CN216599621U - 一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及应急测绘中数据获取技术领域，公开了一种基于低轨卫星的无人机航拍影像传输系统，包括：一体化测绘无人机：用于拍摄地面影像，并将所述地面影像打包成数据包；低轨互联网卫星星座：由若干低轨卫星组成，若干所述低轨卫星通过星间链路通信连接，用于一体化测绘无人机与地面主站之间的数据传输；地面主站：用于接收所述低轨互联网卫星星座传输的数据包；图像处理中心：用于对所述数据包进行解压处理；终端部门：接收所述数据，并根据所述数据制定相应的指挥信息。本实用新型通过无人机航拍数据的卫星通信传输，使得应急测绘无通信覆盖范围限制，从而实现应急情况下，空间地理信息的获取及时性、可靠性，提高应急救援指挥水平。

Description

一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统

技术领域

本实用新型涉及应急测绘中数据获取技术领域，具体涉及一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统。

背景技术

我国西南地区由于地处亚欧板块和印度洋板块交界处，地壳活跃，地质构造复杂，地貌类型多、地势起伏大，季风气候，降水集中，夏季多暴雨等地质构造、习性、降水等原因，再加上人类工程活动强烈，造成地质灾害频繁发生，防治难度较大。近年来，无人机航空测绘以其以机动灵活、快速高效、使用成本低等优点，在突发公共事件发生后“第一时间”开展应急测绘发挥了重要作用，并成功应用于芦山地震、山体滑坡等自然灾害的应急测绘保障工作，为灾后开展决策部署、应急救援、灾情评估和灾后重建工作提供了辅助支撑。

但是，现行的无人机航测系统执行完航拍任务后，将无人机拍摄数据现场通过硬介质拷贝转存到地面工作站，再进行内业处理。该方法虽然能够为应急救援提供高精度的地理空间信息，但在时效性上仍然存在一定局限性。总而言之，传统的无人机航测数据传输通道的瓶颈限制，应急测绘成果获取存在严重脱节，无法实现真正实时获得第一手空间地理信息。

目前国外研制的“捕食者”“全球鹰”等中远程无人机系统，普遍采用同步通信卫星作为空中中继平台，构成卫星中继数据链，转发无人机的遥控指令和图像/遥测信息，并充分利用卫星波束的有效覆盖范围，实现无人机的超视距测控和信息传输。但国内外面向小型无人机系统的中继通信技术研究相对较少，无人机在应急测绘保障领域的中继通信技术应用更为稀缺。

实用新型内容

本实用新型提出一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，将无人机拍摄的影像整合成数据包，并通过机载宽带数据终端传输给低轨卫星，低轨卫星通过星间链路传输数据包，然后将数据包发送至图像处理中心，图像处理中心对数据包进行解压缩、校正、镶嵌等处理后，将测绘成果发送至应急救援中心指挥部等需求部门，实现应急测绘成果的实时发布，利用低轨卫星通信技术，将无人机拍摄的影像数据及时回传至地面，不仅提高了数据的有效性，还可以及时通过测绘成果查漏补缺，调整无人机飞行任务，解决了应急测绘中数据获取时效受地面通信限制的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，包括：

一体化测绘无人机：用于拍摄地面影像，并将所述地面影像打包成数据包，传输给低轨互联网卫星星座，同时，所述一体化测绘无人机还可以接受来自所述低轨互联网卫星星座传输的指挥信息；

低轨互联网卫星星座：由若干低轨卫星组成，若干所述低轨卫星通过星间链路通信连接，用于一体化测绘无人机与地面主站之间的数据传输；

地面主站：用于接收所述低轨互联网卫星星座传输的数据包，并将所述数据包传输给图像处理中心，同时，所述地面主站还用于接收终端部门的指挥信息，将所述指挥信息通过所述低轨互联网卫星星座发送给所述一体化测绘无人机；

图像处理中心：用于对所述数据包进行解压处理，并将解压后的所述数据包进行校正、镶嵌等图像处理后得到测绘成果，并将所述测绘成果通过地面专网或低轨卫星传送至终端部门；当测绘成果通过低轨卫星传输至终端部门时，需要在终端部门设置机载宽带终端。

终端部门：接收所述数据，并根据所述数据制定相应的指挥信息，并将所述指挥信息传输给所述地面主站。

作为优化，所述一体化测绘无人机包括航拍无人机，所述航拍无人机上设置有CCD相机系统、数据采集模块、机载宽带终端和无人机系统，所述CCD相机系统用于拍摄地面影像并将所述地面影像传输给所述数据采集模块，所述数据采集模块将所述地面影像转换为电子信号，并将所述电子信号传输给无人机系统，所述无人机系统用于接收所述电子信号并将所述电子信号打包成数据包，传输给所述机载宽带终端，所述机载宽带终端将所述数据包发送给所述低轨卫星；同时，所述机载宽带终端接收所述低轨卫星传输的指挥信息，并将所述指挥信息传输给所述无人机系统以控制航拍无人机的飞行，同时，所述无人机系统将所述指挥信息通过所述数据采集模块传输给所述CCD相机系统以控制CCD相机系统的拍摄。

作为优化，所述无人机系统包括控制单元，所述数据采集模块通过杜邦线与所述控制单元连接。

作为优化，所述数据采集模块还设有若干预设接口，若干所述预设接口包括但不限于 RJ-45、RS485总线接口、异步传输标准接口RS232和振弦传感器接口。

作为优化，所述机载宽带终端包括编码器、译码器、调制解调器、上变频、下变频和天线，所述编码器的输入端接收来自所述控制单元的数据包，并将所述数据包依次经编码、调制、上变频和天线传输给所述低轨互联网卫星星座，同时，所述天线还用于接收所述低轨互联网卫星星座传输的指挥信息，并将所述指挥信息依次通过下变频、解调、译码传输给控制单元。

作为优化，所述天线包括Ka波段馈源，所述机载宽带终端与低轨互联网卫星星座之间为Ka宽带通信体制。

作为优化，所述机载宽带终端与低轨互联网卫星星座之间的上行通信速率和下行通信速率均不大于60Mbps。

作为优化，所述航拍无人机还设有无人机电源，所述无人机电源为所述数据采集模块、机载宽带终端和无人机系统供电。

作为优化，所述航拍无人机上还设有GPS模块，所述GPS模块通过GPS卫星与所述地面主站通信连接。

作为优化，所述航拍无人机为无人直升机。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型利用卫星通信技术，利用机载宽带终端将一体化测绘无人机获取到的地面影像数据上传至低轨卫星星座，经由地面主站实现数据落地并路由至图像处理中心，生成专题图并分发至应急救援终端部门或其他需求部门，通过无人机航拍数据的卫星通信传输，使得应急测绘无通信覆盖范围限制，从而实现应急情况下，空间地理信息的获取及时性、可靠性，提高应急救援指挥水平。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型所述的一种基于低轨互联网卫星的无人机航拍数据传输系统的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

100-一体化测绘无人机100，110-CCD相机系统，120-数据采集模块，130-无人机系统， 140-机载宽带终端，141-编码器，142-调制解调器，143-上变频，144-译码器，145-下变频， 146-天线，200-低轨互联网卫星星座，210-低轨卫星，300-地面主站，400-图像处理中心， 500-终端部门。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

本实施例1提供一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，如图1所示，包括：

一体化测绘无人机100：用于拍摄地面影像，并将所述地面影像打包成数据包，传输给低轨互联网卫星星座200，同时，所述一体化测绘无人机100还可以接受来自所述低轨互联网卫星星座200传输的指挥信息；

低轨互联网卫星星座200：由若干低轨卫星210组成，若干所述低轨卫星210通过星间链路通信连接，用于一体化测绘无人机100与地面主站300之间的数据传输；

地面主站300：用于接收所述低轨互联网卫星星座200传输的数据包，并将所述数据包传输给图像处理中心400，同时，所述地面主站300还用于接收终端部门的指挥信息，将所述指挥信息通过所述低轨互联网卫星星座200发送给所述一体化测绘无人机100；

图像处理中心400：用于对所述数据包进行解压处理，并将解压后的所述数据包进行校正、镶嵌等图像处理后得到测绘成果，所述测绘成果通过地面专网或低轨卫星传送至终端部门500；当测绘成果通过低轨卫星传输至终端部门500时，需要在终端部门500设置机载宽带终端。

终端部门500：接收所述数据，并根据所述数据制定相应的指挥信息，并将所述指挥信息传输给所述地面主站300。终端部门设有用于接收数据的终端设备，例如电脑等设备。

本技术方案中，通过一体化测绘无人机拍摄的影像(测绘成果)整合成数据包，并将数据包传输给低轨卫星，低轨卫星通过星间链路传输数据包，然后将数据包发送至图像处理中心，图像处理中心对数据包进行解压缩、校正、镶嵌等处理后，将测绘成果发送至终端部门，本实施例中，终端部门可以为应急救援中心指挥部等需求部门，实现应急测绘成果的实时发布，同时，终端部门可以根据接收到的影像制定相应的指挥信息，以控制一体化测绘无人机的飞行任务，利用低轨卫星通信技术，将无人机拍摄的影像数据及时回传至地面，不仅提高了数据的有效性，还可以及时通过测绘成果查漏补缺，调整无人机飞行任务，解决了应急测绘中数据获取时效受地面通信限制的问题。

本实施例中，所述一体化测绘无人机100包括航拍无人机，所述航拍无人机上设置有CCD 相机系统110、数据采集模块120、机载宽带终端140和无人机系统130，所述CCD相机系统 110用于拍摄地面影像并将所述地面影像传输给所述数据采集模块120，数据采集模块可以为数据采集卡，所述数据采集模块120将所述地面影像转换为电子信号，并将所述电子信号传输给无人机系统130，本实施例中，所述无人机系统130包括控制单元，所述数据采集模块 120通过杜邦线与所述控制单元连接，通过串口将数据传输至控制单元。所述数据采集模块 120还设有若干预设接口，若干所述预设接口包括但不限于RJ-45、RS485总线接口、异步传输标准接口RS232和振弦传感器接口。

同时，所述机载宽带终端140接收所述低轨卫星210传输的指挥信息，并将所述指挥信息传输给所述无人机系统130以控制航拍无人机的飞行，同时，所述无人机系统130将所述指挥信息通过所述数据采集模块120传输给所述CCD相机系统110以控制CCD相机系统110 的拍摄。

这样，根据拍摄任务，一体化测绘无人机利用CCD相机系统拍摄地面影像，将该地面影像压缩处理后，与无人机状态、位置、路线等信息(无人机系统提供)合成数据包，通过机载宽带终端发送给低轨卫星。

本实施例中，所述航拍无人机为无人直升机，即航拍无人机以大型航测无人直升机为飞行平台，搭载商业高分辨率CCD相机系统，CCD相机系统可以参考“CN201110157819.5基于航空航天应用积分时间可调节的线阵CCD相机系统”，CCD相机系统包括CCD相机以及控制 CCD相机的相机内部控制器，搭载的高分辨率CCD相机系统控制单元(CN201110157819.5中的相机内部控制器)预设接口接收作业任务，并根据规划任务对影像进行自动拍摄和获取。

所述无人机系统130用于接收所述电子信号并将所述电子信号打包成数据包，传输给所述机载宽带终端140，所述机载宽带终端140将所述数据包发送给所述低轨卫星210。低轨卫星接收到机载宽带终端上传的图像数据后，通过星间链路传输到地面主站可视范围内的卫星，通过Ka馈电链路在地面主站落地，再经由数核心网管将图像数据路由至互联网或地面专网，发送至图像处理中心。图像处理中心接收到地面主站通过专网/互联网传输的数据包后，将数据进行解码、校正、融合、镶嵌后，根据不同应用场景制作成专题图，再进行数据分发，为终端部门(应急救援、指挥中心)提供辅助决策的空间地理信息，终端部门根据收集到的数据做出指挥信息并通过专网/互联网传输给地面主站，地面主站将指挥信息通过低轨卫星及其星间链路传输给一体化测绘无人机以控制一体化测绘无人机的飞行和拍摄。图像处理中心、终端部门均为现有技术，这里就不再赘述了。

具体的，控制单元用来接收无人机导航信息，判断目标区，控制CCD相机系统中的相机内部控制器，以控制CCD相机作业，完成图像采集；

控制单元(无人机系统)对电子信号进行处理后，通过预设接口与机载宽带终端进行通信，将数据传输至机载宽带终端。

无人机系统是无人机及与其配套的通信站、起飞(发射)回收装置以及无人机的运输、储存和检测装置等的统称主要包括飞机机体、飞控系统、数据链系统、发射回收系统、电源系统等。飞控系统又称为飞行管理与控制系统(控制单元为飞控系统的核心)，相当于无人机系统的“心脏”部分，对无人机的稳定性、数据传输的可靠性、精确度、实时性等都有重要影响，对其飞行性能起决定性的作用；数据链系统可以保证对遥控指令的准确传输，以及无人机接收、发送信息的实时性和可靠性，以保证信息反馈的及时有效性和顺利、准确的完成任务，发射回收系统保证无人机顺利升空以达到安全的高度和速度飞行，并在执行完任务后从天空安全回落到地面。

本实施例中，所述机载宽带终端140包括编码器141、译码器144、调制解调器142、上变频143、下变频145和天线146，所述编码器141的输入端接收来自所述控制单元的数据包，并将所述数据包依次经编码器141进行编码、调制解调器142进行调制、上变频143和天线 146传输给所述低轨互联网卫星星座200，同时，所述天线146还用于接收所述低轨互联网卫星星座200传输的指挥信息，并将所述指挥信息依次通过下变频145、调制解调器142进行解调、译码器144进行译码传输给控制单元130。

本实施例中，所述天线146包括Ka波段馈源，所述机载宽带终端140与低轨互联网卫星星座200之间为Ka宽带通信体制。

本实施例中，所述机载宽带终端140与低轨互联网卫星星座200之间的上行通信速率和下行通信速率均不大于60Mbps。

本实用新型中，低轨卫星过境时，机载宽带终端通过星历结算完成信号的搜索与连接，并发起入网申请，低轨卫星将入网申请转入地面核心网，通过入网认证后由卫星通道分配信道，作为机载宽带终端与低轨卫星的数据传输通道。

机载宽带终端具备双向通信功能，采集的图像数据通过该机载宽带终端编码、调制、上变频、天线发送至低轨互联网卫星星座，也可以接收从低轨互联网卫星星座侧卫发送的信号，通过天线、下变频、解调、译码，解调出信息。

具体的：

信号发射：机载宽带终端以串口的形式从控制单元侧获得采集的图像，经内部基带单元 (编码器、调制解调器等)完成信号的处理、编码、调制，将上行数字信号转换为模拟信号并将频谱搬移至中频，送给内部的天线；内部天线通过上变频、滤波和功放后，实现信号的大功率发射给低轨卫星。

信号接收：内部天线接收从低轨互联网卫星星座侧卫发送的信号，内部天线通过下变频、滤波和功放后，再进行解调转换为数字信号，再译码，并将数字信号通过串口的形式输出到控制单元中。

本实施例中，所述航拍无人机还设有无人机电源(图中为表示)，所述无人机电源为所述数据采集模块120、机载宽带终端140和无人机系统130供电。

本实施例中，所述航拍无人机上还设有GPS模块(图中为表示)，所述GPS模块(图中为表示)通过GPS卫星与所述地面主站300通信连接。

本实用新型的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统的数据传输流程(无人机拍照到终端部门)包括如下步骤：

步骤1：一体化测绘无人机获取航拍影像。

其中，一体化测绘无人机包括航拍无人机、数据采集模块、机载宽带终端、控制单元；

控制单元通过预设接口向数据采集模块发送拍摄指令，控制CCD相机按照指令拍摄，数据采集模块通过预设接口采集CCD相机拍摄的影像，并对影像进行压缩等处理。控制单元通过预设接口将影像数据传输至机载宽带终端。

控制单元预设接口为串口和RS422；数据采集模块预设接口包括RJ-45、RS422、USB接口。 CCD相机通过USB与数据采集模块相连接，实现图像采集。数据采集模块通过USB转串口与控制单元相连接，实现数据传输至控制单元。

步骤2：一体化测绘无人机将航拍影像整合成数据包，并发送至低轨互联网卫星。

其中，一体化测绘无人机在包括机载宽带终端；相应的，一体化测绘无人机通过机载宽带终端将数据包发送给低轨互联网卫星。

步骤3：低轨互联网卫星通过星间链路传输数据包，并通过Ka馈电链路将数据包发送至地面主站。

步骤4：数据在地面主站落地，再经由数核心网管将数据路由至互联网或地面专网，发送至图像处理中心。

步骤5：图像处理中心接收到地面主站通过专网/互联网传输的数据包后，将数据进行解码、校正、融合、镶嵌后，根据不同应用场景制作成专题图，再进行数据分发至不同的终端部门。而图像处理中心根据不同应用场景制作成专题图，再进行数据分发、对数据进行解码、校正、融合、镶嵌均为现有技术，并不涉及到计算机程序的改进。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，包括：

一体化测绘无人机：用于拍摄地面影像，并将所述地面影像打包成数据包，传输给低轨互联网卫星星座，同时，所述一体化测绘无人机还可以接受来自所述低轨互联网卫星星座传输的指挥信息；

低轨互联网卫星星座：由若干低轨卫星组成，若干所述低轨卫星通过星间链路通信连接，用于一体化测绘无人机与地面主站之间的数据传输；

地面主站：用于接收所述低轨互联网卫星星座传输的数据包，并将所述数据包传输给图像处理中心，同时，所述地面主站还用于接收终端部门的指挥信息，将所述指挥信息通过所述低轨互联网卫星星座发送给所述一体化测绘无人机；

图像处理中心：用于对所述数据包进行解压处理，并将解压后的所述数据包进行图像处理后得到测绘成果，并将所述测绘成果传送至终端部门；

终端部门：接收所述数据，并根据所述数据制定相应的指挥信息，并将所述指挥信息传输给所述地面主站。

2.根据权利要求1所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述一体化测绘无人机包括航拍无人机，所述航拍无人机上设置有CCD相机系统、数据采集模块、机载宽带终端和无人机系统，所述CCD相机系统用于拍摄地面影像并将所述地面影像传输给所述数据采集模块，所述数据采集模块将所述地面影像转换为电子信号，并将所述电子信号传输给无人机系统，所述无人机系统用于接收所述电子信号并将所述电子信号打包成数据包，传输给所述机载宽带终端，所述机载宽带终端将所述数据包发送给所述低轨卫星；同时，所述机载宽带终端接收所述低轨卫星传输的指挥信息，并将所述指挥信息传输给所述无人机系统以控制航拍无人机的飞行，同时，所述无人机系统将所述指挥信息通过所述数据采集模块传输给所述CCD相机系统以控制CCD相机系统的拍摄。

3.根据权利要求2所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述无人机系统包括控制单元，所述数据采集模块通过杜邦线与所述控制单元连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述数据采集模块还设有若干预设接口，若干所述预设接口包括但不限于RJ-45、RS485总线接口、异步传输标准接口RS232和振弦传感器接口。

5.根据权利要求3所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述机载宽带终端包括编码器、译码器、调制解调器、上变频、下变频和天线，所述编码器的输入端接收来自所述控制单元的数据包，并将所述数据包依次经编码、调制、上变频和天线传输给所述低轨互联网卫星星座，同时，所述天线还用于接收所述低轨互联网卫星星座传输的指挥信息，并将所述指挥信息依次通过下变频、解调、译码传输给控制单元。

6.根据权利要求5所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述天线包括Ka波段馈源，所述机载宽带终端与所述低轨互联网卫星星座之间为Ka宽带通信体制。

7.根据权利要求6所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述机载宽带终端与所述低轨互联网卫星星座之间的上行通信速率和下行通信速率均不大于60Mbps。

8.根据权利要求2所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述航拍无人机还设有无人机电源，所述无人机电源为所述数据采集模块、机载宽带终端和无人机系统供电。

9.根据权利要求2所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述航拍无人机上还设有GPS模块，所述GPS模块通过GPS卫星与所述地面主站通信连接。

10.根据权利要求2-9任一所述的一种基于低轨卫星的无人机航拍数据传输系统，其特征在于，所述航拍无人机为无人直升机。

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