專利名稱:一種多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：地面操控系統(tǒng)和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統(tǒng)；地面操控系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)連接；地面操控系統(tǒng)接收并處理遠程控制系統(tǒng)通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶綔y信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及將操控指令和其他數(shù)據(jù)發(fā)通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)向遠程控制系統(tǒng)發(fā)送；遠程控制系統(tǒng)通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)向地面操控系統(tǒng)發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)；以及接收地面操控系統(tǒng)通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的操控指令和其他數(shù)據(jù)，并進行解析處理，完成規(guī)定的任務(wù)。本實用新型公開的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)在銥星有效通訊范圍內(nèi)任何地點實時安全監(jiān)測的目的。
【專利說明】
-種多旋翼無人機通巧和安全監(jiān)測系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型屬于飛行器應(yīng)急控制和安全監(jiān)測領(lǐng)域，尤其設(shè)及多旋翼無人機通訊和 安全監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 多旋翼無人機飛行器(UAV)因其架構(gòu)簡單、操縱性佳、制造成本低、穩(wěn)定性好、較弱 的巧螺效應(yīng)W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、強禪合、欠驅(qū)動的特性，對控制模型W及參數(shù)的設(shè)定有非常嚴格的要求。
[0003] 隨著航空工業(yè)的發(fā)展W及電池續(xù)航能力的提升，多旋翼無人機的巡航速度、續(xù)航 半徑、續(xù)航時間W及飛行高度都有較大的提升。目前已有的遠程監(jiān)控系統(tǒng)包括無線電高速 數(shù)傳系統(tǒng)、圖傳系統(tǒng)、2.4G手持遙控系統(tǒng)等，有效監(jiān)測范圍從IOOm到22km不等，其中美國 900MHz Xtend無線數(shù)傳模塊最遠增益距離為22km，一般有效距離為3km左右?，F(xiàn)有的遠程監(jiān) 控系統(tǒng)監(jiān)測范圍的有限性，已經(jīng)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(xiàn)多旋翼無人機的地面遙控、參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù)分析W及安全檢測等，從而在多旋翼無 人機遇到緊急突發(fā)情況時(包括電池電壓過低，風(fēng)速過大，緊急避障)無法控制多旋翼無人 機的空中開傘、姿態(tài)調(diào)整、飛行速度及高度調(diào)整，容易造成多旋翼無人機機體損壞、設(shè)備損 傷、人身傷害等各種突發(fā)性安全問題。
[0004] 另一方面，銀星系統(tǒng)(又稱銀星計劃)是美國摩托羅拉公司提出的第一代真正依靠 衛(wèi)星通信系統(tǒng)提供聯(lián)絡(luò)的全球個人通信方式，旨在突破現(xiàn)有基于地面的蜂窩無線通信的局 限，通過太空向任何地區(qū)、任何人提供語音、數(shù)據(jù)、傳真及尋呼信息。其最大特點是，通過衛(wèi) 星之間的接力來實現(xiàn)全球通信，相當(dāng)于把地面蜂窩移動電話系統(tǒng)搬到了天上.它與目前使 用的靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)比較有兩大優(yōu)勢：一是軌道低，傳輸速度快，信息損耗小，通信 質(zhì)量大大提高;二是銀星系統(tǒng)不需要?？诘牡孛娼邮照?，地球上人跡罕至的不毛之地，通信 落后的邊遠地區(qū)，自然災(zāi)害現(xiàn)場通訊都變得楊通無阻。
[0005] 通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)的全方位的數(shù)據(jù)通信能力，地面控制設(shè)備可W更好地對多旋翼 無人機進行安全監(jiān)測及應(yīng)急控制。在多旋翼無人機出現(xiàn)飛行故障、機體損傷、地面數(shù)據(jù)鏈路 丟失等突發(fā)情況，通過GPS衛(wèi)星定位可W及時尋回多旋翼無人機，W免造成更大損失。此外 借助于銀星通訊網(wǎng)絡(luò)，在銀星有效通訊范圍內(nèi)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(huán)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(zāi)、 大氣監(jiān)測、海洋監(jiān)測、地理勘測等領(lǐng)域擁有更加廣泛的應(yīng)用。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 本實用新型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(shù) 據(jù)分析的遠程通訊系統(tǒng)，實現(xiàn)操作者對多旋翼飛行器的實時地面遙控、參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù)分 析、安全監(jiān)測W及緊急情況下應(yīng)急控制、及時尋回等功能，W達到在銀星有效通訊范圍內(nèi)任 何地點、任何時間、任何距離的實時安全監(jiān)測的目的。因此在設(shè)計多旋翼無人機銀星通訊系 統(tǒng)時，應(yīng)考慮到及時性、穩(wěn)定性、獨立性、可監(jiān)測等問題。及時性就是要要求多旋翼無人機在 主控系統(tǒng)上電后就能夠及時的接入銀星通訊網(wǎng)絡(luò)，為接下來的工作建設(shè)好鏈路;穩(wěn)定就是 要保證多旋翼無人機在建立了數(shù)據(jù)傳輸鏈路之后，能夠保證該鏈路一直有效工作，直至數(shù) 據(jù)傳送和指令接收等工作的結(jié)束;獨立性就是指在多旋翼出現(xiàn)故障無法繼續(xù)飛行時，包括 墜毀、GPS信息丟失、電源故障等，該通訊系統(tǒng)不受其影響仍然能夠正常工作，返回當(dāng)前位置 信息，供地面人員找回多旋翼;可監(jiān)測就是指多旋翼無人機接入銀星通訊網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)傳 送鏈路之后，所執(zhí)行的所有指令操作、數(shù)據(jù)收發(fā)都能夠被地面操控平臺所監(jiān)測。
[0007] 為此，本實用新型提供一種多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括:地面操控系 統(tǒng)和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統(tǒng);地面操控系統(tǒng)和遠程控制系統(tǒng)通過銀星通訊網(wǎng) 絡(luò)連接；
[0008] 所述地面操控系統(tǒng)接收并處理遠程控制系統(tǒng)通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶綔y信息 和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，W及將操控指令發(fā)通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)向遠程控制系統(tǒng)發(fā)送；
[0009] 所述遠程控制系統(tǒng)通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)向地面操控系統(tǒng)發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控 數(shù)據(jù)；W及接收地面操控系統(tǒng)通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送的操控指令，并進行解析處理，完成規(guī) 定的任務(wù)；
[0010] 其中，所述地面操控系統(tǒng)包括:地面操控主機、通訊數(shù)據(jù)延長線、地面控制模塊和 地面天線；
[0011] 所述地面操控主機通過通訊數(shù)據(jù)延長線與地面控制模塊連接，用于建立地面操控 系統(tǒng)和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統(tǒng)之間的銀星通訊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通路，接收并處 理遠程控制系統(tǒng)發(fā)送、經(jīng)過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)和地面控制模塊回傳的數(shù)據(jù)，W及將操控指令發(fā) 送給地面控制模塊，然后再通過地面天線向遠程控制系統(tǒng)發(fā)送；
[0012] 所述通訊數(shù)據(jù)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；
[0013] 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(fā)送的操控指令轉(zhuǎn)換成 一定格式的數(shù)據(jù)流，并儲在一個緩存區(qū)內(nèi)，然后通過地面天線將該數(shù)據(jù)流W微波的形式傳 送給銀星通訊網(wǎng)絡(luò)；W及將地面天線所接收到的微波信號，解析成可W直接讀取的代碼，并 通過數(shù)據(jù)延長線傳送給地面操控主機，供其解析處理；
[0014] 地面天線包括地面GI^天線和地面銀星通訊天線;地面GI^天線用于接收當(dāng)前地理 位置信息；地面銀星通訊天線用于接收遠程控制系統(tǒng)回傳的探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)、W 及向遠程控制系統(tǒng)發(fā)送操控指令；
[0015] 其中，所述遠程控制系統(tǒng)包括:無人機操控主機、遠程控制模塊和遠程天線；
[0016] 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(guī)定的任務(wù);并通過遠程控制模塊和遠程天線向地面操 控系統(tǒng)發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)；
[0017] 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(jiān)控數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流，并存儲在一個緩存區(qū)內(nèi)，通過 遠程天線將該數(shù)據(jù)流W微波的形式傳送給銀星通訊網(wǎng)絡(luò)；W及將遠程天線從銀星通訊網(wǎng)絡(luò) 所接收到的微波信號解析成可W直接讀取的代碼，發(fā)送給無人機操控主機，供其解析處理；
[0018] 遠程天線包括遠程GI^天線和遠程銀星通訊天線;遠程GI^天線用于接收當(dāng)前地理 位置信息;遠程銀星通訊天線用于接收地面操控系統(tǒng)發(fā)送的操控指令、W及向地面操控系 統(tǒng)發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)。
[0019] 其中，所述遠程控制系統(tǒng)還通過GPS天線接收多旋翼無人機當(dāng)前地理位置信息，并 通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)將所述當(dāng)前地理位置信息發(fā)送給地面操控系統(tǒng)。其中，所述通訊數(shù)據(jù)延 長線采用RS232轉(zhuǎn)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W 上。
[0020] 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W直接讀取 的代碼，W及遠程控制模塊將遠程天線從銀星通訊網(wǎng)絡(luò)所接收到的微波信號解析成可W直 接讀取的代碼中，所述可W直接讀取的代碼是HEX碼。
[0021] 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(shù)據(jù);所述安 全監(jiān)控數(shù)據(jù)包括:多旋翼無人機當(dāng)前姿態(tài)值、電壓值、速度值、飛行高度值W及當(dāng)前地理位 置信息。
[0022] 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。
[0023] 綜上，本實用新型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(shù)據(jù)分析的遠程通訊系統(tǒng)，實現(xiàn)操作者對多旋翼飛行器的實時地面遙控、參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù) 分析、安全監(jiān)測W及緊急情況下應(yīng)急控制、及時尋回等功能，W達到在銀星有效通訊范圍內(nèi) 任何地點、任何時間、任何距離的實時安全監(jiān)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與地面操控平臺的通信、應(yīng)答問題，并附帶電池電壓的回傳、位置信 息的更新、GPS信息的回傳、傳感器數(shù)據(jù)的回傳、探測數(shù)據(jù)的回傳、任務(wù)指令的更新等工作。
【附圖說明】

[0024] 為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可W根據(jù)運些附圖獲得其他的附圖。
[0025] 圖1為本實用新型提供的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)第一實施例結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0026] 圖2為本實用新型提供的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)第二實施例結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0027] 圖3為本實用新型提供的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)中地面操控系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 示意圖；
[0028] 圖4為本實用新型提供的多旋翼無人機遠程操控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029] 圖5為本實用新型提供的多旋翼無人機遠程控制模塊硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖6為本實用新型提供的銀星遠程控制模塊系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 本實用新型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(shù) 據(jù)分析的遠程通訊系統(tǒng)，實現(xiàn)操作者對多旋翼飛行器的實時地面遙控、參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù)分 析、安全監(jiān)測W及緊急情況下應(yīng)急控制、及時尋回等功能，W達到在銀星有效通訊范圍內(nèi)任 何地點、任何時間、任何距離的實時安全監(jiān)測的目的。因此在設(shè)計多旋翼無人機銀星通訊系 統(tǒng)時，應(yīng)考慮到及時性、穩(wěn)定性、獨立性、可監(jiān)測等問題。及時性就是要要求多旋翼無人機在 主控系統(tǒng)上電后就能夠及時的接入銀星通訊網(wǎng)絡(luò)，為接下來的工作建設(shè)好鏈路;穩(wěn)定就是 要保證多旋翼無人機在建立了數(shù)據(jù)傳輸鏈路之后，能夠保證該鏈路一直有效工作，直至數(shù) 據(jù)傳送和指令接收等工作的結(jié)束;獨立性就是指在多旋翼出現(xiàn)故障無法繼續(xù)飛行時，包括 墜毀、GPS信息丟失、電源故障等，該通訊系統(tǒng)不受其影響仍然能夠正常工作，返回當(dāng)前位置 信息，供地面人員找回多旋翼;可監(jiān)測就是指多旋翼無人機接入銀星通訊網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)傳 送鏈路之后，所執(zhí)行的所有指令操作、數(shù)據(jù)收發(fā)都能夠被地面操控平臺所監(jiān)測。
[0032] 參見圖1，為本實用新型提供的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)第一實施例結(jié) 構(gòu)示意圖，如圖1所示，該系統(tǒng)包括:地面操控系統(tǒng)1和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統(tǒng) 2。地面操控系統(tǒng)1和遠程控制系統(tǒng)2通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3連接。
[0033] 地面操控系統(tǒng)1接收并處理遠程控制系統(tǒng)2通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3傳輸?shù)奶綔y信息和 安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，并將操控指令和其他數(shù)據(jù)發(fā)通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3向遠程控制系統(tǒng)2發(fā)送。遠 程控制系統(tǒng)2通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3向地面操控系統(tǒng)1發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)；W及接 收地面操控系統(tǒng)1通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3發(fā)送的操控指令和其他數(shù)據(jù)，并進行解析處理，完成 規(guī)定的任務(wù)。
[0034] 進一步的，本實用新型實施例提供的遠程控制系統(tǒng)2還通過GPS天線接收多旋翼無 人機當(dāng)前地理位置信息，并通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3將所述當(dāng)前地理位置信息發(fā)送給地面操控 系統(tǒng)1。
[0035] 參見圖2,為本實用新型提供的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)第二實施例結(jié) 構(gòu)示意圖。在本實施例中，將更為詳細的描述該系統(tǒng)各個功能模塊的結(jié)構(gòu)和功能。如圖2所 示，該系統(tǒng)包括:地面操控系統(tǒng)1和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統(tǒng)2。地面操控系統(tǒng)1 和遠程控制系統(tǒng)2通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3連接。
[0036] 地面操控系統(tǒng)1接收并處理遠程控制系統(tǒng)2通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3傳輸?shù)奶綔y信息和 安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，并將操控指令和其他數(shù)據(jù)發(fā)通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3向遠程控制系統(tǒng)2發(fā)送。遠 程控制系統(tǒng)2通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3向地面操控系統(tǒng)1發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)；W及接 收地面操控系統(tǒng)1通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3發(fā)送的操控指令和其他數(shù)據(jù)，并進行解析處理，完成 規(guī)定的任務(wù)。
[0037] 更為具體的，所述地面操控系統(tǒng)1包括:地面操控主機11、通訊數(shù)據(jù)延長線12、地面 控制模塊13和地面天線14。
[0038] 所述地面操控主機11通過通訊數(shù)據(jù)延長線12與地面控制模塊13連接。地面操控主 機11用于建立地面操控系統(tǒng)11和位于多旋翼無人機上的遠程控制系統(tǒng)2之間的銀星通訊網(wǎng) 絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通路，接收并處理遠程控制系統(tǒng)2發(fā)送、經(jīng)過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3和地面控制模塊13 回傳的數(shù)據(jù)，W及將操控指令和其他數(shù)據(jù)發(fā)送給地面控制模塊13,然后再通過地面天線14 向遠程控制系統(tǒng)2發(fā)送。
[0039] 所述通訊數(shù)據(jù)延長線12連接地面操控主機11和地面控制模塊13,用于使地面操控 主機11和地面控制模塊13在地理位置上分離。具體的，在本實用新型實施例中，通訊數(shù)據(jù)延 長線12采用RS232轉(zhuǎn)RS485延長的方式，W使地面操控主機U和地面控制模塊13之間的距離 在20米W上。
[0040] 所述地面控制模塊13與地面天線14連接，用于將地面操控主機11發(fā)送的操控指令 轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流，并儲在一個緩存區(qū)內(nèi)，然后通過地面天線14將該數(shù)據(jù)流W微波 的形式傳送給銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3; W及將地面天線14所接收到的微波信號，解析成可W直接讀 取的代碼(該代碼優(yōu)選肥X碼），并通過數(shù)據(jù)延長線傳送給地面操控主機11，供其解析處理。
[0041] 地面天線14包括地面GPS天線和地面銀星通訊天線;地面GI^天線用于接收當(dāng)前地 理位置信息;地面銀星通訊天線用于接收遠程控制系統(tǒng)2回傳的探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)、 W及向遠程控制系統(tǒng)2發(fā)送操控指令和其他數(shù)據(jù).。
[0042] 所述遠程控制系統(tǒng)2包括:無人機操控主機21、遠程控制模塊22和遠程天線23。
[0043] 所述無人機操控主機21與遠程控制模塊22連接。無人機操控主機21用于對遠程控 制模塊22通過遠程天線23接收的操控指令和其他數(shù)據(jù)進行解析處理，完成規(guī)定的任務(wù);并 通過遠程控制模塊22和遠程天線23向地面操控系統(tǒng)1發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)。
[0044] 遠程控制模塊22與遠程天線23、無人機操控主機21連接。遠程控制模塊22接收無 人機操控主機21采集的探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流，并 存儲在一個緩存區(qū)內(nèi)，通過遠程天線將該數(shù)據(jù)流W微波的形式傳送給銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3; W及 將遠程天線23從銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3所接收到的微波信號解析成可W直接讀取的代碼(該代碼 優(yōu)選肥X碼），發(fā)送給無人機操控主機21供其解析處理。
[0045] 遠程天線23包括遠程GPS天線和遠程銀星通訊天線;遠程GI^天線用于接收多旋翼 無人機當(dāng)前地理位置信息；遠程銀星通訊天線用于接收地面操控系統(tǒng)1發(fā)送的操控指令及 其他數(shù)據(jù)、W及向地面操控系統(tǒng)1發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)。更為具體的，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(shù)據(jù);所述安全監(jiān)控數(shù)據(jù)包括:多旋翼無 人機當(dāng)前姿態(tài)值、電壓值、速度值、飛行高度值W及當(dāng)前地理位置信息。
[0046] 進一步的，本領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解的是，本實用新型要解決的技術(shù)問題是，多旋 翼無人機需要在任何飛行時刻都能夠順利完成與地面操控平臺的通信、應(yīng)答、電池電壓的 回傳、位置信息的更新、GPS信息的回傳、傳感器數(shù)據(jù)的回傳、探測數(shù)據(jù)的回傳、任務(wù)指令的 更新等工作，因此在設(shè)計多旋翼無人機銀星通訊系統(tǒng)時，應(yīng)考慮到及時性、穩(wěn)定性、獨立性、 可監(jiān)測等問題。及時性就是要要求多旋翼無人機在主控系統(tǒng)上電后就能夠及時的接入銀星 通訊網(wǎng)絡(luò)，為接下來的工作建設(shè)好鏈路;穩(wěn)定就是要保證多旋翼無人機在建立了數(shù)據(jù)傳輸 鏈路之后，能夠保證該鏈路一直有效工作，直至數(shù)據(jù)傳送和指令接收等工作的結(jié)束;獨立性 就是指在多旋翼出現(xiàn)故障無法繼續(xù)飛行時，包括墜毀、GPS信息丟失、電源故障等，該通訊系 統(tǒng)不受其影響仍然能夠正常工作，返回當(dāng)前位置信息，供地面人員找回多旋翼;可監(jiān)測就是 指多旋翼無人機接入銀星通訊網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)傳送鏈路之后，所執(zhí)行的所有指令操作、數(shù)據(jù) 收發(fā)都能夠被地面操控平臺所監(jiān)測。為達到上述技術(shù)效果，本實用新型實施例提供了一種 基于銀星通訊網(wǎng)絡(luò)和GI^定位多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)。
[0047] 該系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，按組成部分可分為:地面操控系統(tǒng)1和遠程控 制系統(tǒng)2,前者是建設(shè)在固定場所的地面操控平臺，后者是與多旋翼無人機機體機構(gòu)一體化 安裝的。
[004引地面操控系統(tǒng)1是對多旋翼無人機遠程操控的核屯、，也是對多旋翼無人機工作狀 態(tài)及時觀測的關(guān)鍵。因此該地面操控系統(tǒng)1應(yīng)具備能與銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3隨時建立數(shù)據(jù)鏈路的 能力、對多旋翼無人機加載遠程操控指令的能力、對多旋翼無人機反饋數(shù)據(jù)準確解析的能 力W及軟件部分可更新升級的能力等。因此該多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)中，地面 操控系統(tǒng)1應(yīng)由地面操控主機11、通訊數(shù)據(jù)延長線12、地面控制模塊13和地面天線14等構(gòu) 成。
[0049] 地面操控主機11
[0050] 地面操控主機11是整個地面操控系統(tǒng)1的核屯、。該地面操控主機11通過一個USB接 口經(jīng)過USB轉(zhuǎn)串口的連接線，再通過通訊數(shù)據(jù)線延長線12最終與遠程控制模塊13相連，建立 數(shù)據(jù)傳輸通路，負責(zé)接收由多旋翼無人機發(fā)送經(jīng)過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)后最終通過地面銀星遠程 控制模塊回傳的數(shù)據(jù)，W及將地面操控平臺發(fā)送的指令和其他數(shù)據(jù)發(fā)送給地面銀星遠程控 制模塊，然后再通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，如圖3所示。
[0051] 同時地面操控主機11還是運行多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為該系 統(tǒng)的人性化窗口設(shè)計、多旋翼遠程控制指令的加載、多旋翼通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)反饋數(shù)據(jù)的 接收與處理W及將解析出來的GPS等地理信息軌跡化顯示等功能提供服務(wù)。因此地面操控 主機11的性能應(yīng)滿足表1要求。
[0化2]
[0053] ~表1地面操控主機性能要求
[0054] 通訊數(shù)據(jù)線延長線12
[0055] 地面操控系統(tǒng)1的數(shù)據(jù)通訊延長線12是連接地面控制模塊13和地面操控主機11的 數(shù)據(jù)通訊橋梁。為了將地面天線14盡量安置在較為開闊、遮擋物盡量少的地方，同時也為了 給多旋翼無人機銀星地面操控平臺的操作人員盡量安排在較為安全、方便、舒適的工作室 內(nèi)，該通訊數(shù)據(jù)延長線12應(yīng)盡可能的長。本實用新型實施例中優(yōu)選使用一種RS232轉(zhuǎn)RS485 延長的方式，從而可實現(xiàn)將數(shù)據(jù)信號延長到百米W外(理論上可是延長到1200米）。
[0化6] 地面控制模塊13
[0057]地面控制模塊13是整個地面操控系統(tǒng)1收發(fā)數(shù)據(jù)和控制指令的核屯、。其工作原理 是將該模塊本身接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為可在銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3中識別和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)格式。該過程 主要包括兩個方面，一是將地面所發(fā)送的多旋翼無人機操控指令轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù) 流，并存儲在一個緩存區(qū)內(nèi)，然后通過地面天線14中的銀星通訊天線，將該組數(shù)據(jù)W微波的 形式傳送給銀星通訊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；另一方面是將地面天線14中的銀星通訊天線所接 收到的微波信號，解析成可W直接讀取的肥抽馬，并通過通訊數(shù)據(jù)延長線12傳送給地面操控 主機11，供其解析處理。
[0化引地面天線14
[0059] 地面天線14包括地面GPS天線和地面銀星通訊天線。該地面天線14是地面操控系 統(tǒng)1統(tǒng)接收多旋翼無人機回傳數(shù)據(jù)W及發(fā)送控制指令和參數(shù)的必要條件，也是地面控制模 塊13與銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3連接到一起的硬件基礎(chǔ)。本實用新型所研究的地面操控系統(tǒng)1共有兩 個引線接口，分別為銀星通訊接口和GPS數(shù)據(jù)傳輸接口。GPS天線負責(zé)接收當(dāng)前地理位置信 息，銀星通訊天線負責(zé)接收多旋翼無人機回傳的探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送到銀星通訊 網(wǎng)絡(luò)、向多旋翼無人機發(fā)送控制指令和參數(shù)的任務(wù)。
[0060] 遠程控制系統(tǒng)2是裝配在多旋翼無人機上，并按照多旋翼無人機的空間結(jié)構(gòu)、重屯、 平衡和流線設(shè)計等一體化設(shè)計的遠程控制系統(tǒng)。該遠程控制系統(tǒng)2是多旋翼無人機與地面 操控系統(tǒng)1進行遠程數(shù)據(jù)通訊的唯一途徑，也是多旋翼無人機地面操控平臺對多旋翼無人 機進行遠程控制的唯一方式。該系統(tǒng)的功能主要包括兩個方面:其一是通過與無人機操控 主機21之間的數(shù)據(jù)通信，將多旋翼無人機采集的相關(guān)數(shù)據(jù)打包并發(fā)送給遠程控制模塊22， 然后經(jīng)過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3回傳運些數(shù)據(jù)。其二是將地面操控系統(tǒng)1通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3發(fā)送 給多旋翼無人機的控制指令，通過遠程控制模塊22傳送給無人機操控主機21，完成地面操 控系統(tǒng)1對多旋翼無人機的遠程控制。因此，多旋翼無人機遠程操控系統(tǒng)應(yīng)由無人機操控主 機21、遠程控制模塊22和遠程天線23,如圖4所示。
[0061] 無人機操控主機21
[0062] 無人機操控主機21用于對遠程控制模塊22通過遠程天線23接收的操控指令和其 他數(shù)據(jù)進行解析處理，完成規(guī)定的任務(wù);并通過遠程控制模塊和遠程天線向地面操控系統(tǒng) 發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)。
[0063] 遠程控制模塊22
[0064] 遠程控制模塊22是整個多旋翼無人機遠程控制系統(tǒng)2收發(fā)數(shù)據(jù)和控制指令的核 屯、。其工作原理是將該模塊本身接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)為可在銀星通訊網(wǎng)絡(luò)中識別和傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 格式。該過程主要包括兩個方面:其一通過與無人機操控主機21之間建立通信，接收多旋翼 無人機采集的相關(guān)數(shù)據(jù)、多旋翼自身的狀態(tài)數(shù)據(jù)、地理信息、安全檢測數(shù)據(jù)，然后將運些數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流，并存儲在一個緩存區(qū)內(nèi)，最終通過遠程天線23(銀星通訊天 線），將該組數(shù)據(jù)W微波的形式傳送給銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3;其二是接收由多旋翼銀星天線從銀 星通訊網(wǎng)絡(luò)所接收到的微波信號，解析成可W直接讀取的肥姉馬，并通過數(shù)據(jù)通訊線路傳送 給無人機操控主機21，供其解析處理，從而完成規(guī)定的任務(wù)。
[00化]遠程天線23
[0066] 遠程天線23包括銀星通訊天線和GPS天線。多旋翼無人機銀星通訊天線是遠程控 制模塊2與銀星通訊網(wǎng)絡(luò)3建立數(shù)據(jù)通訊鏈路的硬件基礎(chǔ)。本實用新型所研究的遠程控制系 統(tǒng)2共有兩個引線接口，分別為銀星通訊接口和GPS數(shù)據(jù)傳輸接口。其中GI^接口負責(zé)實時向 遠程控制模塊回傳當(dāng)前多旋翼所在位置地理信息，銀星通訊天線接口負責(zé)把遠程控制模塊 需要回傳的探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送到銀星通訊網(wǎng)絡(luò)，二者共同完成多旋翼無人機數(shù) 據(jù)傳輸和安全監(jiān)控的任務(wù)。
[0067] 通過上述描述，本領(lǐng)域技術(shù)人應(yīng)當(dāng)可W知悉本實用新型提供的多旋翼無人機通訊 和安全監(jiān)測系統(tǒng)所具有的技術(shù)效果，具體包括：（1)多旋翼無人機在主控系統(tǒng)上電后就能夠 及時接入銀星通訊網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)好遠程通訊鏈路；（2)多旋翼無人機在建立了數(shù)據(jù)傳輸鏈路之 后，能夠保證該鏈路一直有效工作；（3)在多旋翼出現(xiàn)故障無法繼續(xù)飛行時，包括墜毀、GPS 信息丟失、電源故障等，該通訊系統(tǒng)不受其影響仍然能夠正常工作，返回當(dāng)前位置信息，供 地面人員找回多旋翼；（4)多旋翼無人機接入銀星通訊網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)傳送鏈路之后，所執(zhí)行 的所有指令操作、數(shù)據(jù)收發(fā)都能夠被地面操控平臺所監(jiān)測。
[0068] 下面對本實用新型實施例提供的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)做進行進一 步詳細說明。
[0069] 銀星通訊模塊的選擇
[0070] 銀星通訊模塊是地面控制模塊/遠程控制模塊的一部分。銀星通訊模塊（I洲)的主 要功能是負責(zé)與銀星通網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)通訊鏈路，緩存將要收發(fā)的數(shù)據(jù)，設(shè)定或者變更銀星 通訊公司的服務(wù)業(yè)務(wù)模式。經(jīng)過對模塊體積、重量、雙向數(shù)據(jù)傳輸、攜帶GPS、全球網(wǎng)絡(luò)覆蓋、 支持透明的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)串口等性能的綜合評判，考慮到9523支持語音和數(shù)據(jù)撥號功能， 同時數(shù)據(jù)傳輸能力滿足要求，因此本實用新型選擇Iridium 9523作為遠程控制模塊的銀星 通訊模塊。Iridi皿9523的關(guān)鍵特征如表2所示。
[0071]
[0072] 表2 Iridium 9523的關(guān)鍵特征
[0073] 遠程控制模塊的設(shè)計
[0074] 遠程控制模塊是與無人機操控主機配合使用共同完成對多旋翼無人機遠程控制。 該遠程控制模塊與無人機操控主機之間采用串口通訊，一般采用中斷或查詢方式進行。該 部分是多旋翼無人機遠程控制的核屯、部分，是連接銀星通訊模塊和多旋翼無人機主控計算 機的橋梁，它的穩(wěn)定性直接關(guān)系到整個遠程控制過程的成敗，因此對此處控制忍片的選擇 和控制電路板的設(shè)計也有格外嚴格的要求。本實用新型中把銀星通信模塊集成到該遠程控 制模塊上，銀星通信模塊9523通過一個40引腳0.5mm間距的Molex的板間連接器（53885- 0408)連接到遠程控制模塊上。
[00巧]本實用新型利用了銀星通信模塊9523的W下功能，分別是數(shù)據(jù)/傳真接口（Data/ F'ax PortXSIM卡接口（SIM interface)、供電接口（Power)、天線信號接口化PI0, Antenna Conf iguration)、其余GPIO口（Other GPIO)，運5大功能均由銀星遠程控制模塊上設(shè)計的相 應(yīng)外圍電路實現(xiàn)。通過運5個相應(yīng)的外圍電路模塊，多旋翼無人機便可W通過銀星遠程控制 模塊夠?qū)崿F(xiàn)與地面操控平臺的通信、應(yīng)答、電池電壓的回傳、位置信息的更新、傳感器數(shù)據(jù) 的回傳、探測數(shù)據(jù)的回傳、任務(wù)指令的更新等預(yù)期安全檢測工作。
[0076] 遠程控制模塊是連接銀星通訊模塊和多旋翼無人機主控計算機的橋梁，肩負著緩 存數(shù)據(jù)、建立通訊、對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換解析、指令備份和應(yīng)急等任務(wù)。其主要功能如下所示。
[0077] 1 )連接銀星通訊模塊和無人機操控主機。當(dāng)需要實現(xiàn)銀星遠程控制多旋翼無人 機時，則需要將銀星通訊模塊解析出來的數(shù)據(jù)和指令暫存到一個臨時緩沖區(qū)，確保接收數(shù) 據(jù)的穩(wěn)定性和有效性，然后再將運些指令和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成特定的格式傳送給多旋翼無人機的 無人機操控主機。另一方面，當(dāng)多旋翼無人機要將探測的數(shù)據(jù)通過銀星通訊的方式發(fā)送給 地面操控系統(tǒng)時，也需要將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成特定格式、添加相應(yīng)帖頭帖尾，然后再經(jīng)由銀 星通訊模塊和銀星通訊天線發(fā)射出去。
[0078] 2 )緩存、解析和轉(zhuǎn)換通訊數(shù)據(jù)。該功能主要體現(xiàn)在，當(dāng)有數(shù)據(jù)或者指令通過銀星 模塊加載給多旋翼無人機時，由于多旋翼無人機的無人機操控主機可能會處于忙碌或者休 眠狀態(tài)，進而不能正常進入遠程控制指令加載的中斷，所W需要將運些通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò) 加載過來的數(shù)據(jù)和指令暫存在一個緩沖區(qū)內(nèi)，待無人機操控主機被喚醒并能夠正常進入中 斷的時候在進行數(shù)據(jù)傳輸。另一方面，當(dāng)多旋翼無人機需要將探測數(shù)據(jù)通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò) 的方式回傳數(shù)據(jù)時，如果數(shù)據(jù)量過大，則不能再一個數(shù)據(jù)帖內(nèi)完成，所W需要將運些數(shù)據(jù)暫 存到一個緩沖區(qū)內(nèi)，然后經(jīng)過該遠程控制模塊對其打包處理，添加偵頭偵尾W便正常發(fā)送。
[0079] 3 )完成地面操控系統(tǒng)對多旋翼無人機的遠程遙控。該功能主要體現(xiàn)在，當(dāng)多旋 翼無人機和當(dāng)前地面操控系統(tǒng)之間處在地理障礙限制范圍內(nèi)時，地面電臺數(shù)據(jù)鏈路、2.4G 手持遙控系統(tǒng)等點對點通信方式由于障礙物阻擋，遙控指令無法有效傳輸給多旋翼無人 機。由于銀星通訊網(wǎng)絡(luò)采用衛(wèi)星中繼通訊方式，不同于點對點的通訊方式，數(shù)據(jù)傳輸不受障 礙物的阻擋，因此當(dāng)處于銀星通訊網(wǎng)絡(luò)的有效通信范圍內(nèi)時，運時可W由地面操控系統(tǒng)發(fā) 送指令，通過銀星中繼網(wǎng)絡(luò)傳輸給多旋翼無人機上遠程操控系統(tǒng)，W達到對多旋翼無人機 遠程控制的目的。又或當(dāng)多旋翼無人機和當(dāng)前地面操控系統(tǒng)之間處在超視距范圍，通信距 離超過當(dāng)前地面電臺數(shù)據(jù)鏈路、2.4G手持遙控系統(tǒng)等點對點通信方式的最大有效通信距 離，遙控指令無法有效傳輸給多旋翼無人機。由于銀星通訊網(wǎng)絡(luò)采用衛(wèi)星中繼通訊方式，不 同于點對點的通訊方式，數(shù)據(jù)傳輸不受距離的影響，因此運時可W由地面操控系統(tǒng)發(fā)送指 令，通過銀星中繼網(wǎng)絡(luò)傳輸給多旋翼無人機上遠程操控系統(tǒng)，W達到對多旋翼無人機遠程 控制的目的。此處，對多旋翼無人機的遠程遙控采用SBD短消息傳輸方式遠程遙控多旋翼無 人機，銀星通信模塊SBD通信方式的最大移動發(fā)起消息大小是1960字節(jié)，遠大于遙控指令數(shù) 據(jù)長度，足夠滿足使用要求。
[0080] 4 )接收多旋翼無人機遠程遙測數(shù)據(jù)，并發(fā)送給地面操控系統(tǒng)。該功能主要體現(xiàn) 在，當(dāng)多旋翼無人機和當(dāng)前地面操控系統(tǒng)之間處在地理障礙限制范圍內(nèi)時，地面電臺數(shù)據(jù) 鏈路、2.4G手持遙控系統(tǒng)等點對點通信方式由于障礙物阻擋，地面操控系統(tǒng)無法實時接收 多旋翼無人機回傳的遙測數(shù)據(jù)。由于銀星通訊網(wǎng)絡(luò)采用衛(wèi)星中繼通訊方式，不同于點對點 的通訊方式，數(shù)據(jù)傳輸不受障礙物的阻擋，因此當(dāng)處于銀星通訊網(wǎng)絡(luò)的有效通信范圍內(nèi)時， 運時多旋翼無人機上的遠程操控系統(tǒng)可W通過銀星中繼網(wǎng)絡(luò)把當(dāng)前遙測數(shù)據(jù)回傳給地面 操控系統(tǒng)，W達到實時接收遙測數(shù)據(jù)的目的。又或當(dāng)多旋翼無人機和當(dāng)前地面操控系統(tǒng)之 間處在超視距范圍，通信距離超過當(dāng)前地面電臺數(shù)據(jù)鏈路、2.4G手持遙控系統(tǒng)等點對點通 信方式的最大有效通信距離，地面操控系統(tǒng)無法實時接收多旋翼無人機回傳的遙測數(shù)據(jù)。 由于銀星通訊網(wǎng)絡(luò)采用衛(wèi)星中繼通訊方式，不同于點對點的通訊方式，數(shù)據(jù)傳輸不受距離 的影響，因此運時多旋翼無人機上的遠程操控系統(tǒng)可W通過銀星中繼網(wǎng)絡(luò)把當(dāng)前遙測數(shù)據(jù) 回傳給地面操控系統(tǒng)，W達到實時接收遙測數(shù)據(jù)的目的。此處，多旋翼無人機遙測數(shù)據(jù)回傳 采用SBD短消息傳輸方式回傳給地面操控系統(tǒng)，銀星通信模塊SBD通信方式的最大移動發(fā)起 消息大小是1960字節(jié)，遠大于多旋翼無人機需要回傳的遙測數(shù)據(jù)長度，足夠滿足使用要求。
[0081] 5 )指令備份、安全監(jiān)測、應(yīng)急操作。為確保多旋翼無人機能夠準確無誤地接收指 令，優(yōu)選在銀星遠程控制模塊內(nèi)單獨開辟了一個指令備份區(qū)，用于存儲每一套完整操作指 令的模式和最常用最安全的一組指令，運些指令模式和常用指令組都按一定順序準確排 列。當(dāng)將要加載給無人機操控主機的指令被解析出來時，會和運些備份指令比較對照，待確 定準確無誤后再傳送給無人機操控主機。
[0082] 安全監(jiān)測的功能體現(xiàn)在，當(dāng)多旋翼無人機處于飛行任務(wù)時，會定時通過多旋翼無 人機遠程操控系統(tǒng)向銀星通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送當(dāng)前機體姿態(tài)值，電壓值，速度，飛行高度，地理坐 標等安全監(jiān)測數(shù)據(jù)。地面操控系統(tǒng)通過銀星通訊網(wǎng)絡(luò)接受到運些數(shù)據(jù)之后，通過數(shù)據(jù)分析 了解到當(dāng)前多旋翼無人機的飛行狀態(tài)，從而達到安全監(jiān)測的目標。多旋翼無人機安全監(jiān)測 數(shù)據(jù)回傳采用SBD短消息傳輸方式回傳給地面操控系統(tǒng)，銀星通信模塊SBD通信方式的最大 移動發(fā)起消息大小是I960字節(jié)，遠大于多旋翼無人機需要回傳的安全監(jiān)測數(shù)據(jù)長度，足夠 滿足使用要求。
[0083] 應(yīng)急操作的功能主要體現(xiàn)在，當(dāng)多旋翼無人機處于飛行任務(wù)時，地面飛行環(huán)境突 然改變，不再適合執(zhí)行飛行任務(wù)，無人機如果繼續(xù)飛行會有損壞的危險，運時通可W過多旋 翼無人機的地面操控系統(tǒng)向多旋翼無人機發(fā)布返航命令、盤旋命令、降落命令、開傘命令 等，并且多旋翼無人機遠程操控系統(tǒng)會定時向地面操控系統(tǒng)發(fā)送當(dāng)前地理坐標，W防緊急 情況出現(xiàn)，及時尋回?zé)o人機。又或者當(dāng)多旋翼無人機處于飛行任務(wù)時，突然地面監(jiān)測到前方 有障礙，當(dāng)前飛行高度不適合飛行，無人機如果繼續(xù)飛行會有損壞的危險，運時通可W通過 地面操控系統(tǒng)向多旋翼無人機發(fā)布爬升指令，并且多旋翼無人機上的遠程操控系統(tǒng)會定時 向地面操控系統(tǒng)發(fā)送當(dāng)前地理坐標，W防緊急情況出現(xiàn)，及時尋回?zé)o人機。此外對多旋翼無 人機的應(yīng)急操作可W采用數(shù)據(jù)撥號方式，實時有效的和多旋翼無人機建立數(shù)據(jù)連接，遠程 緊急操控?zé)o人機進行避險動作或者緊急開傘，使其能夠安全降落。銀星通信模塊數(shù)據(jù)撥號 通信方式對通信數(shù)據(jù)量沒有限制，數(shù)據(jù)延時基本可W忽略，足夠滿足我們動態(tài)實時操控?zé)o 人機的要求。
[0084] 另外，考慮到現(xiàn)實飛行環(huán)境的復(fù)雜性，風(fēng)速和氣流難W預(yù)測，為減小危險系數(shù)，我 們提出了一系列的應(yīng)急措施形成相應(yīng)的應(yīng)急方案，W備不時之需。
[0085] 多旋翼無人機的地面操控系統(tǒng)和遠程操控系統(tǒng)的配套使用共同實現(xiàn)了多旋翼無 人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)的相應(yīng)功能。
[0086] 遠程控制模塊設(shè)計
[0087] 多旋翼無人機的遠程控制模塊肩負著緩存數(shù)據(jù)、建立通訊、對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換解析、指 令備份和應(yīng)急等任務(wù)，是多旋翼無人機有效運行和應(yīng)急處理的根本保障，因此對該部分的 設(shè)計要求也格外嚴格。本實用新型所使用的多旋翼無人機有作業(yè)時間長，能源功耗低等特 點，因此在選擇銀星遠程控制模塊忍片和電路板設(shè)計時，也要考慮到功耗低、穩(wěn)定性好等特 點。為此，我們設(shè)計了如下方案。
[0088] 1 )遠程控制模塊電路設(shè)計
[0089] 多旋翼無人機銀星遠程控制模塊采用集成、模塊化設(shè)計思路，將主控CPU、外圍電 路、銀星9523模塊、GPS模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、SIM卡模塊、電源模塊等集成在一個殼體內(nèi)，但 在物理上又劃分為2個模塊，I;ridium_CPU板和I;ridium_Powe;r板獨立設(shè)計，并通過板間件雙 排座連接。運樣設(shè)計的好處是，信號處理部分和電源部分獨立分開，減少對信號線的影響， 電源電壓平穩(wěn)可靠，波動較小;做成雙層板連接，減小控制板所占的體積，使控制板整體較 為緊湊，尺寸大小最大僅為101 X 58mm，雙層板最大高度處僅為23mm。
[0090] Ir idium_CPU板:包含主控CPU、接口電路、電平轉(zhuǎn)換模塊、SIM卡模塊、GPS模塊、板 內(nèi)用二次電源、板間連接總線模塊等，是遠程控制模塊的核屯、部分;Iridium_Power板:包含 銀星9523模塊、主電源供電模塊(7-40V轉(zhuǎn)5V)、VCC3供電模塊巧V轉(zhuǎn)3V3)、銀星發(fā)射VOOST供 電模塊巧V轉(zhuǎn)28V)、對外接口模塊(DB15插頭）、板間連接總線模塊等。
[0091] 遠程控制模塊結(jié)構(gòu)集成遵循標準化、模塊化、結(jié)構(gòu)化的原則，方便用戶使用、維護， 也能在一定程度上提高系統(tǒng)可靠性。根據(jù)模塊化設(shè)計，結(jié)構(gòu)上分為Iridium_CPU模塊和 I;ridium_Powe;r模塊(供電控制），二者在空間上呈層疊形式，并通過內(nèi)部總線連接。如圖3、 圖4所示。IridiumJTU模塊和I;ridium_Powe;r模塊(供電控制)均設(shè)計為現(xiàn)場可更換單元，降 低現(xiàn)場維修時間，提高作業(yè)效率。
[0092] 多旋翼無人機遠程控制模塊硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。上半部分為Iridium_CPU 板，中間部分為板間連接總線，下半部分為Iridium_Power板。銀星遠程控制模塊系統(tǒng)架構(gòu) 如圖6所示主要包括:對外接口、電平轉(zhuǎn)換模塊、GPS模塊、CPU模塊、銀星模塊、SIM卡接口忍 片、SIM卡座、升壓開關(guān)電源模塊、開關(guān)電源模塊、LDO電源等模塊。
[0093] 多旋翼無人機銀星通訊系統(tǒng)一體化設(shè)計，通訊模塊與通訊天線一體化設(shè)計。因為 所有的銀星通訊模塊和通訊天線之間的連接都需要一段饋線，雖然饋線的選擇一般都是屏 蔽線，對信號的衰減在3地W內(nèi)。但考慮到如果快線過長，對信號的衰減會有所加大，影響銀 星通訊的有效性和穩(wěn)定性。同時考慮到如果饋線過長，當(dāng)多旋翼無人機需要調(diào)控姿態(tài)產(chǎn)生 打開電機時，產(chǎn)生的強電流可會對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生干擾。鑒于W上原因，優(yōu)選采用通信模塊與 通訊天線一體化裝配的設(shè)計，使饋線長度得到縮減，提高通訊有效性和穩(wěn)定性，而且更加有 利于多旋翼無人機的整體裝配和一體化設(shè)計。
[0094] 為了將地面銀星通訊天線盡量安置在較為開闊、遮擋物盡量少的地方，同時也為 了給多旋翼無人機銀星地面操控平臺的操作人員盡量安排在較為安全、方便、舒適的工作 室內(nèi)，我們要求該地面操控系統(tǒng)通訊數(shù)據(jù)延長線應(yīng)盡可能的長。運也是方便用戶能夠在更 加安全、方便的場所操作多旋翼無人機銀星通訊地面操控平臺的必要選擇。但考慮到多旋 翼無人機銀星遠程控制模塊引出的數(shù)據(jù)線接口采用RS232的通訊方式，可知該地面操控平 臺的數(shù)據(jù)通訊線延長線不能超過15米。為了更好的解決此問題，本實用新型提出了一種 RS232轉(zhuǎn)RS485延長的方式，首先將從銀星遠程控制模塊引出RS232接口，然后將RS232接口 用RS485接口轉(zhuǎn)接，即可將RS232的TX/RX引線轉(zhuǎn)換成A/B引線，從而可實現(xiàn)將數(shù)據(jù)信號延長 到百米W外(理論上可是延長到1200米）。
[00%]本實用新型記載并公開的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，能實現(xiàn)操作者對多 旋翼飛行器的實時地面遙控、參數(shù)調(diào)整、數(shù)據(jù)分析、安全監(jiān)測W及緊急情況下應(yīng)急控制、及 時尋回等功能，W達到在銀星有效通訊范圍內(nèi)任何地點、任何時間、任何距離的實時安全監(jiān) 測的目的。因此在設(shè)計多旋翼無人機銀星通訊系統(tǒng)時，應(yīng)考慮到及時性、穩(wěn)定性、獨立性、可 監(jiān)測等問題。及時性就是要要求多旋翼無人機在主控系統(tǒng)上電后就能夠及時的接入銀星通 訊網(wǎng)絡(luò)，為接下來的工作建設(shè)好鏈路;穩(wěn)定就是要保證多旋翼無人機在建立了數(shù)據(jù)傳輸鏈 路之后，能夠保證該鏈路一直有效工作，直至數(shù)據(jù)傳送和指令接收等工作的結(jié)束;獨立性就 是指在多旋翼出現(xiàn)故障無法繼續(xù)飛行時，包括墜毀、GPS信息丟失、電源故障等，該通訊系統(tǒng) 不受其影響仍然能夠正常工作，返回當(dāng)前位置信息，供地面人員找回多旋翼;可監(jiān)測就是指 多旋翼無人機接入銀星通訊網(wǎng)絡(luò)建立數(shù)據(jù)傳送鏈路之后，所執(zhí)行的所有指令操作、數(shù)據(jù)收 發(fā)都能夠被地面操控平臺所監(jiān)測。
[0096] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可W理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可W 通過計算機程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲于計算機可讀取存儲介質(zhì) 中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁 碟、光盤、只讀存儲記憶體（Read-Only Memoir ,ROM)或隨機存儲記憶體（Random Access Memory ,RAM)等。
[0097] W上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細說明，不能 認定本實用新型的具體實施只局限于運些說明。對于本實用新型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下，還可W做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視 為屬于本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括:接收并處理遠程控制系 統(tǒng)通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奶綔y信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，以及將操控指令發(fā)通過銥星通訊網(wǎng) 絡(luò)向遠程控制系統(tǒng)發(fā)送的地面操控系統(tǒng)，和位于多旋翼無人機上，通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)向地 面操控系統(tǒng)發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)；以及接收地面操控系統(tǒng)通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 的操控指令，并進行解析處理，完成規(guī)定的任務(wù)的遠程控制系統(tǒng);地面操控系統(tǒng)和遠程控制 系統(tǒng)通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)連接； 其中，所述地面操控系統(tǒng)包括： 通過通訊數(shù)據(jù)延長線與地面控制模塊連接，用于建立地面操控系統(tǒng)和位于多旋翼無人 機上的遠程控制系統(tǒng)之間的銥星通訊網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸通路，接收并處理遠程控制系統(tǒng)發(fā)送、 經(jīng)過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)和地面控制模塊回傳的數(shù)據(jù)，以及將操控指令發(fā)送給地面控制模塊，然 后再通過地面天線向遠程控制系統(tǒng)發(fā)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(shù)據(jù)延長線； 與地面天線連接，用于將地面操控主機發(fā)送的操控指令轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流，并 儲在一個緩存區(qū)內(nèi)，然后通過地面天線將該數(shù)據(jù)流以微波的形式傳送給銥星通訊網(wǎng)絡(luò)；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(shù)據(jù)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(dāng)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(tǒng)回傳的探測信息和安全監(jiān) 控數(shù)據(jù)、以及向遠程控制系統(tǒng)發(fā)送操控指令； 所述遠程控制系統(tǒng)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(guī)定的任務(wù);并通過遠程控制模塊和遠程天線向地面操控系統(tǒng)發(fā)送探測信息和安 全監(jiān)控數(shù)據(jù)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(jiān)控 數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成一定格式的數(shù)據(jù)流，并存儲在一個緩存區(qū)內(nèi)，通過遠程天線將該數(shù)據(jù) 流以微波的形式傳送給銥星通訊網(wǎng)絡(luò)；以及將遠程天線從銥星通訊網(wǎng)絡(luò)所接收到的微波信 號解析成可以直接讀取的代碼，發(fā)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(dāng)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(tǒng)發(fā)送的操控指令、以及向地面操控系 統(tǒng)發(fā)送探測信息和安全監(jiān)控數(shù)據(jù)。2. 如權(quán)利要求1所述的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述遠程控制 系統(tǒng)與接收多旋翼無人機當(dāng)前地理位置信息的GPS天線連接，并通過銥星通訊網(wǎng)絡(luò)將所述 當(dāng)前地理位置信息發(fā)送給地面操控系統(tǒng)。3. 如權(quán)利要求2所述的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述通訊數(shù)據(jù) 延長線采用RS232轉(zhuǎn)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。4. 如權(quán)利要求2或3所述的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，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(wǎng)絡(luò)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。5. 如權(quán)利要求2或3所述的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，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(shù)據(jù);所述安全監(jiān)控數(shù)據(jù)包括:多旋翼 無人機當(dāng)前姿態(tài)值、電壓值、速度值、飛行高度值以及當(dāng)前地理位置信息。6. 如權(quán)利要求3所述的多旋翼無人機通訊和安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，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。
【文檔編號】G05D1/10GK205721375SQ201620129211
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年2月19日
【發(fā)明人】黃榮輝, 張欣, 李勛, 王松, 陳萬里, 李大偉, 裴慧坤, 姚森敬, 周偉才
【申請人】深圳供電局有限公司, 北京航空航天大學(xué)