当所述无人机与所述地面控制器的距离超出预设距离时选择基于运营商的网络为最优无线通信方式；否则选择WiFi为最优无线通信方式。

作为优选，在所述无人机控制及多媒体数据传输系统中，所述无人机和所述地面控制器之间采用IETF标准多路径同传技术进行通信。

作为优选，在所述无人机控制及多媒体数据传输系统中，所述无人机和所述地面控制器之间采用基于功耗效率的MultipathTCP技术进行通信。

作为优选，所述无人机进一步包括：飞控平台，用于基于数传速率-飞行参数的关联模型通过机器学习和预测算法来动态调整所述无人机的最佳飞行参数。

本实用新型的有益效果：

(1)在现有技术中，无人机往往是通过WiFi进行控制的，WiFi的成本比较，但其有效通信范围比较窄(一般为1.5km)，也容易受到干扰；而基于运营商的网络的成本比较高，但是覆盖范围比较广，信号也比较稳定。而本实用新型将WiFi和基于运营商的网络结合起来，从而可以根据实际情况选择其中一个较优的通信方式，既可以降低成本，也可以扩大无人机的使用范围。

(2)距离是影响Wifi通信质量的主要因素，也是一个比较容易测量的参数。因此，为了简单方便，本实用新型选择使用无人机与地面控制器的距离作为指标，当该指标大于预设值时，选择基于运营商的网络；否则选择WiFi。这样比较简单且方便，同时硬件和软件的设计也比较容易，从而可以有效的降低成本。

(4)本实用新型利用最优通信方式来传输多媒体数据、无人机的飞行状态信息和飞行控制信息既可以满足某些应用场景的需要，也能够更好的保证了无人机的正常飞行。

(5)本实用新型采用IETF标准多路径同传技术或基于功耗效率的MultipathTCP技术传输数据，这样不仅可以提高端到端的吞吐率，增加网络利用率；同时也可以提高电池的使用效率，提高无人机的使用范围。

(6)本实用新型能够提高无人机与地面控制器之间的数据传输速率，从而可以实时获取无人机的多媒体数据，特别是高清视频数据，同时可以存储这些多媒体数据，供后续查询和使用。

附图说明

图1为本实用新型实施例1所提供的一种无人机的无线通信方法的流程图；

图2为本实用新型实施例2所提供的一种无人机的无线通信系统的架构图；

图3为本实用新型实施例3所提供的一种无人机控制及多媒体数据传输系统的架构图；

其中：1.无人机，2.地面控制器，3.云服务器，11.摄像机，12.传感器，13.飞控平台，14.飞行状态获取模块，15.多模通信接口，21.多模通信接口。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例1

本发明提供了一种无人机的无线通信方法，如图1所示，包括如下步骤：

步骤S1：获取无人机的飞行状态信息；

步骤S2：利用所述飞行状态信息从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式。

在现有技术中，无人机往往是通过WiFi进行控制的，而无人机的实际飞行距离可达25km(如当时速为50km/h时，飞行30分钟)以上，此时就会超过WiFi的1.5km的有效通信距离，同时无人机与地面控制器之间可能会有障碍物、建筑物的遮蔽，且它们之间的通信会受到无人机飞行高度、速度、大气尘埃等因素的影响。而一旦无人机与地面控制器之间的不能进行有效的通信，无人机就有可能发生坠机等危险事故。而基于运营商的网络的成本比较高，但是覆盖范围比较广，信号也比较稳定。本发明实时获取无人机的飞行状态信息，然后根据该飞行状态信息从WiFi和基于运行商的网络中选择一种最优无线通信方式，从而可以保证无人机和地面控制器之间的有效的通信，不仅能够防止无人机发生危险，还能够提高无人机的使用范围。

优选地，所述飞行状态信息包括无人机与地面控制器的距离；且当无人机与地面控制器的距离超出预设距离时选择基于运营商的网络为最优无线通信方式；否则选择WiFi为最优无线通信方式。

距离是影响Wifi通信质量的主要因素，也是一个比较容易测量的参数，因此，为了简单方便，可以选择使用无人机与地面控制器的距离作为指标，当该指标大于预设值时，选择基于运营商的网络；否则选择WiFi。这样比较简单且方便，同时硬件和软件的设计也比较容易，从而可以有效的降低成本。

可选地，该预设距离可以为1.5km或2km，也可以根据实际情况确定。

优选地，所述飞行状态信息包括WiFi的信号强度；且当所述WiFi的信号强度大于预设值时，选择WiFi为最优无线通信方式；否则选择基于运营商的网络为最优无线通信方式；

由于WiFi的信号情况受到多种因素的影响，因此选择WiFi的信号强度作为指标可以更加精确的反应WiFi的通信质量，从而可以更加有效对无人机进行控制，可以更加有效的防止无人机失控或发生坠机等事故。

优选地，所述无人机的无线通信方法还包括如下步骤：利用所述最优无线通信方式在无人机和地面控制器之间传输数据，所述数据包括无人机飞行状态信息、无人机飞行控制信息、无人机所获取的多媒体数据。

在无人机的一些实际应用中，如无人机电路巡检、实时赛事转播、无人机快递全程监控、警用无人机实时追踪等应用场景中，需要实时将无人机所获得多媒体数据(包括：航拍视频、传感信息、飞行参数等)发送给地面控制器。而为了更好的控制无人机的飞行，则需要无人机向地面控制器发送该无人机的飞行状态信息，无人机也需要接收地面控制器的飞行控制信息。利用最优通信方式来传输多媒体数据、无人机的飞行状态信息和飞行控制信息既可以满足某些应用场景的需要，也能够更好的保证了无人机的正常飞行。

优选地，采用IETF标准多路径同传技术传输数据。

IETF标准多路径同传技术协议是一种利用多条路径并发传输的传输层协议，可以提高端到端的吞吐率，增加网络利用率。从而可以更加准确、高速地进行通信。

优选地，采用基于功耗效率的MultipathTCP技术传输数据。

采用公开在论文《ATrafficBurstiness-basedOffloadSchemeforEnergyEfficiencyDeliveriesinHeterogeneousWirelessNetworks》中的基于功耗效率的MultipathTCP技术(IEEEGlobalCommunicationsConferenceworkshop(IEEEGlobecomworkshop),Atlanta,U.S.,Dec.2013,pp.538-543)可以进一步优化电池使用效率，从而可以提高无人机的飞行时间，提高了无人机的使用范围。

实施例2

本发明提供了一种无人机的无线通信系统，如图2所示，包括如下模块：

飞行状态信息获取模块，用于获取无人机的飞行状态信息；

最优无线通信方式选择模块，用于利用所述飞行状态信息从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式。

在现有技术中，无人机往往是通过WiFi进行控制的，而无人机的实际飞行距离可达25km(如当时速为50km/h时，飞行30分钟)以上，此时就会超过WiFi的1.5km的有效通信距离，同时无人机与地面控制器之间可能会有障碍物、建筑物的遮蔽，且它们之间的通信会受到无人机飞行高度、速度、大气尘埃等因素的影响。而一旦无人机与地面控制器之间的不能进行有效的通信，无人机就有可能发生坠机等危险事故。而基于运营商的网络的成本比较高，但是覆盖范围比较广，信号也比较稳定。本发明实时获取无人机的飞行状态信息，然后根据该飞行状态信息从WiFi和基于运行商的网络中选择一种最优无线通信方式，从而可以保证无人机和地面控制器之间的有效的通信，不仅能够防止无人机发生危险，还能够提高无人机的使用范围。

优选地，所述飞行状态信息包括无人机与地面控制器的距离；且当无人机与地面控制器的距离超出预设距离时选择基于运营商的网络为最优无线通信方式；否则选择WiFi为最优无线通信方式。

可选地，该预设距离可以为1.5km或2km，也可以根据实际情况确定。

优选地，所述飞行状态信息包括WiFi的信号强度；且当所述WiFi的信号强度大于预设值时，选择WiFi为最优无线通信方式；否则选择基于运营商的网络为最优无线通信方式；

优选地，所述无人机的无线通信系统还包括如下模块：数据传输模块，用于利用所述最优无线通信方式在无人机和地面控制器之间传输数据，所述数据包括无人机飞行状态信息、无人机飞行控制信息、无人机所获取的多媒体数据。优选地，在数据传输模块中：采用IETF标准多路径同传技术传输数据。

优选地，在数据传输模块中：采用基于功耗效率的MultipathTCP技术传输数据。

实施例3

本发明提供了一种无人机控制及多媒体数据传输系统，包括无人机1，地面控制器2，云服务器3，如图3所示，其中：

所述无人机从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式，利用所述最优无线通信方式与所述地面控制器进行通信，包括发送无人机飞行状态信息、接收无人机飞行控制信息、发送所述无人机所获取的多媒体数据；

所述地面控制器利用所述最优无线通信方式与所述无人机进行通信，包括接收所述无人机飞行状态信息、发送所述无人机飞行控制信息、接收所述多媒体数据，且将所述多媒体数据发送给所述云服务器；

所述云服务器接收所述地面控制器发送的所述多媒体数据，并处理、存储所述多媒体数据。

如图3所示，该无人机1可以包含摄像机11，用于获取航拍视频数据；传感器12，用于获取传感信息；飞行状态获取模块14，用于获取飞行参数和飞行状态信息。同时该无人机还包含一个多模通信接口15，该多模通信接口15同时支持WiFi通信和基于运营商的网络通信(LTE/3G/GSM)；当使用运营商网络时，该多模通信接口15可以根据当前信号强度和基站分布情况选择接入LTE、3G或GSM网络。所述无人机1通过该多模获取模块15与地面控制器2进行通信。

多模通信可以在不同通信接口间保持切换的稳定性。由于无人机本身在三维空间中高速移动，而多模通信能够保证及时切换，从而可以避免因为信号强度迅速减弱或失联而导致的无人机因失控而造成的坠机事故，并且可以将因切换而造成的数据抖动和时间降到最低。

云服务器3可以提供海量分布式存储及流媒体服务，并可以通过商用流媒体服务器提供高可靠的QoS的实时传输业务。且云服务器3可以允许用户管理自己的无人机航拍视频，并通过专有社交平台分享。用户视频存储在云服务器，可以随时进行流媒体播放或下载。

优选地，所述从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式具体为：当所述无人机与所述地面控制器的距离超出预设距离时选择基于运营商的网络为最优无线通信方式；否则选择WiFi为最优无线通信方式。

优选地，所述无人机和所述地面控制器之间采用IETF标准多路径同传技术进行通信。

优选地，所述无人机和所述地面控制器之间采用基于功耗效率的MultipathTCP技术进行通信。

优选地，所述无人机1进一步包括：飞控平台13，用于基于数传速率-飞行参数的关联模型通过机器学习和预测算法来动态调整所述无人机的最佳飞行参数。

无人机1与地面控制器2之间的数据传输速率会受到无人机飞行高度，速度和运营商基站分布的影响，并且当无人机飞行姿态发生大幅度改变时，对数据传输吞吐量会造成剧烈抖动。所采用的解决方案是将对数传速率(实际吞吐量)与无人机飞行参数建模，飞控平台基于数传-飞行参数的关联模型通过机器学习和预测算法动态调整最佳飞行参数以达到自适应吞吐量的目的。无人机与云服务器间的通信会受到飞行高度、速度、大气尘埃、建筑物遮蔽等因素的影响，会造成数据包丢失、时延和抖动。数据速率与飞行参数模型是飞控平台动态调整的关键输入指标，因此，需要精确的模型和高效的飞控平台机器学习算法。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.一种无人机控制及多媒体数据传输系统，包括无人机，地面控制器，云服务器，其特征在于：

所述无人机从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式，利用所述最优无线通信方式与所述地面控制器进行通信，包括发送无人机飞行状态信息、接收无人机飞行控制信息、发送所述无人机所获取的多媒体数据；

所述地面控制器利用所述最优无线通信方式与所述无人机进行通信，包括接收所述无人机飞行状态信息、发送所述无人机飞行控制信息、接收所述多媒体数据，且将所述多媒体数据发送给所述云服务器；

所述云服务器接收所述地面控制器发送的所述多媒体数据，并处理、存储所述多媒体数据。

2.根据权利要求1所述的无人机控制及多媒体数据传输系统，其特征在于，所述从WiFi和基于运营商的网络中选择一种最优无线通信方式具体为：

当所述无人机与所述地面控制器的距离超出预设距离时选择基于运营商的网络为最优无线通信方式；否则选择WiFi为最优无线通信方式。

3.根据权利要求1或2所述的无人机控制及多媒体数据传输系统，其特征在于：

所述无人机和所述地面控制器之间采用IETF标准多路径同传技术进行通信。

4.根据权利要求1或2所述的无人机控制及多媒体数据传输系统，其特征在于：

所述无人机和所述地面控制器之间采用基于功耗效率的MultipathTCP技术进行通信。

5.根据权利要求1所述的无人机控制及多媒体数据传输系统，其特征在于，所述无人机进一步包括：

飞控平台，用于基于数传速率-飞行参数的关联模型通过机器学习和预测算法来动态调整所述无人机的最佳飞行参数。