CN215010522U - 一种长航时无人机的地面通讯控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种长航时无人机的地面通讯控制系统，属于无人机控制领域，为解决无人机传输距离受限、传输延迟高以及图像质量不足的问题；包括指挥控制设备和视距设备；视距地面指挥控制车设置有供电设备；指挥控制设备包括交换机、飞行监控席位、链路监控席位和任务监控/处理席位；通过网线或无线网络与交换机连接完成数据传输；交换机通过网线连接在视距链路地面数据终端，视距机载数据终端利用搭载的通讯天线，与视距链路地面数据终端通过无线信号传输建立连接。结合卫星信号传输，提高图像清晰度的同时保证传输效率，取消了受限距离，传输速率大幅度提升，取消了中继放大的繁琐过程，提供了更高效、高速、应用范围广的更具优势的方案。

Description

一种长航时无人机的地面通讯控制系统

技术领域

本实用新型涉及地面通讯控制技术，具体涉及一种长航时无人机的地面通讯控制系统，属于云端数据处理的终端应用领域。

背景技术

无人机通信系统为无人机测控系统提供传输通道，将测控站对无人机的控制指令传送至无人机，并将无人机侦察信息(图像)及遥测数据发送回测控站。指挥控制设备(GCS)完成链路监控、任务载荷控制、飞行控制以及信息处理。

无人机不仅可以用于侦查，还可以作为通信平台，与卫星通信平台相比，系统构筑简单，高速、低滞后通信能力，为满足上述要求，必须努力开发新技术。

无人机作为通信系统利用的波段---视距状态的空地直接链路。中远距离：C/X波段；中近距离：KuKa波段。虽然频率高，电波的空中传输损失越大，但利用同样规模的指向性天线可以利用指向性增益。而在低频区，电波混杂程度不断增大，这是一个需要解决的问题。

在无人机之间采用Ku波段和Ka波段(高空)，高度越高，即便采用高频，为减少损失，也必须选择适当的频率，在使用双向指向性天线的远距离通信中继中，如果与空地链路的频率不同，也会有相当的技术问题。而且由于无人机上上装备天线等的能力有限，同样限制了传输距离和速度，在双向传输中的指向性天线的控制功能，以及与中继机的通融性即加入和脱离通信系统等功能方面还有很多必须解决的问题。现有的无人机的通讯方式通常分为WIFI传输、模拟信号传输或自行研发的传输硬件，WIFI是可以做到600-800米左右的通信距离的，通常是经过中继放大的，WIFI的缺点是受带宽限制通常图像的质量会比较差，延时也比较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有无人机传输距离受限、传输延时高以及图像质量差的问题，提出了一种长航时无人机的地面通讯控制系统，本实用新型具体方案如下：

一种长航时无人机的地面通讯控制系统，该系统包括指挥控制设备和视距设备；指挥控制设备搭载于视距地面指挥控制车上；视距地面指挥控制车设置有供电设备；

指挥控制设备包括交换机、飞行监控席位、链路监控席位和任务监控/处理席位；

视距设备包括是视距机载数据终端和视距链路地面数据终端，视距链路地面数据终端设置有通讯天线；

其中飞行监控席位、链路监控席位和任务监控/处理席位，通过网线或无线网络与交换机连接完成数据传输；

交换机通过网线连接在视距链路地面数据终端，视距机载数据终端利用搭载的通讯天线，与视距链路地面数据终端通过无线信号传输建立连接。

具体地，所述视距机载数据终端包括L波段机载数据终端、UHF波段机载数据终端和图像压缩设备，

L波段机载数据终端包括L全向天线、L收发组合模块；

UHF波段机载数据终端包括UHF全向天线、UHF收发组合模块；

UHF全向天线和L全向天线分别与视距链路地面数据终端设置的通讯天线建立无线传输；

L收发组合模块包含的L波段作为主链路、UHF收发组合包含的UHF波段作为副链路，与图像压缩设备通过无线信号连接，形成来自L全向天线、UHF全向天线的以及图像压缩设备的交互信息链路。

具体地，所述图像压缩设备采用H.264格式的图片。

具体地，所述UHF全向天线垂直安装在机身中后部机顶位置；所述L机载全向天线垂直安装在机头机腹位置。

具体地，所述图像压缩设备与L收发组合距离在0.5m之内。

具体地，所述L全向天线到L收发组合模块距离在2m之内；UHF全向天线到UHF 收发组合模块距离在2m之内。

本实用新型的有益效果体现在：

本实用新型的地面通讯控制系统用于长航时无人机系统的飞行控制和数据传输，视距测控链路由视距链路机载数据终端(ADT)和地面测控终端(GDT)组成，用于完成无人机和载荷的实时控制，以及无人机飞行状态信息、飞行参数、任务载荷数据及链路工作状态的实时传输等。

本实用新型通过建立视距通信结合卫星信号传输，提高图像清晰度的同时保证传输效率，由于无人机良好的通讯控制装置需求极大，因此本实用新型通讯距离将不局限于传统传输，取消了受限距离，传输速率大幅度提升，取消了中继放大的繁琐过程，在无人机控制方面提供了更高效、高速、应用范围广的更具优势的方案；具体的参数比对如下：

附图说明

图1为本实用新型地面通讯控制系统整体结构框图；

图2为视距机载数据终端结构示意图

图3为图像压缩设备工作过程示意图；

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

一种长航时无人机的地面通讯控制系统，该系统包括指挥控制设备和视距设备两部分；指挥控制设备搭载于视距地面指挥控制车上；视距地面指挥控制车设置有供电设备；指挥控制设备包括交换机、飞行监控席位、链路监控席位和任务监控/处理席位；视距设备包括是视距机载数据终端和视距链路地面数据终端，视距链路地面数据终端设置有通讯天线；其中飞行监控席位、链路监控席位和任务监控/处理席位，通过网线或无线网络与交换机连接完成数据传输；交换机通过网线连接在视距链路地面数据终端，视距机载数据终端利用搭载的通讯天线，与视距链路地面数据终端通过无线信号传输建立连接。

根据上述系统介绍具体的实施过程：

1.地面测控设备与机载测控设备：

地面测控设备与机载测控设备共同完成对无人机的遥控、遥测、跟踪和图像(数据)传输。测控设备具有双工L波段上、下行信道。系统综合利用上行遥控和下行遥测信息实现闭环测距。同时设计双工UHF上、下行链路作为备份链路以提高系统安全性。

为了保证数据的可靠传输，上行遥控采用加扰、直接序列扩频抗干扰传输技术，下行传输采用宽带数据(图像压缩数据或宽带数字信息)与遥测复合共信道传输。

视距链路与指挥控制设备主要完成地面指挥控制车与无人机之间遥控、遥测信息和图像信息的传输功能。视距链路设备具备双链路，主链路采用L波段，备份链路采用UHF波段；在视距范围内，能够通过主链路传输遥控、遥测和航摄数据(包括可见光、红外视频及SAR数据)；在视距范围内，能够通过备份链路传输遥控数据；具备测距测角功能，能对无人机进行跟踪定位。

2.指挥控制站：

指挥控制站主要功能包括飞行监控、任务载荷监控与处理、链路及系统状态监控、航迹规划与显示及数据管理、记录、分析和回放等，具体功能如下：

飞行监控、航迹及参数处理功能

具有无人机地面检测功能；

具有对飞行平台的控制指令发送功能；

具有遥测数据获取、解析能力；

具有预置航迹、真实航迹显示功能；

具有平台飞行参数、设备状态及参数显示与报警功能；

具有地理信息、综合态势显示能力；

任务载荷监控与处理功能；

具有从下传的复合数据中提取图像数据能力；

具有光电吊舱图像数据解压缩和显示能力；

具有多型任务设备控制能力；

链路及系统状态监控功能；

具有链路选择和参数设置功能(ADT、GDT)；

具有链路状态监控功能和链路故障报警功能(ADT、GDT)；

具有链路状态上报功能；

数据管理、记录、分析和回放；

具有接收视距链路的下传复合数据并记录的能力；

具有遥控数据记录功能；

具有链路监控数据记录功能；

记录的数据可检索、查询；

下行原始数据具有回放、分析功能；

上行控制数据具有回放、分析功能；

伺服定标数据具有回放功能；

上下行数据分析功能。

3.设备组成：

设备组成:视距机载数据终端安装在无人平台上，用于接收视距地面站的控制指令以及向视距地面站发送遥测信息。机载数据终端进行了小型化设计，分机设备重新进行了功能划分和小型化一体设计。机载数据终端由两大部分组成：L波段机载数据终端、UHF波段机载数据终端。L波段机载数据终端包括L全向天线、L收发组合、图像压缩设备，UHF 波段机载数据终端包括UHF全向天线、UHF收发组合，共五个现场可更换单元。

4.图像压缩设备:

图像编码设备是机载数据终端设备的主要设备之一，主要完成模拟PAL视频和SDI视频信号的数字化处理、压缩，并进行实时传输。图像编码单元图像采用H.264的格式对图像进行压缩处理图。像编码单元对PAL，SDI视频进行采集、压缩、编码处理，然后根据指令选择一路数字图像数据送L收发组合进行下行传输。

5.视距链路与指挥控制设备：

视距链路与指挥控制设备由指挥控制站和视距链路设备组成，用于在无人机起降阶段和视距范围内对无人机和载荷的实时控制，以及无人机飞行状态信息、飞行参数、任务载荷数据及链路工作状态的实时传输等，视距链路与指挥控制设备见图1所示。

视距链路设备包括视距链路机载数据终端(ADT)和视距地面数据终端(GDT)，视距链路设备为无人机和地面指挥控制车搭建起L波段和UHF波段两条链路，L波段视距链路作为主链路，采用上行窄带和下行宽带非对称形式，上行用于传输遥控指令，下行用于传输图像遥测高速信息；UHF波段视距链路作为副链路，上、下行分别用于传输遥控指令、遥测数据窄带信息。

指挥控制站(GCS)可通过控制台的方式实现飞行监控、任务载荷监控与处理、链路及系统状态监控、任务规划、航迹及参数处理及数据管理、记录、分析和回放等功能。

6.机载设备尺寸:

图像压缩设备外廓尺寸(不含接插件)<_158mmX113mmX63mmo；

L收发组合外廓尺寸(不含接插件)<_215mm X 156mm X 91mm；

UHF收发组合外廓尺寸(不含接插件)<_165mm X 156mm X 65mm；

7.机载设备装机需求:

UHF机载全向天线垂直安装在机身中后部机顶位置，与GPS天线保持一定距离，机体对信号有遮挡时应将天线延长安装L机载全向天线垂直安装在机头机腹位置，与GPS天线保持一定距离，机体对信号有遮挡时应将天线延长安装；图像压缩设备与L收发组合距离在0.5m之内；链路设备与天线之间射频信号传输有损耗，天线到链路设备距离尽量短，L 波段设备距离在2m之内、UHF波段设备距离在2m之内；飞机平台应为机载设备提供良好的搭接共地条件；机载设备应该有良好的通风散热条件。

8.使用环境:

工作温度:

地面设备：低温-40℃，高温+55℃(舱外设备)；

低温-10℃，高温+55℃(舱内设备)；

贮存温度:

低温-40℃，高温+65℃(显示器等除外)；

相对湿度：95％±3％，40℃，非凝结。

8.供电要求:

视距地面指挥控制车的供电要求是220V×(1±10％)(50Hz/60Hz单相交流电)，可用自备油机或市电供电。方舱供电需要连接两根供电线缆，一根是为舱内设备供电，另一根是为空调系统供电。正常情况下，两根供电线缆分别给舱内设备和空调系统供电，紧急情况下，为空调系统的供电可通过在电源配电箱上的开关切换到为舱内设备供电。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种长航时无人机的地面通讯控制系统，其特征在于：该系统包括指挥控制设备和视距设备；指挥控制设备搭载于视距地面指挥控制车上；视距地面指挥控制车设置有供电设备；

指挥控制设备包括交换机、飞行监控席位、链路监控席位和任务监控/处理席位；

视距设备包括是视距机载数据终端和视距链路地面数据终端，视距链路地面数据终端设置有通讯天线；

其中飞行监控席位、链路监控席位和任务监控/处理席位，通过网线或无线网络与交换机连接完成数据传输；

交换机通过网线连接在视距链路地面数据终端，视距机载数据终端利用搭载的通讯天线，与视距链路地面数据终端通过无线信号传输建立连接。

2.根据权利要求1所述一种长航时无人机的地面通讯控制系统，其特征在于：所述视距机载数据终端包括L波段机载数据终端、UHF波段机载数据终端和图像压缩设备；

L波段机载数据终端包括L全向天线、L收发组合模块；

UHF波段机载数据终端包括UHF全向天线、UHF收发组合模块；

UHF全向天线和L全向天线分别与视距链路地面数据终端设置的通讯天线建立无线传输；

L收发组合模块包含的L波段作为主链路、UHF收发组合包含的UHF波段作为副链路，与图像压缩设备通过无线信号连接，形成来自L全向天线、UHF全向天线的以及图像压缩设备的交互信息链路。

3.根据权利要求2所述一种长航时无人机的地面通讯控制系统，其特征在于：所述图像压缩设备采用H.264格式的图片。

4.根据权利要求2所述一种长航时无人机的地面通讯控制系统，其特征在于：所述UHF全向天线垂直安装在机身中后部机顶位置；所述L全向天线垂直安装在机头机腹位置。

5.根据权利要求4所述一种长航时无人机的地面通讯控制系统，其特征在于：所述图像压缩设备与L收发组合距离在0.5m之内。

6.根据权利要求5所述一种长航时无人机的地面通讯控制系统，其特征在于：所述L全向天线到L收发组合模块距离在2m之内；UHF全向天线到UHF收发组合模块距离在2m之内。

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