CN208079077U - 一种多旋翼飞行器远程服务站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种多旋翼飞行器远程服务站，其包括塔杆，塔杆上端设有防护壳体，防护壳体上端面设有太阳能电池板和卫星定位与通信终端，防护壳体内设有电源变换器、无线充电座和无线电定位信号发生器，塔杆上设有无线电中继通信模块和中继通信天线，卫星定位与通信终端获取本地的定位信息，并通过卫星进行远程通信；无线电定位信号发生器提供信标信号；无线电中继通信模块配合中继通信天线提供无线中继通信服务；电源变换器将太阳能电池板的电能转存至储能电池，无线充电座连接电源变换器；无线充电座对飞行器充电。本实用新型解决多旋翼飞行器续航能力差、无法执行远程任务以及无法远距离传输的问题。

Description

一种多旋翼飞行器远程服务站

技术领域

本实用新型涉及飞行器领域，尤其涉及一种多旋翼飞行器远程服务站。

背景技术

近年来，由于多旋翼飞行器的灵活度高，控制简单，对起降场地几乎没有要求，维护简单，不易损坏，成本低等优点，广泛地应用在航拍摄影、山林防护、精确农业、电力巡检、快递运输等领域。

在信息采集方面，目前飞行器主要的传输模式是将采集到的数据通过无线传输的方式发送给最近的通信节点，再以接力方式发送给通信终端。

众所周知，由于多旋翼飞行器采用电池供电，续航能力差，无法长时间连续作业（通常飞行时间约为20-40分钟），这大大限制了多旋翼飞行器的应用领域。因此，如何延长多旋翼飞行器的续航时间，成为当前研究的热点问题之一。由此衍生出的飞行器充电桩，无需人工干预和辅助，给电量不足的飞行器充电，帮助飞行器延长续航时间。

与此同时，卫星定位系统（如美国的GPS和我国的北斗系统）是目前广泛应用的可提供全方位、全天候、全时段、低成本的全球导航定位服务系统，能为用户提供三维位置、运行速度和精确定时等导航信息，为全球提供了一种十分便利而且低成低廉的导航定位方式。但全球卫星定位系统对民用领域开放的精度约为10米，因此，单独利用卫星定位系统还无法使飞行器降落停到只有几十厘米范围的指定地点。

此外，也由于多旋翼飞行器采用电池供电，未来兼顾飞行器的续航时间，其无线发射机的发射功率通常都十分有限；同时由于飞行器载重限制，通常需要采用小型天线，从而限制了天线的信号收发性能。这些限制大大制约了多旋翼飞行器的通信距离（通常仅为数百米至数公里）。因此，如何扩展多旋翼飞行器的通信距离，也是当前亟待解决的问题之一。由此衍生出的飞行器通信中继站，以接力通信的方式，帮助飞行器扩展器通信距离。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多旋翼飞行器远程服务站。

本实用新型采用的技术方案是：

一种多旋翼飞行器远程服务站，其包括塔杆，塔杆上端设有防护壳体，防护壳体的上端面设有太阳能电池板和卫星定位与通信终端，太阳能电池板安放在远程服务站上部不被遮挡的位置，除了便于采光，还起到为远程服务站提供一定的遮风挡雨作用；卫星定位与通信终端位于太阳能电池板一侧，防护壳体内设有电源变换器、无线充电座和无线电定位信号发生器，塔杆上设有无线电中继通信模块和中继通信天线，卫星定位与通信终端、无线电定位信号发生器和无线电中继通信模块分别连接电源变换器，卫星定位与通信终端用于获取本地的定位信息，并通过卫星进行远程通信；无线电定位信号发生器用于提供信标信号，并辅助飞行器准确停靠远程服务站；无线电中继通信模块配合中继通信天线为飞行器提供无线中继通信服务；太阳能电池板用于太阳能发电，太阳能电池板连接电源变换器，电源变换器内置有储能电池，电源变换器将太阳能电池板的电能转存至储能电池，无线充电座连接电源变换器；无线充电座设有与飞行器配合的无线接口，并通过无线方式对飞行器充电。

进一步地，无线充电座还与市电连接，并将市电转换无线充电座所需的电源。

进一步地，电源变换器包括充电检测与控制电路以及依次连接的输入滤波与保护电路、高频变换器和整流滤波与稳压电路，充电检测与控制电路的输入端连接整流滤波与稳压电路的输出端，充电检测与控制电路的输出端连接高频变换器。

进一步地，无线电定位信号发生器包括高频载波发生器、调制码发生器、高频调制器和射频滤波与放大器，高频载波发生器和调制码发生器分别连接高频调制器，高频调制器的输出端连接射频滤波与放大器，射频滤波与放大器输出射频信标信号。

进一步地，卫星定位与通信终端包括数据处理器，数据处理器的输出端连接发射信号调制器的输入端，发射信号调制器的输出端连接射频通道，并通过射频通道连接功率放大器，并通过功率放大器连接收发天线，收发天线还与低噪放大器的输入端连接，低噪放大器的输出端连接射频通道，并通过射频通道连接基带信号处理器的输入端，基带信号处理器的输出端连接数据处理器的输入端。

进一步地，中继通信天线包括中继通信上行天线、中继通信下行天线和横杆，横杆套设在塔杆上，中继通信上行天线和中继通信下行天线分别设于横杆的两端。

进一步地，中继通信模块包括两路通信通路，每路通信通路均包括依次连接的双工器、低噪声放大器、第一变频器、中频AGC放大器、第二变频器和射频放大器，每路通信通路的射频放大器均与另一路通信通路的双工器连接，其中一路通信通路的双工器连接中继通信天线的中继通信上行天线，另一路通信通路的双工器连接中继通信天线的中继通信下行天线。

本实用新型采用以上技术方案，执行各类任务的飞行器通过自身带有的全球卫星定位功能，完成飞行器室外巡航任务，并在靠近远程服务站后，利用远程服务站提供的无线电定位信号，对飞行器进行高精度定位，完成飞行器在远程服务站上的准确降落停靠；飞行器完成停靠后，可利用远程服务站上提供的无线充电设备完成对飞行器充电。与此同时，远程服务站上的卫星定位与通信装置可将本地信息和数据发送给远程管理系统，并从远程管理平台获取各类指令和信息。此外，远程服务站上的无线中继通信设备，可以成为附近飞行中的无人机与远程管理监控平台之间的通信中继转发站。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明；

图1为本实用新型一种多旋翼飞行器远程服务站的结构示意图；

图2为本实用新型一种多旋翼飞行器远程服务站的电源变换器的电路原理示意图；

图3为本实用新型一种多旋翼飞行器远程服务站的无线电定位信号发生器的电路原理示意图；

图4为本实用新型一种多旋翼飞行器远程服务站的卫星定位与通信终端的原理示意图；

图5为本实用新型一种多旋翼飞行器远程服务站的无线中继通信模块的原理示意图。

具体实施方式

如图1-5之一所示，本实用新型公开了一种多旋翼飞行器远程服务站，其包括塔杆10，塔杆10上端设有防护壳体1，防护壳体1的上端面设有太阳能电池板2和卫星定位与通信终端5，太阳能电池板2安放在远程服务站上部不被遮挡的位置，除了便于采光，还起到为远程服务站提供一定的遮风挡雨作用；卫星定位与通信终端5位于太阳能电池板2一侧，防护壳体1内设有电源变换器3、无线充电座4和无线电定位信号发生器6，塔杆10上设有无线电中继通信模块7和中继通信天线，卫星定位与通信终端5、无线电定位信号发生器6和无线电中继通信模块7分别连接电源变换器3，卫星定位与通信终端5用于获取本地的定位信息，并通过卫星进行远程通信；无线电定位信号发生器6用于提供信标信号，并辅助飞行器准确停靠远程服务站；无线电中继通信模块7配合中继通信天线为飞行器提供无线中继通信服务；太阳能电池板2用于太阳能发电，太阳能电池板2连接电源变换器3，电源变换器3内置有储能电池，电源变换器3将太阳能电池板2的电能转存至储能电池，无线充电座4连接电源变换器3；无线充电座4设有与飞行器配合的无线接口，并通过无线方式对飞行器充电。

进一步地，无线充电座4还与市电连接，并将市电转换无线充电座4所需的电源。

进一步地，如图2所示，电源变换器3包括充电检测与控制电路以及依次连接的输入滤波与保护电路、高频变换器和整流滤波与稳压电路，充电检测与控制电路的输入端连接整流滤波与稳压电路的输出端，充电检测与控制电路的输出端连接高频变换器。

进一步地，如图3所示，无线电定位信号发生器6包括高频载波发生器、调制码发生器、高频调制器和射频滤波与放大器，高频载波发生器和调制码发生器分别连接高频调制器，高频调制器的输出端连接射频滤波与放大器，射频滤波与放大器输出射频信标信号。

进一步地，如图4所示，卫星定位与通信终端5包括数据处理器，数据处理器的输出端连接发射信号调制器的输入端，发射信号调制器的输出端连接射频通道，并通过射频通道连接功率放大器，并通过功率放大器连接收发天线，收发天线还与低噪放大器的输入端连接，低噪放大器的输出端连接射频通道，并通过射频通道连接基带信号处理器的输入端，基带信号处理器的输出端连接数据处理器的输入端。

进一步地，中继通信天线包括中继通信上行天线8、中继通信下行天线9和横杆11，横杆11套设在塔杆10上，中继通信上行天线8和中继通信下行天线9分别设于横杆11的两端。

进一步地，如图5所示，中继通信模块包括两路通信通路，每路通信通路均包括依次连接的双工器、低噪声放大器、第一变频器、中频AGC放大器、第二变频器和射频放大器，每路通信通路的射频放大器均与另一路通信通路的双工器连接，其中一路通信通路的双工器连接中继通信天线的中继通信上行天线8，另一路通信通路的双工器连接中继通信天线的中继通信下行天线9。

下面就本实用新型的工作原理做详细说明：

1、远程服务站通过卫星定位和通信装置实时地将工作状态和位置等信息发送给远程管理中心，也和本地无线电定位飞行器进行数据交互。当收到远程管理中心的指派后，起飞停靠于其上的相应多旋翼飞行器前往任务点执行任务。在飞行器执行任务过程当中，远程服务站充当远程管理中心和飞行器之间的信息中转站，通过服务站上带有的无线电通信装置传输它们之间的各类信息、数据和指令。当飞行器电量不足后，远程管理中心给就近的远程服务站发送指令，指派相应的飞行器飞往任务点接替原飞行继续完成任务。此时原飞行器利用远程服务站上的无线电定位系统准确地停靠在服务站上的指定位置进行充电。同时，远程服务站上的防护装置可确保远程服务站及所停靠的飞行器不因风吹、雨淋和外力而遭到破坏。

本实用新型所描述的技术方案，能够搭建出一套完整的多旋翼飞行器远程服务站平台。利用多旋翼飞行器结构简单、灵活度高、维护成本低等优点，将多旋翼飞行器停靠于远程服务站平台，便于任务的执行。同时，飞行器与远程服务站交互、远程管理中心与服务站交互以及远程服务站的充电功能，帮助飞行器解决了信息无法实现任意距离传输和续航能力差的问题。本方案大大提高了飞行器执行任务的效率，使飞行器的应用场合更为广泛。

2、本实用新型的远程服务站采用的卫星定位和通信装置的具体的技术方案。

目前主流的户外定位系统有美国的全球定位系统(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS)、欧洲的伽利略(GALILEO)系统、中国的北斗卫星导航系统、基站定位系统。本方案用于室外定位的技术可以是其中的任意一种，具体采用的室外定位技术可根据具体需要而进行选择。

为了体现能够应急通信这一优势，在本实施例中所用的室外定位技术为中国北斗卫星导航系统。北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10纳秒。在本方案中，飞行器执行任务和返回远程服务站都需要定位技术。本领域的技术人员须知北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，用户可以一次传送40-60个汉字的短报文信息。若飞行器在执行任务过程中，在通信范围内没有可进行无线传输的远程服务站，此时可与北斗卫星导航系统进行应急通信，保证信息的传输。

显然，北斗具有的短报文通信能力，使得飞行器在寻找不到可以进行通信的远程服务站时可以提供应急通信的渠道，保证整个系统能够运行下去，更好地完成任务。

3、本实用新型的远程服务站优先采用的无线电定位系统的技术方案。

目前主流的室内定位技术有 Wi-Fi技术、蓝牙信标技术、红外线技术、超宽带UWB技术、RFID技术、ZigBee技术、超声波技术。本方案用于室内定位的技术可以是其中的任意一种，具体采用的室内定位技术可根据具体需要而进行选择。

其中由于超宽带UWB定位技术具有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、能提供精确定位精度等优点。优选的，在此实施例中采用超宽带UWB技术进行飞行器的室内定位导航。本方案在飞行器飞回远程服务站过程中，先由户外定位技术导航到远程服务站10M范围内，再由超宽带UWB技术进行室内定位，提高定位精度，保证飞行器能够准确地降落到远程服务站的指定充电位置完成充电动作。

4、本实用新型提出了此远程服务站优选的无线电中继通信设备所采用的数字电视传输标准。

目前主流的数字电视标准有美国的ATSC数字电视国家标准、欧洲的DVB数字视频广播标准、日本的ISDB地面数字广播标准以及中国的DTMB数字地面多媒体广播标准。方案用于通信的标准可以是其中的任意一种，具体采用哪张标准可根据具体需要而进行选择。

由于DTMB标准(数字电视地面广播传输系统)相对于其它标准具有传输效率高、抗多径干扰能力强、信道估计性能良好和适于移动接收等优点，优选的，在此实施例中采用DTMB作为传输的标准。飞行器在执行任务时将信息回传给远程服务站，在移动接收会产生了多普勒效应和遮挡干扰。此时利用DTMB标准的优点，通过无线电中继通信装置，远程服务站能够向飞行器和远程管理中心提供无线中转传输服务，传输它们之间的各类信息、数据和指令。

5、本实用新型提出了此远程服务站中充电结构及防护装置的实现方法。

目前市面上为解决飞行器续航能力差而发明的飞行器充电桩的充电形式主要分为两种，有线充电和无线充电。本方案中在远程服务站设立的充电桩可以是有线充电的形式，也可以是无线充电的形式。具体采用的充电方式，可以根据具体的需求而进行选择。充电桩需要有相应的信标能够让飞行器自动地停靠到指定位置，若是采用有线充电的方式则需要利用充电桩的机械结构完成充电动作，无线充电则需要在充电平面上设立不同的电极完成充电。

当然，考虑到外力因素会对远程服务站造成一定的破坏，此实施例中还考虑了对远程服务站加的一些防护装置。这包括便于飞行器停靠充电的固定装置以及远程服务站外部的遮蔽防护装置。

综上所述，本实用新型设计了一种多旋翼飞行器远程服务站的实现方案。创新点在于多旋翼飞行器远程服务站通常固定安装在各种塔杆上，远程服务站内设有充电设备，充电设备的供电来源于市电（有市电条件下）或太阳能电池（无市电条件下）。执行各类飞行任务的多旋翼飞行器可随时停靠在远程服务站上，利用远程服务站中的充电设备对飞行器进行充电；远程服务站具有一定的遮雨避风功能，适合于飞行器长时间停留；远程服务站可兼具定位和通信功能，可协助飞行器进行准确定位，并为飞行器提供中继通信服务。

本实用新型采用以上技术方案，执行各类任务的飞行器通过自身带有的全球卫星定位功能，完成飞行器室外巡航任务，并在靠近远程服务站后，利用远程服务站提供的无线电定位信号，对飞行器进行高精度定位，完成飞行器在远程服务站上的准确降落停靠；飞行器完成停靠后，可利用远程服务站上提供的无线充电设备完成对飞行器充电。与此同时，远程服务站上的卫星定位与通信装置可将本地信息和数据发送给远程管理系统，并从远程管理平台获取各类指令和信息。此外，远程服务站上的无线中继通信设备，可以成为附近飞行中的无人机与远程管理监控平台之间的通信中继转发站。

最后需要说明的是，上述说明仅是本实用新型的最佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims (7)

1.一种多旋翼飞行器远程服务站，其特征在于：其包括塔杆，塔杆上端设有防护壳体，防护壳体的上端面设有太阳能电池板和卫星定位与通信终端，卫星定位与通信终端位于太阳能电池板一侧，防护壳体内设有电源变换器、无线充电座和无线电定位信号发生器，塔杆上设有无线电中继通信模块和中继通信天线，卫星定位与通信终端、无线电定位信号发生器和无线电中继通信模块分别连接电源变换器，卫星定位与通信终端用于获取本地的定位信息，并通过卫星进行远程通信；无线电定位信号发生器用于提供信标信号，并辅助飞行器准确停靠远程服务站；无线电中继通信模块配合中继通信天线为飞行器提供无线中继通信服务；太阳能电池板用于太阳能发电，太阳能电池板连接电源变换器，电源变换器内置有储能电池，电源变换器将太阳能电池板的电能转存至储能电池，无线充电座连接电源变换器；无线充电座设有与飞行器配合的无线接口，并通过无线方式对飞行器充电。

2.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器远程服务站，其特征在于：无线充电座还与市电连接，并将市电转换无线充电座所需的电源。

3.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器远程服务站，其特征在于：电源变换器包括充电检测与控制电路以及依次连接的输入滤波与保护电路、高频变换器和整流滤波与稳压电路，充电检测与控制电路的输入端连接整流滤波与稳压电路的输出端，充电检测与控制电路的输出端连接高频变换器。

4.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器远程服务站，其特征在于：无线电定位信号发生器包括高频载波发生器、调制码发生器、高频调制器和射频滤波与放大器，高频载波发生器和调制码发生器分别连接高频调制器，高频调制器的输出端连接射频滤波与放大器，射频滤波与放大器输出射频信标信号。

5.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器远程服务站，其特征在于：卫星定位与通信终端包括数据处理器，数据处理器的输出端连接发射信号调制器的输入端，发射信号调制器的输出端连接射频通道，并通过射频通道连接功率放大器，并通过功率放大器连接收发天线，收发天线还与低噪放大器的输入端连接，低噪放大器的输出端连接射频通道，并通过射频通道连接基带信号处理器的输入端，基带信号处理器的输出端连接数据处理器的输入端。

6.根据权利要求1所述的一种多旋翼飞行器远程服务站，其特征在于：中继通信天线包括中继通信上行天线、中继通信下行天线和横杆，横杆套设在塔杆上，中继通信上行天线和中继通信下行天线分别设于横杆的两端。

7.根据权利要求1或6所述的一种多旋翼飞行器远程服务站，其特征在于：中继通信模块包括两路通信通路，每路通信通路均包括依次连接的双工器、低噪声放大器、第一变频器、中频AGC放大器、第二变频器和射频放大器，每路通信通路的射频放大器均与另一路通信通路的双工器连接，其中一路通信通路的双工器连接中继通信天线的中继通信上行天线，另一路通信通路的双工器连接中继通信天线的中继通信下行天线。