一種多旋翼無人機通訊和安全監測系統技術方案

本實用新型專利技術提供一種多旋翼無人機通訊和安全監測系統，其特征在于，包括：地面操控系統和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統；地面操控系統和遠程控制系統通過銥星通訊網絡連接；地面操控系統接收并處理遠程控制系統通過銥星通訊網絡傳輸的探測信息和安全監控數據，以及將操控指令和其他數據發通過銥星通訊網絡向遠程控制系統發送；遠程控制系統通過銥星通訊網絡向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據；以及接收地面操控系統通過銥星通訊網絡發送的操控指令和其他數據，并進行解析處理，完成規定的任務。本實用新型專利技術公開的多旋翼無人機通訊和安全監測系統，實現在銥星有效通訊范圍內任何地點實時安全監測的目的。

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于飛行器應急控制和安全監測領域，尤其涉及多旋翼無人機通訊和安全監測系統。
技術介紹
多旋翼無人機飛行器（UAV）因其架構簡單、操縱性佳、制造成本低、穩定性好、較弱的陀螺效應以及良好的空間操作靈活性等特點成為了目前的研究熱點。同時，又由于其多變量、非線性、強耦合、欠驅動的特性，對控制模型以及參數的設定有非常嚴格的要求。隨著航空工業的發展以及電池續航能力的提升，多旋翼無人機的巡航速度、續航半徑、續航時間以及飛行高度都有較大的提升。目前已有的遠程監控系統包括無線電高速數傳系統、圖傳系統、2.4G手持遙控系統等，有效監測范圍從100m到22km不等，其中美國900MHz Xtend無線數傳模塊最遠增益距離為22km，一般有效距離為3km左右。現有的遠程監控系統監測范圍的有限性，已經無法滿足多旋翼無人機飛行半徑和飛行高度的要求，無法有效實現多旋翼無人機的地面遙控、參數調整、數據分析以及安全檢測等，從而在多旋翼無人機遇到緊急突發情況時（包括電池電壓過低，風速過大，緊急避障）無法控制多旋翼無人機的空中開傘、姿態調整、飛行速度及高度調整，容易造成多旋翼無人機機體損壞、設備損傷、人身傷害等各種突發性安全問題。另一方面，銥星系統（又稱銥星計劃）是美國摩托羅拉公司提出的第一代真正依靠衛星通信系統提供聯絡的全球個人通信方式，旨在突破現有基于地面的蜂窩無線通信的局限，通過太空向任何地區、任何人提供語音、數據、傳真及尋呼信息。其最大特點是，通過衛星之間的接力來實現全球通信，相當于把地面蜂窩移動電話系統搬到了天上.它與目前使用的靜止軌道衛星通信系統比較有兩大優勢：一是軌道低，傳輸速度快，信息損耗小，通信質量大大提高；二是銥星系統不需要專門的地面接收站，地球上人跡罕至的不毛之地，通信落后的邊遠地區，自然災害現場通訊都變得暢通無阻。通過銥星通訊網絡的全方位的數據通信能力，地面控制設備可以更好地對多旋翼無人機進行安全監測及應急控制。在多旋翼無人機出現飛行故障、機體損傷、地面數據鏈路丟失等突發情況，通過GPS衛星定位可以及時尋回多旋翼無人機，以免造成更大損失。此外借助于銥星通訊網絡，在銥星有效通訊范圍內多旋翼無人機通信上的空間限制將不再存在，通信范圍不再受地理環境等外部因素影響，使得多旋翼無人機在地震救援、搶險救災、大氣監測、海洋監測、地理勘測等領域擁有更加廣泛的應用。
技術實現思路
本技術記載并公開了一套能在多旋翼飛行器飛行過程中進行無線通訊和數據分析的遠程通訊系統，實現操作者對多旋翼飛行器的實時地面遙控、參數調整、數據分析、安全監測以及緊急情況下應急控制、及時尋回等功能，以達到在銥星有效通訊范圍內任何地點、任何時間、任何距離的實時安全監測的目的。因此在設計多旋翼無人機銥星通訊系統時，應考慮到及時性、穩定性、獨立性、可監測等問題。及時性就是要要求多旋翼無人機在主控系統上電后就能夠及時的接入銥星通訊網絡，為接下來的工作建設好鏈路；穩定就是要保證多旋翼無人機在建立了數據傳輸鏈路之后，能夠保證該鏈路一直有效工作，直至數據傳送和指令接收等工作的結束；獨立性就是指在多旋翼出現故障無法繼續飛行時，包括墜毀、GPS信息丟失、電源故障等，該通訊系統不受其影響仍然能夠正常工作，返回當前位置信息，供地面人員找回多旋翼；可監測就是指多旋翼無人機接入銥星通訊網絡建立數據傳送鏈路之后，所執行的所有指令操作、數據收發都能夠被地面操控平臺所監測。為此，本技術提供一種多旋翼無人機通訊和安全監測系統，包括：地面操控系統和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統；地面操控系統和遠程控制系統通過銥星通訊網絡連接；所述地面操控系統接收并處理遠程控制系統通過銥星通訊網絡傳輸的探測信息和安全監控數據，以及將操控指令發通過銥星通訊網絡向遠程控制系統發送；所述遠程控制系統通過銥星通訊網絡向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據；以及接收地面操控系統通過銥星通訊網絡發送的操控指令，并進行解析處理，完成規定的任務;其中，所述地面操控系統包括：地面操控主機、通訊數據延長線、地面控制模塊和地面天線；所述地面操控主機通過通訊數據延長線與地面控制模塊連接，用于建立地面操控系統和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統之間的銥星通訊網絡數據傳輸通路，接收并處理遠程控制系統發送、經過銥星通訊網絡和地面控制模塊回傳的數據，以及將操控指令發送給地面控制模塊，然后再通過地面天線向遠程控制系統發送；所述通訊數據延長線連接地面操控主機和地面控制模塊，用于使地面操控主機和地面控制模塊在地理位置上分離；所述地面控制模塊與地面天線連接，用于將地面操控主機發送的操控指令轉換成一定格式的數據流，并儲在一個緩存區內，然后通過地面天線將該數據流以微波的形式傳送給銥星通訊網絡；以及將地面天線所接收到的微波信號，解析成可以直接讀取的代碼，并通過數據延長線傳送給地面操控主機，供其解析處理；地面天線包括地面GPS天線和地面銥星通訊天線；地面GPS天線用于接收當前地理位置信息；地面銥星通訊天線用于接收遠程控制系統回傳的探測信息和安全監控數據、以及向遠程控制系統發送操控指令；其中，所述遠程控制系統包括：無人機操控主機、遠程控制模塊和遠程天線；所述無人機操控主機與遠程控制模塊連接，用于對遠程控制模塊通過遠程天線接收的操控指令進行解析處理，完成規定的任務；并通過遠程控制模塊和遠程天線向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據；遠程控制模塊與遠程天線、無人機操控主機連接，接收無人機操控主機采集的探測信息和安全監控數據，將該數據轉換成一定格式的數據流，并存儲在一個緩存區內，通過遠程天線將該數據流以微波的形式傳送給銥星通訊網絡；以及將遠程天線從銥星通訊網絡所接收到的微波信號解析成可以直接讀取的代碼，發送給無人機操控主機，供其解析處理；遠程天線包括遠程GPS天線和遠程銥星通訊天線；遠程GPS天線用于接收當前地理位置信息；遠程銥星通訊天線用于接收地面操控系統發送的操控指令、以及向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據。其中，所述遠程控制系統還通過GPS天線接收多旋翼無人機當前地理位置信息，并通過銥星通訊網絡將所述當前地理位置信息發送給地面操控系統。其中，所述通訊數據延長線采用RS232轉RS485延長的方式，使地面操控主機和地面控制模塊之間的距離在20米以上。其中，所述地面控制模塊將地面天線所接收到的微波信號，解析成可以直接讀取的代碼，以及遠程控制模塊將遠程天線從銥星通訊網絡所接收到的微波信號解析成可以直接讀取的代碼中，所述可以直接讀取的代碼是HEX碼。其中，所述探測信息包括：多旋翼無人機上的傳感器、探測器獲取的數據；所述安全監控數據包括：多旋翼無人機當前姿態值、電壓值、速度值、飛行高度值以及當前地理位置信息。其中，所述遠程天線與所述遠程控制模塊中的通信模塊一體化裝配，且遠程天線與通信模塊之間通過饋線連接。綜上，本技術記載并公開了一套能在多旋翼飛行器飛行過程中進行無線通訊和數據分析的遠程通訊系統，實現操作者對多旋翼飛行器的實時地面遙控、參數調整、數據分析、安全監測以及緊急情況下應急控制、及時尋回等功能，以達到在銥星有效通訊范圍內任何地點、任何時間、任何距離的實時安全監測的目的，解決了多旋翼無人機需要在任何飛行時刻都能夠順利完成本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種多旋翼無人機通訊和安全監測系統，其特征在于，包括：接收并處理遠程控制系統通過銥星通訊網絡傳輸的探測信息和安全監控數據，以及將操控指令發通過銥星通訊網絡向遠程控制系統發送的地面操控系統，和位于多旋翼無人機上，通過銥星通訊網絡向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據；以及接收地面操控系統通過銥星通訊網絡發送的操控指令，并進行解析處理，完成規定的任務的遠程控制系統；地面操控系統和遠程控制系統通過銥星通訊網絡連接；其中，所述地面操控系統包括：通過通訊數據延長線與地面控制模塊連接，用于建立地面操控系統和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統之間的銥星通訊網絡數據傳輸通路，接收并處理遠程控制系統發送、經過銥星通訊網絡和地面控制模塊回傳的數據，以及將操控指令發送給地面控制模塊，然后再通過地面天線向遠程控制系統發送的地面操控主機；連接地面操控主機和地面控制模塊，用于使地面操控主機和地面控制模塊在地理位置上分離的通訊數據延長線；與地面天線連接，用于將地面操控主機發送的操控指令轉換成一定格式的數據流，并儲在一個緩存區內，然后通過地面天線將該數據流以微波的形式傳送給銥星通訊網絡；以及將地面天線所接收到的微波信號，解析成可以直接讀取的代碼，并通過數據延長線傳送給地面操控主機，供其解析處理的地面控制模塊；地面GPS天線和地面銥星通訊天線組成的地面天線；地面GPS天線用于接收多旋翼無人機當前地理位置信息；地面銥星通訊天線用于接收遠程控制系統回傳的探測信息和安全監控數據、以及向遠程控制系統發送操控指令；所述遠程控制系統包括：無人機操控主機、遠程控制模塊和遠程天線；與遠程控制模塊連接，用于對遠程控制模塊通過遠程天線接收的操控指令進行解析處理，完成規定的任務；并通過遠程控制模塊和遠程天線向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據的無人機操控主機；與遠程天線、無人機操控主機連接，接收無人機操控主機采集的探測信息和安全監控數據，將該數據轉換成一定格式的數據流，并存儲在一個緩存區內，通過遠程天線將該數據流以微波的形式傳送給銥星通訊網絡；以及將遠程天線從銥星通訊網絡所接收到的微波信號解析成可以直接讀取的代碼，發送給無人機操控主機，供其解析處理的遠程控制模塊；由遠程GPS天線和遠程銥星通訊天線組成的遠程天線；遠程GPS天線用于接收當前地理位置信息；遠程銥星通訊天線用于接收地面操控系統發送的操控指令、以及向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據。...

【技術特征摘要】
1.一種多旋翼無人機通訊和安全監測系統，其特征在于，包括：接收并處理遠程控制系統通過銥星通訊網絡傳輸的探測信息和安全監控數據，以及將操控指令發通過銥星通訊網絡向遠程控制系統發送的地面操控系統，和位于多旋翼無人機上，通過銥星通訊網絡向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據；以及接收地面操控系統通過銥星通訊網絡發送的操控指令，并進行解析處理，完成規定的任務的遠程控制系統；地面操控系統和遠程控制系統通過銥星通訊網絡連接；其中，所述地面操控系統包括：通過通訊數據延長線與地面控制模塊連接，用于建立地面操控系統和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統之間的銥星通訊網絡數據傳輸通路，接收并處理遠程控制系統發送、經過銥星通訊網絡和地面控制模塊回傳的數據，以及將操控指令發送給地面控制模塊，然后再通過地面天線向遠程控制系統發送的地面操控主機；連接地面操控主機和地面控制模塊，用于使地面操控主機和地面控制模塊在地理位置上分離的通訊數據延長線；與地面天線連接，用于將地面操控主機發送的操控指令轉換成一定格式的數據流，并儲在一個緩存區內，然后通過地面天線將該數據流以微波的形式傳送給銥星通訊網絡；以及將地面天線所接收到的微波信號，解析成可以直接讀取的代碼，并通過數據延長線傳送給地面操控主機，供其解析處理的地面控制模塊；地面GPS天線和地面銥星通訊天線組成的地面天線；地面GPS天線用于接收多旋翼無人機當前地理位置信息；地面銥星通訊天線用于接收遠程控制系統回傳的探測信息和安全監控數據、以及向遠程控制系統發送操控指令；所述遠程控制系統包括：無人機操控主機、遠程控制模塊和遠程天線；與遠程控制模塊連接，用于對遠程控制模塊通過遠程天線接收的操控指令進行解析處理，完成規定的任務；并通過遠程控制模塊和遠程天線向地面操控系統發送探測信息和安全監控數據的無...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃榮輝，張欣，李勛，王松，陳萬里，李大偉，裴慧坤，姚森敬，周偉才，
申請(專利權)人：深圳供電局有限公司，北京航空航天大學，
類型：新型
國別省市：廣東;44