CN207663563U - 一种基于无人飞行器控制和传输方法的4g专网传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于无人飞行器控制和传输方法的4G专网传输系统，包括移动端和终端；所述移动端包括分别与移动端中央处理器连接的移动端图传模块、移动端数传模块、移动端定位模块、飞控模块、云台控制模块、移动端存储模块和移动端4G模块；所述终端包括分别与终端中央处理器连接的终端数传模块、终端存储模块、终端4G模块和飞行控制模块；所述移动端中央处理器与所述终端中央处理器之间通过所述移动端4G专网模块和所述终端4G专网模块双向通信。本实用新型提高对现场信息的掌握效率，同时可大大提高无人机的安全飞行范围，加大了无人机数据链路传输的安全性和有效性，大大增加了无人机的任务设备传输带宽，完全避免了公网传输的泄密问题。

Description

一种基于无人飞行器控制和传输方法的4G专网传输系统

技术领域

本实用新型属于无人飞行器通信技术领域，具体地说涉及一种基于无人飞行器控制和传输方法的4G专网传输系统。

背景技术

近年来，随着各地公安机关的4G专网建设步伐加大，4G专网替代以前的2G专网成为技术发展的大趋势，在4G专网的应用上面也出现过不少的技术应用：车载式现场取证传输、警讯通专网传输、应急指挥传输等，但是这些使用还远远不够，怎么样充分利用4G专网的高带宽和高速度以及高保密性为公安的执法、巡逻、管理来提高执法效率和降低执法成本成为新的课题。

4G无线专网具备大带宽传输的能力，专网建设采用1.4G的频谱波段，上行峰值为60M/s,下行为120M/s，并具备支持单小区多路实时高质量视频数据的上行回传能力，单基站满足上传15路以上视频，可以满足高清视频的传输要求。

随着这几年无人飞行器技术可靠性的不断提高和性能的不断改进，凭着不可比拟的优势，无人飞行器也逐步打开了警用的大门，并逐步成为当前国内治安事件现场监管与救助指挥的一种重要辅助工具。无人飞行器是一种先进的垂直起降微型自动驾驶无人飞行器系统，其具有体积小巧、机动灵活、操作简单、维护便捷、携行方便、可靠性及性价比高等诸多优点，并且可用于全地形起降，通过搭载相应的任务设备，可用于执行空中巡航、目标侦察、跟踪和实时情报收集、高亮度空中照明、LED警示以及高空喊话等多种空中任务。

无人飞行器搭载的高灵敏度照相机可以进行不间断的画面拍摄，获取影像资料，并将所获得信息和图像传送回地面。应用于反恐维稳，如遇到突发事件、灾难性暴力事件、技术侦听等方面应用广泛，传回的实时图像和语音数据供指挥者进行科学决策和判断；并在追逃、嫌疑人定位上面成为一种不可多得的重要工具。进一步提高公安干警的响应、决策、评估效率，推动公安的信息化建设进程。而为了达到更好的侦查效果，图像的清晰度、及时性以及图传距离尤为关键，而传统无人机大多是采用微波方式进行传输，主要存在以下问题：

1传输距离限制：传统微波模式，一般稳定图像传输距离在3公里左右，这大大限制了无人机使用范围。

2传输稳定性限制：传统微波模式，由于是点对点传输模式，受场景限制非常严重，一旦有遮挡或其它微波信号干扰，对图像传输稳定性影响极大。

3传输实时性较差：无论微波+公网4G模式，由于公网4G传输模式，都存在较大延时，延时一般达到6秒以上，由于实时响应性较差，几乎无法直接通过指挥中心进行调度指挥。

实现4G专网与无人飞行器之间的通信不仅能够有效的帮助指挥中心人员准确掌握现场情况，为科学决策提供依据，而且能够有效的提高处理事务的效率，解决指挥中心在现场指挥与调控应用上的不足。

实用新型内容

目前无人机传输链路还是基于民用的控制、传输链路等都是基于民用特殊频段，这些民用频段干扰大、传输距离短、加密性小，容易被截取和破解；针对目前无人飞行器在数据传输过程中存在的局限性和不保密的特点，本实用新型提供一种基于无人飞行器控制和传输方法的4G专网传输系统，不仅提高了数据传输的保密性，而且提高了无人机的飞行控制距离。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于无人飞行器控制和传输方法的4G专网传输系统，包括移动端和终端；其中，所述移动端包括分别与移动端中央处理器连接的移动端图传模块、移动端数传模块、移动端定位模块、飞控模块、云台控制模块、移动端存储模块和移动端4G模块；所述终端包括分别与终端中央处理器连接的终端数传模块、终端存储模块、终端4G模块和飞行控制模块；所述移动端中央处理器与所述终端中央处理器之间通过所述移动端4G专网模块和所述终端4G专网模块双向通信。

所述移动端安装在无人飞行器上，所述终端安装在终端指挥中心；所述无人飞行器搭载的任务设备包括LED显示屏、高空喊话喇叭和高清云台相机。

所述移动端数传模块、飞控模块、移动端存储模块和移动端4G模块分别与移动端中央处理器双向通信；所述图传模块、定位模块分别向移动端中央处理器单向传输视频数据、定位数据；所述云台控制模块单向接收移动端中央处理器的控制指令。

所述终端数传模块、终端存储模块、终端4G模块分别与终端中央处理器双向通信，终端中央处理器单向接收飞行控制模块的控制指令。

所述飞控模块实时监测飞机的飞行姿态和飞行位置，并把信号传输给电子调速器；所述移动端定位模块接收GPS卫星或北斗卫星发送过来的定位数据，并将定位数据传送给移动端中央处理器，再由移动端4G专网模块和终端4G专网模块发送到终端中央处理器。

所述移动端图传模块把实时视频信息传递给移动端中央处理器，移动端中央处理器对实时视频进行压缩、编码，并通过移动端4G专网模块将压缩、编码后的视频信息传递给终端指挥中心，终端指挥中心的终端中央处理器解压、解码后即可出现现场实时画面。

所述飞行控制模块把控制信息传递给终端中央处理器，终端中央处理器接收到控制指令后通过终端4G专网模块将指令传输至移动端中央处理器，移动端中央处理器接收指令后，将控制信息传递给飞控模块、云台控制模块，用以实现终端控制无人机的高度、航向、航速以及云台的俯仰、变焦、拍照控制。

所述终端数传模块将文字和语音信息传递给终端中央处理器，终端中央处理器通过终端4G专网模块将文字和语音信息传输至移动端中央处理器，移动端中央处理器接收文字和语音信息后，将文字和语音信息传递给移动端数传模块，用以实现终端控制LED屏幕文字的更改和高空喇叭喊话。

所述飞控模块的型号为Pixhawk2.4.6；移动端中央处理器的型号为STM32F103RCT6；移动端数传模块的型号为Xtend900MHz；移动端定位模块的型号为UBLOXG7020-KT；云台控制模块的型号为A5W-K；移动端存储模块的型号为24C512；终端中央处理器型号为STM32F103RCT6；终端数传模块型号为Xtend900MHz；终端存储器的型号为24C512。

本实用新型的有益效果：1、实现指挥中心终端控制无人飞行器的一键起飞、一键降落、一键航线和一键返航；

2、实现无人机的各种传感数据在终端指挥中心的呈现，包括高度、速度、GPS位置、电池电压、方位角、航点距离、飞行距离等；

3、实现无人机的侦察信息在指挥中心的呈现，包括视频、语音、专用任务设备的数据、警示任务设备的数据；

4、完全的指挥中心控制无人飞行器，包括起飞、降落、航线、悬停、返航；

5、完全的指挥中心控制任务设备，包括云台的俯仰、相机的变焦拍照、录像、无人机语音设备的声音输出、警示设备的实时修改等。

本实用新型上述功能的实现主要是在应用于在紧急情况下的无人机全自主放飞，提高对现场信息的掌握效率；同时可大大提高无人机的安全飞行范围，只要在专网覆盖的范围内均可远程控制；加大看无人机数据链路的传输安全性和有效性，大大增加了无人机的任务设备传输带宽，完全避免了公网传输的泄密问题。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1是本实用新型4G专网传输系统的结构框图；

图中：移动端10、移动端中央处理器11、移动端图传模块12、移动端数传模块13、移动端定位模块14、飞控模块15、云台控制模块16、移动端存储模块17、移动端4G模块18、终端20、终端中央处理器21、终端数传模块22、终端存储模块23、终端4G模块24、飞行控制模块25。

具体实施方式

现结合附图说明详细说明本实用新型的结构特点。

参见图1，一种基于无人飞行器控制和传输方法的4G专网传输系统，包括移动端10和终端20，移动端10安装在无人飞行器上，终端20安装在终端指挥中心；

所述的无人飞行器搭载的任务设备包括LED显示屏、高空喊话喇叭和高清云台相机；

其中，所述移动端10包括移动端中央处理器11、移动端图传模块12、移动端数传模块13、移动端定位模块14、飞控模块15、云台控制模块16、移动端存储模块17和移动端4G模块18；其中，移动端中央处理器11分别与移动端图传模块12、移动端数传模块13、移动端定位模块14、飞控模块15、云台控制模块16、移动端存储模块17、移动端4G模块18连接；移动端数传模块13、飞控模块15、移动端存储模块17和移动端4G模块18分别与移动端中央处理器11双向通信；图传模块12、定位模块14分别向移动端中央处理器11单向传输视频数据、定位数据；云台控制模块16单向接收移动端中央处理器11的控制指令；

移动端中央处理器11对移动端定位模块14传递来的定位数据进行判断：

若定位数据在正常范围内：则移动端中央处理器11将接收到的定位数据存入移动端存储模块17中；

所述在正常范围的定位数据是指：将定位数据中相邻两个采样点的经度值、纬度值、高度值两两进行比较，若相邻两个采样点的经度的差值不超过0.0002度，且相邻两个采样点的纬度的差值不超过0.00018度，且相邻两个采样点的高度的差值不超过20米，判定定位数据为正常范围；

若定位数据发生异常：则移动端中央处理器11将存储在移动端存储模块17中的定位数据调出，并发送给飞控模块15；由飞控模块15读取该历史轨迹信息，按照历史轨迹返回到出发位置；

所述定位数据发生异常是指：将定位数据中相邻两个采样点的经度值、纬度值、高度值两两进行比较，若经度的差值超过0.0002度，或纬度的差值超过0.00018度，或高度的差值超过20米，则判定定位数据发生异常。

所述的终端20包括终端中央处理器21、终端数传模块22、终端存储模块23、终端4G模块24和飞行控制模块25；其中，终端数传模块22、终端存储模块23、终端4G模块24、飞行控制模块25分别与终端中央处理器21连接，并且能够双向通信，终端中央处理器21单向接收飞行控制模块25的控制指令。

移动端中央处理器11与终端中央处理器21之间通过移动端4G专网模块18和终端4G专网模块24双向通信。

飞控模块15实时监测飞机的飞行姿态和飞行位置，并把信号传输给电子调速器，保持飞行器飞行的稳定性。

移动端定位模块14接收GPS卫星或北斗卫星发送过来的定位数据，并将定位数据传送给移动端中央处理器11，再由4G专网传输模块(移动端4G专网模块18和终端4G专网模块24)发送到终端中央处理器21。

移动端图传模块12把实时视频信息传递给移动端中央处理器11，移动端中央处理器11对实时视频进行压缩、编码，并通过移动端4G专网模块18将压缩、编码后的视频信息传递给终端指挥中心，终端指挥中心的终端中央处理器21解压、解码后即可出现现场实时画面。

飞行控制模块25把控制信息传递给终端中央处理器21，终端中央处理器21接收到控制指令后通过终端4G专网模块24将指令传输至移动端中央处理器11，移动端中央处理器11接收指令后，将控制信息传递给飞控模块15、云台控制模块16，用以实现终端控制无人机的高度、航向、航速以及云台的俯仰、变焦、拍照控制。

终端数传模块22将文字和语音信息传递给终端(指挥中心)中央处理器21，终端中央处理器21通过终端4G专网模块24将文字和语音信息传输至移动端中央处理器11，移动端中央处理器11接收文字和语音信息后，将文字和语音信息传递给移动端数传模块13，用以实现终端控制LED屏幕文字的更改和高空喇叭喊话。

进一步说，终端指挥中心通过飞行控制模块25可调整现场无人飞行器的姿态、速度、位置、方向；

进一步说，终端指挥中心通过飞行控制模块25可控制现场无人飞行器搭载的云台，实现云台的俯仰、相机的拍照、录像和变焦功能。

进一步说，终端指挥中心通过终端数传模块22控制现场无人飞行器搭载的LED显示屏的文字信息；

进一步说，终端指挥中心的终端中央处理器21通过终端4G专网模块24实时接收经移动端中央处理器11处理后的移动端图传模块13传输的视频信息；

进一步说，飞控模块15的型号为Pixhawk2.4.6；移动端中央处理器11的型号为STM32F103RCT6；移动端数传模块13的型号为Xtend900MHz；移动端定位模块14的型号为UBLOXG7020-KT；云台控制模块16的型号为A5W-K；移动端存储模块17的型号为24C512；终端中央处理器21型号为STM32F103RCT6；终端数传模块22型号为Xtend900MHz；终端存储器23的型号为24C512。

本实用新型主要是研究在公安4G专网的无人机侦察视频传输、语音传输、空中警示传输以及在指挥中心的无人机飞行控制技术和任务设备的控制技术，提高对现场信息的掌握效率，同时可大大提高无人机的安全飞行范围，只要在专网覆盖的范围内均可远程控制，加大了无人机数据链路传输的安全性和有效性，大大增加了无人机的任务设备传输带宽，完全避免了公网传输的泄密问题。

以上内容仅仅是对本实用新型结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于无人飞行器控制和传输方法的4G专网传输系统，其特征在于，包括移动端(10)和终端(20)；

其中，所述移动端(10)包括分别与移动端中央处理器(11)连接的移动端图传模块(12)、移动端数传模块(13)、移动端定位模块(14)、飞控模块(15)、云台控制模块(16)、移动端存储模块(17)和移动端4G模块(18)；

所述终端(20)包括分别与终端中央处理器(21)连接的终端数传模块(22)、终端存储模块(23)、终端4G模块(24)和飞行控制模块(25)；

所述移动端中央处理器(11)与所述终端中央处理器(21)之间通过所述移动端4G专网模块(18)和所述终端4G专网模块(24)双向通信。

2.根据权利要求1所述的4G专网传输系统，其特征在于，所述移动端(10)安装在无人飞行器上，所述终端(20)安装在终端指挥中心；所述无人飞行器搭载的任务设备包括LED显示屏、高空喊话喇叭和高清云台相机。

3.根据权利要求1所述的4G专网传输系统，其特征在于，所述移动端数传模块(13)、飞控模块(15)、移动端存储模块(17)和移动端4G模块(18)分别与移动端中央处理器(11)双向通信；所述图传模块(12)、定位模块(14)分别向移动端中央处理器(11)单向传输视频数据、定位数据；所述云台控制模块(16)单向接收移动端中央处理器(11)的控制指令。

4.根据权利要求1所述的4G专网传输系统，其特征在于，所述终端数传模块(22)、终端存储模块(23)、终端4G模块(24)分别与终端中央处理器(21)双向通信，终端中央处理器(21)单向接收飞行控制模块(25)的控制指令。

5.根据权利要求1所述的4G专网传输系统，其特征在于，所述飞控模块(15)实时监测飞机的飞行姿态和飞行位置，并把信号传输给电子调速器；所述移动端定位模块(14)接收GPS卫星或北斗卫星发送过来的定位数据，并将定位数据传送给移动端中央处理器(11)，再由移动端4G专网模块(18)和终端4G专网模块(24)发送到终端中央处理器(21)。

6.根据权利要求1所述的4G专网传输系统，其特征在于，所述移动端图传模块(12)把实时视频信息传递给移动端中央处理器(11)，移动端中央处理器(11)对实时视频进行压缩、编码，并通过移动端4G专网模块(18)将压缩、编码后的视频信息传递给终端指挥中心，终端指挥中心的终端中央处理器(21)解压、解码后即可出现现场实时画面。

7.根据权利要求1所述的4G专网传输系统，其特征在于，所述飞行控制模块(25)把控制信息传递给终端中央处理器(21)，终端中央处理器(21)接收到控制指令后通过终端4G专网模块(24)将指令传输至移动端中央处理器(11)，移动端中央处理器(11)接收指令后，将控制信息传递给飞控模块(15)、云台控制模块(16)，用以实现终端控制无人机的高度、航向、航速以及云台的俯仰、变焦、拍照控制。

8.根据权利要求1所述的4G专网传输系统，其特征在于，所述终端数传模块(22)将文字和语音信息传递给终端中央处理器(21)，终端中央处理器(21)通过终端4G专网模块(24)将文字和语音信息传输至移动端中央处理器(11)，移动端中央处理器(11)接收文字和语音信息后，将文字和语音信息传递给移动端数传模块(13)，用以实现终端控制LED屏幕文字的更改和高空喇叭喊话。

9.根据权利要求1所述的4G专网传输系统，其特征在于，飞控模块(15)的型号为Pixhawk2.4.6；移动端中央处理器(11)的型号为STM32F103RCT6；移动端数传模块(13)的型号为Xtend 900MHz；移动端定位模块(14)的型号为UBLOX G7020-KT；云台控制模块(16)的型号为A5W-K；移动端存储模块(17)的型号为24C512；终端中央处理器(21)型号为STM32F103RCT6；终端数传模块(22)型号为Xtend 900MHz；终端存储器(23)的型号为24C512。