CN211577743U

CN211577743U - 用于监测飞行器的空域监测设备、空域监测系统

Info

Publication number: CN211577743U
Application number: CN202020593457.9U
Authority: CN
Inventors: 王军
Original assignee: Zhengzhou University of Aeronautics
Current assignee: Zhengzhou University of Aeronautics
Priority date: 2020-04-20
Filing date: 2020-04-20
Publication date: 2020-09-25
Anticipated expiration: 2030-04-20

Abstract

一种用于监测飞行器的空域监测设备，属于飞行器监测领域。它包括一对多或多对多通信连接的控制中心侧装置和飞行器侧装置；控制中心侧装置包括分别与第一通信模块、输出模块信号耦合连接的第一控制模块；飞行器侧装置包括用于输出飞行器的高度信号和通信开关信号的高度计、用于输出飞行器的位置信号的定位模块和用于根据通信开关信号发送位置信号、高度信号及飞行器侧装置编码至第一通信模块的第二通信模块。一种空域监测系统，包括多个飞行器和前述的用于监测飞行器的空域监测设备，飞行器侧装置安装在飞行器上，且飞行器侧装置编码对应于一个且唯一对应于一个飞行器。它可以降低设备硬件要求，并更为突出低空区域内的危险飞行器。

Description

用于监测飞行器的空域监测设备、空域监测系统

技术领域

本实用新型涉及飞行器监测技术领域，具体涉及一种用于监测飞行器的空域监测设备、空域监测系统。

背景技术

在飞控领域，一般认为飞行高度低于1000米的飞行器为低空飞行器，飞行高度高于1000米的飞行器为中高空飞行器。

无人机为新兴的大众化消费品，其拥有者来源较为广泛。为实现无人机的有效管理，需要及时的获知无人机的位置。专利文献CN207799469U记载了一种基于ARM-M3内核芯片的无人机飞行控制系统，包括ARM-M3内核的主控芯片，以及连接于所述主控芯片的2.4G无线通信模块、图传模块、光流模块、GPS定位模块、气压计、地磁计、陀螺仪和加速度计；其中，陀螺仪、加速度计、气压计和地磁计均通过I2C总线向所述主控芯片传输信号，图传模块、光流模块和GPS定位模块分别连接至所述主控芯片的三个UART接口。应用该技术方案的产品主要用于无人机操控人员操控无人机，无人机操控人员与无人机飞行控制系统具有唯一对应关系。

随着建筑技术现代化的发展，城市内建筑越来越高。通信公司为提高服务质量，均会在城市内增强无线通信信号的对空覆盖。一般的，在城市内，无线通信信号的对空通信高度会超过1000米。

实用新型内容

本实用新型的第一发明目是提供一种用于监测飞行器的空域监测设备，以解决现有技术中不存在能够监测空域内飞行器的设备的技术问题。

本实用新型的第二发明目的是提供一种空域监测系统，以解决现有技术中空域监测系统不能够监测空域内小行飞行器的技术问题。

为实现本实用新型的第一发明目的，可以根据需要选用如下技术方案：

一种用于监测飞行器的空域监测设备，包括控制中心侧装置和飞行器侧装置，所述控制中心侧装置与所述飞行器侧装置一对多或多对多通信连接；所述控制中心侧装置包括第一控制模块、输出模块和第一通信模块，所述第一控制模块分别与所述第一通信模块、输出模块信号耦合连接；所述飞行器侧装置包括定位模块、高度计和第二通信模块，所述高度计用于输出飞行器的高度信号和通信开关信号，所述定位模块用于输出飞行器的位置信号，所述第二通信模块用于根据所述通信开关信号发送所述位置信号、高度信号及飞行器侧装置编码至所述第一通信模块。

优选的，还包括移动侧装置，所述移动侧装置与所述控制中心侧装置多对一或一对一通信连接。

优选的，所述飞行器侧装置编码唯一对应于该飞行器侧装置中的第二控制模块、定位模块、高度计或第二通信模块的硬件识别编码。比如，若第二通信模块包括对应有硬件识别编码的SIM通信模块，则SIM通信模块的硬件识别码就属于一种飞行器侧编码。硬件识别编码指在制造硬件时，硬件内置的标识结构对应形成的硬件识别编码。

优选的，所述定位模块包括GPS定位单元。其中，GPS定位单元应作广义理解，其可以是美国的GPS定位系统的GPS定位单元，可以是中国的北斗定位系统的北斗定位单元，也可以是俄罗斯的GLONASS定位系统的定位单元，还可以是欧洲的Calileo定位系统的定位单元。

优选的，所述飞行器侧装置还包括第二控制模块，所述第二控制模块分别与所述第二通信模块、高度计、定位模块信号耦合连接。

优选的，所述第一通信模块通过5G NR、TD-LTE、FDD-LTE、WCDMA、HSPA+、DC-HSDPA、EVDO、CDMA1X、EDGE和GPRS通信方式中的至少一种与所述第二通信模块通信连接。

优选的，所述第一通信模块通过卫星通信系统与所述第二通信模块通信连接。

在本实用新型中，高度计有两个功能：输出与高度相关的信号，输出设定高度开关信号；高度计与第二控制模块配合时，第二控制模块的其中一个功能是解码高度信号对应的数据；另一个功能是输出高度开关信号。

为实现本实用新型的第二发明目的，可以根据需要选用如下技术方案：

一种空域监测系统，包括多个飞行器和前述的用于监测飞行器的空域监测设备，所述飞行器侧装置安装在所述飞行器上，且所述飞行器侧装置编码对应于一个且唯一对应于一个所述飞行器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.本实用新型的控制中心侧装置区别于飞行器的控制装置，因为飞行器的控制装置与飞行器具有唯一对应的通信控制关系，但本实用新型的控制中心侧装置与飞行器侧装置为多对多或一对多的通信关系。使用时，飞行器侧装置安装在飞行器上。空域监测区域有一个最低高度，在飞行器高度＜最低高度时，高度计输出通信关闭信号，第二通信模块停止工作或休眠；在飞行器高度≥最低高度时，高度计输出通信开通信号，第二通信模块发送位置信号、高度信号及飞行器侧装置编码至第一通信模块，这样，通过控制中心侧装置的输出模块就可以得到低空监测区域中的飞行器侧装置的位置。通过设置最低高度，可以排除大量的未处于飞行状态的飞行器显示在控制中心侧装置的输出模块上，降低设备硬件要求，也可以明确低空区域内的危险飞行器。

2. 5G NR、TD-LTE、FDD-LTE、WCDMA、HSPA+、DC-HSDPA、EVDO、CDMA1X、EDGE和GPRS通信方式的特点决定了用于监测飞行器的空域监测设备仅适用于监测低空空域内的飞行器；卫星通信的信号覆盖范围更宽，用于监测飞行器的空域监测设备可以用于监测中高空空域内的飞行器。

附图说明

图1为本实用新型一种用于监测飞行器的空域监测设备的供电模块的电路图。

图2为本实用新型一种用于监测飞行器的空域监测设备的控制模块的电路图。

图3为本实用新型一种用于监测飞行器的空域监测设备的通信模块的电路图。

图4为本实用新型一种用于监测飞行器的空域监测设备的RS232接口模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图，以实施例的形式说明本实用新型，以辅助本技术领域的技术人员理解和实现本实用新型。除另有说明外，不应脱离本技术领域的技术知识背景理解以下的实施例及其中的技术术语。

在现有技术中，现有的无人机包括有第二控制模块、定位模块、高度计和第二通信模块，其第二控制模块一般为单片机，定位模块一般为GPS定位装置，高度计一般为气压传感式高度计，第二通信模块一般为现有的5G NR、TD-LTE、FDD-LTE、WCDMA、HSPA+、DC-HSDPA、EVDO、CDMA1X、EDGE和GPRS形成的单模或多模通信模块。其高度计仅用于获取高度参数，以修正定位模块的高度误差，获得更精准的定位。

本实用新型的一种用于监测飞行器的空域监测设备，包括控制中心侧装置和飞行器侧装置，控制中心侧装置与飞行器侧装置一对多或多对多通信连接。根据需要，本实用新型的一种用于监测飞行器的空域监测设备还可以包括移动侧装置，移动侧装置与控制中心侧装置多对一或一对一通信连接。

其中，控制中心侧装置可以包括第一控制模块、输出模块和第一通信模块，第一控制模块分别与第一通信模块、输出模块信号耦合连接。第一控制模块可以选择单片机，或等效控制电路。输出模块可以选择显示器、报警器或打印机等。以第一控制模块是单片机，第一通信模块为SIM800C通信模块，输出模块为显示器为例，单片机的多个GPIO引脚分别与SIM800C通信模块、显示器对应电连接。一般的，控制中心侧装置还可以包括输入模块，输入模块可以选择开关输入、电位器输入、触模屏输入等，输入模块的输出端与单片机的GPIO引脚对应连接。第一控制模块还可以使用电子计算机，电子计算机一般均带有RS232接口。电子计算机的RS232接口与图1-4所示的电路连接，借助现有的通信网络就能实现控制中心侧装置与飞行器侧装置一对多或多对多的通信连接。

其中，飞行器侧装置包括定位模块、高度计和第二通信模块。优选的，飞行器侧装置还可以包括第二控制模块，若飞行器侧装置包括有第二控制模块，第二控制模块分别与第二通信模块、高度计、定位模块信号耦合连接。以飞行器侧装置包括第二控制模块为例，第二控制模块选择单片机；定位模块选择GPS定位模块；高度计选择MS5611型高度计，MS5611型高度计可以采用SPI总线输出或I2C总线输出；第二通信模块需要与第一通信模块能够数据通信匹配，也可以选择SIM800C。单片机的GPIO引脚分别与GPS定位模块、高度计、第二通信模块对应电连接。在本实用新型中，高度计用于输出飞行器的高度信号和通信开关信号，具体实现时，参见图2，MS5611型高度计的SPI接口引脚与单片机的SPI接口对应电连接，单片机就可以获得MS5611型高度计输出的高度信号。同时，单片机的引脚59与第二通信模块的使能引脚电连接，以切换第二通信模块的工作模式，例如使第二通信模块处于休眠状态或工作状态。第二通信模块的使能引脚可以是第二通信模块本身就具有的使能引脚，也可以是单独为第二通信模块供电的电源模块具有的。参见图3，SIM800C通信模块支持4频GSM/GPRS通信，它与现有的通信网络配合可以实现无线通信和数据通信功能。当然，现有技术中还存在其它支持2G、3G、4G、5G功能或无线通信功能的通信模块，也是可以作为通信模块使用的。SIM800C通信模块的功率较大，图1中的LM2596-A型电源芯片构成的降压电路可以为其独立供电，LM2596-A型电源芯片的引脚5为使能引脚。使单片机的引脚59与LM2596-A型电源芯片的引脚5电连接，且单片机的引脚59的电平信号与LM2596-A型电源芯片的引脚5的使能信号相匹配。

定位模块用于输出飞行器的位置信号，定位模块包括GPS定位单元。其中，GPS定位单元应作广义理解，其可以是美国的GPS定位系统的GPS定位单元，可以是中国的北斗定位系统的北斗定位单元，也可以是俄罗斯的GLONASS定位系统的定位单元，还可以是欧洲的Calileo定位系统的定位单元。现有技术中，GYM2003B北斗一代RDSS通信模块兼具北斗定位和北斗短报文功能，其可以安装在飞行器上。图2中的STM32F103型单片机为一种控制模块，其采用图1中的LM1117-3.3型电源芯片构成的3.3VDC稳压输出电路供电。图4提供了一种5VDC高电平通信的RS232接口模块，ADUM5402型四通道数字隔离芯片作为STM32F103型单片机的3.3VDC高电平转5VDC高电平输出隔离电路。GYM2003B北斗一代RDSS通信模块的RS232接口与图4中的RS232接口模块对应电连接。图1中的LM1117-5.0型稳压输出模块用于输出5VDC电压，为GYM2003B北斗一代RDSS通信模块供电。

借助现有的通信网络，飞行器控制器侧安装如图3所示的SIM800C通信模块就可以实现飞行器的定位及飞行器与飞行器控制器的通信功能。相对于SIM800C的GSM/GPRS通信，北斗短报文功能属于卫星通信，其可以适应飞行器在＞1000米与飞行器控制器的通信需求。若使用GYM2003B北斗一代RDSS通信模块的短报文通信功能，则STM32F103型单片机就兼具开启、关闭GYM2003B北斗一代RDSS通信模块通信功能的结构。

第二通信模块用于根据通信开关信号发送位置信号、高度信号及飞行器侧装置编码至第一通信模块。对应于本实施例，当单片机的引脚59施加在LM2596-A型电源芯片的引脚5的电平＞1.6V时，第二通信模块关闭；当单片机的引脚23施加在LM2596-A型电源芯片的引脚5的电平＜1.6V时，第二通信模块工作，此时，第二通信模块发送位置信号、高度信号及飞行器侧装置编码至第一通信模块。其中，飞行器侧装置编码唯一对应于该飞行器侧装置中的第二控制模块、定位模块、高度计或第二通信模块的硬件识别编码。比如，若第二通信模块包括对应有硬件识别编码的SIM通信模块，则SIM通信模块的硬件识别码就属于一种飞行器侧编码。硬件识别编码指在制造硬件时，硬件内置的标识结构对应形成的硬件识别编码。

若本实用新型的用于监测飞行器的空域监测设备用于监测低空内的飞行器，则第一通信模块通过5G NR、TD-LTE、FDD-LTE、WCDMA、HSPA+、DC-HSDPA、EVDO、CDMA1X、EDGE和GPRS通信方式中的至少一种与所述第二通信模块通信连接。该些通信模式即可满足低于1000米内的空域通信要求。

若本实用新型的用于监测飞行器的空域监测设备用于监测中高空内的飞行器，第一通信模块通过卫星通信系统与第二通信模块通信连接。卫星通信系统可以满足低空、中高空内的空域通信要求。

本实用新型的一种空域监测系统，包括多个飞行器和前述的用于监测飞行器的空域监测设备，飞行器侧装置安装在飞行器上，且飞行器侧装置编码对应于一个且唯一对应于一个飞行器，其中，飞行器侧装置的部分元器件可以是飞行器本身自带的具有同种功能的元器件。控制中心侧装置可以设置在控制室内。使用时，设置高度计输出通信开关信号的阀值，例如，若高度计的高度＜地平线高度＋10m时，高度计输出电平＞1.6V；若高度计的高度＞地平线高度＋10m时，高度计输出电平＜1.6V。这样，在地平线高度＋10m下方的飞行器携带的飞行器侧装置均不与控制中心侧装置通信连接，控制中心侧装置的输出模块上均不显示这些飞行器；在地平线高度＋10m上方的飞行器携带的飞行器侧装置与控制中心侧装置通信连接，控制中心侧装置的输出模块上显示这些飞行器。这样可以过滤掉大量的未使用的飞行器，降低了飞行器侧装置工作时的电能消耗，也降低了该些飞行器占用的控制中心侧装置的硬件资源。

上面结合附图和实施例对本实用新型作了详细的说明。应当明白，实践中无法穷尽说明所有可能的实施方式，在此通过举例说明的方式尽可能的阐述本实用新型的发明构思。在不脱离本实用新型的发明构思、且未付出创造性劳动的前提下，本技术领域的技术人员对上述实施例中的技术特征进行取舍组合、具体参数进行试验变更，或者利用本技术领域的现有技术对本实用新型已公开的技术手段进行常规替换形成的具体的实施例，均应属于为本实用新型隐含公开的内容。

Claims

1.一种用于监测飞行器的空域监测设备，其特征在于，包括控制中心侧装置和飞行器侧装置，所述控制中心侧装置与所述飞行器侧装置一对多或多对多通信连接；所述控制中心侧装置包括第一控制模块、输出模块和第一通信模块，所述第一控制模块分别与所述第一通信模块、输出模块信号耦合连接；所述飞行器侧装置包括定位模块、高度计和第二通信模块，所述高度计用于输出飞行器的高度信号和通信开关信号，所述定位模块用于输出飞行器的位置信号，所述第二通信模块用于根据所述通信开关信号发送所述位置信号、高度信号及飞行器侧装置编码至所述第一通信模块。

2.如权利要求1所述的用于监测飞行器的空域监测设备，其特征在于，还包括移动侧装置，所述移动侧装置与所述控制中心侧装置多对一或一对一通信连接。

3.如权利要求1所述的用于监测飞行器的空域监测设备，其特征在于，所述飞行器侧装置编码唯一对应于该飞行器侧装置中的第二控制模块、定位模块、高度计或第二通信模块的硬件识别编码。

4.如权利要求1所述的用于监测飞行器的空域监测设备，其特征在于，所述定位模块包括GPS定位单元。

5.如权利要求1所述的用于监测飞行器的空域监测设备，其特征在于，所述飞行器侧装置还包括第二控制模块，所述第二控制模块分别与所述第二通信模块、高度计、定位模块信号耦合连接。

6. 如权利要求1所述的用于监测飞行器的空域监测设备，其特征在于，所述第一通信模块通过5G NR、TD-LTE、FDD-LTE、WCDMA、HSPA+、DC-HSDPA、EVDO、CDMA1X、EDGE和GPRS通信方式中的至少一种与所述第二通信模块通信连接。

7.如权利要求1所述的用于监测飞行器的空域监测设备，其特征在于，所述第一通信模块通过卫星通信系统与所述第二通信模块通信连接。

8.一种空域监测系统，包括多个飞行器和如权利要求1-7中任一种所述的用于监测飞行器的空域监测设备，所述飞行器侧装置安装在所述飞行器上，且所述飞行器侧装置编码对应于一个且唯一对应于一个所述飞行器。