CN101819711A - 一种基于3g/4g通信技术的遥控飞行*** - Google Patents

一种基于3g/4g通信技术的遥控飞行*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，包括遥控装置及接受其遥控指令的飞行器，所述遥控装置与飞行器经由3G/4G通信网络进行信令交互；所述遥控装置进一步设置有与飞行器进行通信的3G/4G通信单元和输出包含飞行器当前所处环境的影像信息及飞行器本身状态信息的飞行器实时状态信息的显示输出单元；所述飞行器进一步设置有与遥控装置进行通信的3G/4G通信终端和获取飞行器当前所处环境的影像信息的影像获取单元。本发明所述基于3G/4G通信技术的遥控飞行***利用3G/4G通信网络和终端，代替传统的无线电遥控飞行器所使用的专用无线电遥控设备，实现超远距离的、具有现场感并可得到大规模商业应用的遥控飞行。

Description

一种基于3G/4G通信技术的遥控飞行***
技术领域
本发明涉及一种飞行控制***，尤其涉及一种基于3G/4G通信技术的遥控飞行***。
背景技术
无线电遥控飞行器在航拍、巡逻、侦察等领域正得到越来越多的应用。在无线电遥控飞行器上加装可视航拍遥控器，可以为操作者提供身处空中现场般的视觉和操纵感受，大大提高了航拍等领域的工作效率，同时降低了生产成本。
但是传统的无线电遥控飞行器通过专用的无线电设备进行遥控，有效控制距离非常有限。目前，市场上常见的无线电遥控飞行器有效控制距离一般都小于1公里。制造较大型的飞行器可以装载功率更大的无线电设备，有效控制距离可以达到10～15公里，甚至更远一些，但是较大型的飞行器制造成本很高，更关键的是，远距离无线电遥控多个飞行器容易造成信号相互干扰，并且遥控飞行器使用的无线电频段受到严格控制和监管，难以得到大规模商业应用。
有人提出使用通信卫星***作为信号转发装置来实现超远距离的遥控飞行。卫星通信带宽资源宝贵，租用成本高昂，实时视频信息传送质量难以保证，加之通信终端制造成本高，重量大，只能应用在大型飞行器上，因此，只有军方等极少数部门能够基于通信卫星***实现超远距离的遥控飞行，也难以得到大规模的商业应用。
实际上，除了军方使用的遥控飞行器外，一般的无线电遥控飞行器都在视距内进行遥控，或者事先设定飞行和工作程序，从而大大影响了其应用范围。
目前，世界先进国家都在大力推进无人飞行器技术的发展和商业应用，相关产业要想获得蓬勃发展，就必须解决以低廉成本实现超远距离并且能够得到大规模商业应用的遥控飞行这一关键问题。
发明内容
本发明针对现有技术的弊端，提供一种基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，利用3G/4G通信网络及终端代替传统的无线电遥控飞行器所使用的专用无线电遥控设备，实现超远距离的、具有现场感并可大规模商业应用的遥控飞行。
本发明所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，包括遥控装置及接受其遥控指令的飞行器，所述遥控装置设置有指令输入单元、中央处理单元，所述飞行器设置有飞行控制单元，
所述遥控装置与飞行器经由3G/4G通信网络进行信令交互；
所述遥控装置进一步设置有3G/4G通信单元和显示输出单元，其中，所述3G/4G通信单元用于接收飞行器经由3G/4G通信网络发送的包含飞行器当前所处环境的影像信息及飞行器本身状态信息的飞行器实时状态信息，以及，经由3G/4G通信网络向飞行器发送遥控指令；所述显示输出单元则用于显示输出经中央处理单元处理后的飞行器实时状态信息；
所述飞行器进一步设置有3G/4G通信终端和影像获取单元，其中，所述3G/4G通信终端用于经由3G/4G通信网络向遥控装置发送飞行器实时状态信息，以及，接收遥控装置经由3G/4G通信网络发送的遥控指令；所述飞行控制单元根据该接收到的遥控指令调整飞行器的飞行状态。
本发明所述的基于3G/4G通信网络的遥控飞行***中，所述遥控装置内进一步设置有数据存储单元，该数据存储单元用于存储经中央处理单元处理后的飞行器实时状态信息。
本发明所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***中，所述飞行器实时状态信息还包括飞行器航速、航向、飞行器高度、风向、风力、温度、湿度信息。
本发明所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***中，所述影像获取单元为摄像机，该摄像机具有可以与3G/4G通信终端对接的数据接口。
本发明所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***中，所述显示输出单元为显示器。所述指令输入单元为键盘、鼠标或操纵杆。
本发明所述基于3G/4G通信技术的遥控飞行***中，飞行器通过3G/4G通信终端和网络，把影像获取单元获取的影像信息实时传送到遥控装置上，并通过遥控装置的显示输出单元展现给操作者，令操作者有身处现场般的视觉感受；操作者可以根据其所观察到的场景，通过遥控装置的指令输入单元向飞行器发出控制指令，这些指令通过3G/4G通信网络传送到飞行器上，被飞行控制单元加以执行。本发明所述基于3G/4G通信技术的遥控飞行***利用3G/4G通信网络和终端，代替传统的无线电遥控飞行器所使用的专用无线电遥控设备，实现超远距离的、具有现场感并可得到大规模商业应用的遥控飞行。
附图说明
图1为本发明所述基于3G/4G通信技术的遥控飞行***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，不仅适用于当前广泛使用的3G通信网络，同样适用于目前研发中的4G通信网络。如图1所示，所述基于3G/4G通信技术的遥控飞行***包括遥控装置、飞行器、以及为二者之间提供信令交互服务的3G/4G通信网络。
所述遥控装置包括指令输入单元、中央处理单元，以及增加设置的3G/4G通信单元、显示输出单元。
其中，所述指令输入单元用于输入对飞行器的控制指令，该指令输入单元可为键盘、鼠标或操纵杆等具有信息输入功能的设备。
所述中央处理单元为具有数据处理功能的装置，该中央处理单元可对指令输入单元输入的控制指令、3G/4G通信单元接收到的飞行器实时状态信息、以及需要在显示输出单元进行输出的数据进行处理，以适应各单元对数据的不同要求。
所述3G/4G通信单元用于接收飞行器的实时状态信息，该飞行器的实时状态信息包括飞行器当前所处环境的影像信息，还可包含飞行器的航速、航向、飞行器所处的高度、当前风向、风力、温度、湿度等信息。所述飞行器的实时状态信息由飞行器经由3G/4G通信网络发出。
所述3G/4G通信单元还用于向飞行器发送遥控指令，该遥控指令由指令输入单元输入，经由3G/4G通信网络发出。
所述显示输出单元用于显示输出飞行器的实时状态信息，所述飞行器的实时状态信息由3G/4G通信单元接收并被中央处理单元转换为显示输出单元匹配的数据格式。所述显示输出单元可为显示器等具备图像输出功能的装置。
所述的遥控装置中，还可进一步增加设置数据存储单元，该数据存储单元用于存储经中央处理单元处理后的飞行器实时状态信息，以备后续调用查询。
本发明是基于3G/4G通信网络而进行飞行器与遥控装置之间的信令交互，因此，在飞行器中也对应设置了3G/4G通信终端。
如图1所示，所述飞行器包括飞行控制单元、3G/4G通信终端、影像获取单元。
其中，所述飞行控制单元用于接收控制指令并根据该控制指令调整飞行器的飞行状态，所述控制指令即为3G/4G通信终端接收到的遥控装置发出的遥控指令。
所述3G/4G通信终端用于接收遥控装置经由3G/4G通信网络发送的遥控指令，并将该遥控指令转发至飞行控制单元；同时，所述3G/4G通信终端还经由3G/4G通信网络向遥控装置发送飞行器的实时状态信息。这里所述的飞行器实时状态信息包括了飞行器当前所处环境的影像信息以及飞行器的航速、航向、飞行器所处的高度、当前风向、风力、温度、湿度等信息。
前述飞行器当前所处环境的影像信息由本发明中增加设置的影像获取单元获取，该影像获取单元为具有可以与3G/4G通信终端对接的数据接口的摄像机。
本发明所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***中，充分应用了3G/4G通信技术对于多媒体数据传输速度快的优点，使得位于远端的遥控装置使用者可自显示输出单元上得到飞行器上影像获取单元获取的飞行器当前所处环境的影像信息，并进而可适时发出调整飞行状态的遥控指令。
下面以一实例来进一步说明本发明所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***。
所述实例为遥控城市监控飞艇，包括飞艇和控制台。
飞艇为定制的小型无人飞艇，装备有电源，电动引擎和3G通信终端，并加装提供了控制接口的飞行控制***和云台摄像***。飞艇总质量＜15kg，艇壳可以容纳于一个4m(长)×3m(宽)×2m(高)的空间内(差不多相当于一部面包车)，充氦气，最大飞行速度可以达到100km/h，抗风能力可达6级，飞行高度0～300m，持续高速(＞60km/h)飞行时间可以达到3小时，待机(留空但无飞行任务)时间可以长达1周。3G通信终端为定制的WCDMA3G手机主板(留有与飞行控制***和云台摄像***对接的端口)，使用Android应用平台，安装专为超远距离遥控飞行而开发的(控制台端的)Android应用程序。该程序接收摄像***拍摄的视频信息，通过3G通信网络(***的WCDMA网络)把视频信息传送给控制台，并接受控制台发出的控制指令，调用飞行控制***和云台摄像***的相关控制接口。
控制台是一台加装了3G通信网卡的PC，使用Windows操作***，安装专为超远距离遥控飞行而开发的(控制台端的)Windows应用程序。运行该应用程序，将在Windows桌面上产生一组遥控飞行用户界面，包括场景显示窗口和控制面板窗口，通过场景显示窗口向操作者实时展现3G通信网卡接收到的、由飞艇摄像***所拍摄的视频信息，并通过控制面板接收操作者的控制指令，通过3G通信网卡发送到飞艇。
在面积为10km×10km的城市上空部署一艘这样的飞艇，可以在5分钟内到达城市中的任何一个地点，把现场信息实时传送回控制台。部署更多的飞艇，可以监控更大的区域，达到更快的反应速度，并且有更强的并发事件应对能力，在大城市的交通管理、新闻采录、救灾反恐方面有巨大的应用前景。
相较于现有技术中的无线电遥控飞行器，本发明所述基于3G/4G通信技术的遥控飞行***具有如下明显优势：
1.超远的控制距离。理论上，只要是3G/4G通信网络覆盖到的区域，都可以对飞行器进行有效的遥控，例如，操作者可以在北京的控制台上遥控位于广州的飞行器。
2.具有现场感的遥控模式帮助操作者发出更加准确的飞行控制指令。传统的无线电遥控飞行器在视距内控制，操作者必须要仔细观察数百米外飞行器的姿态，判断飞行器的位置、速度，才能避免发出错误的控制指令，这对于普通人而言有很大难度。基于本发明所提出的遥控飞行***，操作者可以同步观察到飞行器所能“观察”到的场景，令其有身处现场般的视觉和操纵感受，普通人也能够随心所欲的控制飞行器。
3.制造和使用成本低廉。无论是通信终端的制造或者采购成本，还是通信费用，都相对低廉，完全能够满足大规模商业应用的要求。
4.可对大量飞行器同时进行远距离遥控，不受无线电频段控制和监管的约束，这对于大规模商业应用也是至关重要的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (6)

1.一种基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，包括遥控装置及接受其遥控指令的飞行器，所述遥控装置设置有指令输入单元、中央处理单元，所述飞行器设置有飞行控制单元，其特征在于，
所述遥控装置与飞行器经由3G/4G通信网络进行信令交互；
所述遥控装置进一步设置有3G/4G通信单元和显示输出单元，其中，所述3G/4G通信单元用于接收飞行器经由3G/4G通信网络发送的包含飞行器当前所处环境的影像信息及飞行器本身状态信息的飞行器实时状态信息，以及，经由3G/4G通信网络向飞行器发送遥控指令；所述显示输出单元则用于显示输出经中央处理单元处理后的飞行器实时状态信息；
所述飞行器进一步设置有3G/4G通信终端和影像获取单元，其中，所述3G/4G通信终端用于经由3G/4G通信网络向遥控装置发送飞行器实时状态信息，以及，接收遥控装置经由3G/4G通信网络发送的遥控指令；所述飞行控制单元根据该接收到的遥控指令调整飞行器的飞行状态。
2.如权利要求1所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，其特征在于，所述遥控装置内进一步设置有数据存储单元，该数据存储单元用于存储经中央处理单元处理后的飞行器实时状态信息。
3.如权利要求2所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，其特征在于，所述飞行器实时状态信息还包括飞行器航速、航向、飞行器高度、风向、风力、温度、湿度信息。
4.如权利要求2所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，其特征在于，所述影像获取单元为摄像机，该摄像机具有可以与3G/4G通信终端对接的数据接口。
5.如权利要求2所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，其特征在于，所述显示输出单元为显示器。
6.如权利要求2所述的基于3G/4G通信技术的遥控飞行***，其特征在于，所述指令输入单元为键盘、鼠标或操纵杆。
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