CN106487927A - 一种多旋翼无人机的通信控制*** - Google Patents

一种多旋翼无人机的通信控制*** Download PDF

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石志超
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Abstract

本发明提供了一种多旋翼无人机的通信控制***，包括自动驾驶仪、双目相机、第一XBee模块、第二XBee模块、第一数据接收装置和第二数据接收装置，所述第一XBee模块、第一数据接收装置和第二数据接收装置均设于地面上，所述双目相机连接在自动驾驶仪上，并与所述第一数据接收装置和第二数据接收装置进行无线连接，所述自动驾驶仪内设有DSP模块，并与第二XBee模块连接，所述第一XBee模块和第二XBee模块之间无线连接。本发明的有益效果：提高了传输的隐秘性、减少了干扰效应、鲁棒性好、传输距离远且速度快、功耗较低、成本较低、信号衰减小，有效增强无人机的飞行通信稳定性。

Description

一种多旋翼无人机的通信控制***
技术领域
本发明属于无人机通信控制技术领域，尤其是涉及一种多旋翼无人机的通信控制***。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，是通过无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，无人机在工作过程中需要搭载一定的设备进行侦查和拍照，所以和地面站、地面端数传设备等地面设备之间的通信就显得十分的重要。
目前市场上的多旋翼无人机，机动性好、体积小，且相比于一般的飞机在相同的翼展下能有更强的负载能力以及能够悬停，因此得到广泛应用，比如消防、环境侦查、航拍等。这些应用都需要跟如地面站、地面端数传设备之间进行通信，但是通信存在传输速度慢、通信距离较近、信号衰减过大等问题，严重限制了无人机的发展和应用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种多旋翼无人机的通信控制***，以解决上述问题中的不足之处，增强多旋翼无人机的飞行通信稳定性和可靠性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种多旋翼无人机的通信控制***，包括自动驾驶仪、双目相机、第一XBee模块、第二XBee模块、第一数据接收装置和第二数据接收装置，所述第一XBee模块、第一数据接收装置和第二数据接收装置均设于地面上，所述双目相机连接在自动驾驶仪上，并与所述第一数据接收装置和第二数据接收装置进行无线连接，所述自动驾驶仪内设有DSP模块，并与第二XBee模块连接，所述第一XBee模块和第二XBee模块之间无线连接。
进一步的，所述自动驾驶仪为PIXHAWK飞行控制器。
进一步的，所述双目相机包括前目相机和航拍相机，所述前目相机通过自动驾驶仪内的发射模块与第一数据接收装置进行无线连接，所述航拍相机固定在与云台控制器连接的云台上，所述云台控制器通过CAN线连接在自动驾驶仪上，所述自动驾驶仪通过云台控制器对航拍相机进行PTZ控制，所述云台控制器通过空中发射端与所述第二数据接收装置无线连接。
进一步的，所述发射模块为模拟PAL视频无线发射机。
进一步的，两个所述XBee模块上均设有偶极子天线。
进一步的，在两个所述数据接收装置上均设有全向圆极化天线和定向圆极化天线。
进一步的，所述定向圆极化天线指向远离无人机的方向。
进一步的，所述全向圆极化天线在两个数据接收装置上分别为右旋圆极化天线和左旋圆极化天线。
相对于现有技术，本发明所述的一种多旋翼无人机的通信控制***具有以下优势：
本发明所述的多旋翼无人机的通信控制***提高了传输的隐秘性、减少了干扰效应、鲁棒性好、传输距离远且速度快、功耗较低、成本较低、信号衰减小，有效增强无人机的飞行通信稳定性。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述多旋翼无人机的通信控制***的工作原理图；
图2为本发明实施例所述数据接收装置上的天线辐射方向图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种多旋翼无人机的通信控制***，其工作原理如图1所示，包括自动驾驶仪、双目相机、第一XBee模块、第二XBee模块、第一数据接收装置和第二数据接收装置，所述第一XBee模块、第一数据接收装置和第二数据接收装置均设于地面上，所述双目相机连接在自动驾驶仪上，并与所述第一数据接收装置和第二数据接收装置进行无线连接，所述自动驾驶仪内设有DSP模块，并与第二XBee模块连接，所述第一XBee模块和第二XBee模块之间无线连接。
所述自动驾驶仪为PIXHAWK飞行控制器。
所述双目相机包括前目相机和航拍相机，所述前目相机通过自动驾驶仪内的发射模块与第一数据接收装置进行无线连接，所述航拍相机固定在与云台控制器连接的云台上(图中未画出)，所述云台控制器通过CAN线连接在自动驾驶仪上，从而根据云台姿态反馈智能地高精度控制各轴的转向和角度，并实时与自驾仪通讯获得控制命令，所述自动驾驶仪通过云台控制器对航拍相机进行PTZ控制(Pan/Tilt/Zoom，代表云台全方位移动及镜头变倍、变焦控制)，所述云台控制器通过空中发射端与所述第二数据接收装置无线连接，所述前目相机用来辨别飞行方向，所述航拍相机在自动驾驶仪底部，用来航拍画面。
所述发射模块为模拟PAL视频无线发射机。
所述XBee模块具有低功耗、廉价以及轻便的特点，在双向连接的时候能够提供必需的数据速率，在本实施例中，所述XBee模块采用900MHz的传输频率，而不是通常所用的2.4GHz，因为在900MHz情况下设备工作要比在2.4GHz时性能好，这是因为前者传输距离可以达到45km的长距离范围。射频理论认为，在同等功率的发射条件下，较低的频率信号可达到更远，因此900Mhz***相较在2.4Ghz频率下工作应该能达到更远的范围；另一方面，电磁波传播在1GHz以下可以轻松绕过障碍且信号不易衰减。但是用900Mhz需要较长的天线，考虑到随着低频的降低，天线越长，最终选择2dBi偶极子天线，这样可以在长度适中的范围内最大程度的达到采用900Mhz传输频率的优点。
在两个所述数据接收装置上均设有全向圆极化天线和定向圆极化天线，所述定向圆极化天线指向远离无人机的方向，所述全向圆极化天线用来当无人机飞近接收方保证通信正常，所述全向圆极化天线增益为2dBi，所述定向圆极化天线是波束宽度为60°的12dBi定向天线，形成正交最小化的配置，因此对自动驾驶仪干扰很小。两个天线的辐射方向以及辐射半径如图2所示。
所述全向圆极化天线在两个数据接收装置上分别为右旋圆极化天线和左旋圆极化天线。
本实施例的工作原理如下：
多旋翼无人机和地面站之间的通信***由两路信号通道组成，即数字信号和视频信号两路。其中，数字信号方面，无人机将飞机位置、飞机速度、剩余电量、所在高度、控制信号强度以及飞行姿态信息以数字形式记录存储，控制主板读取数据，然后利用DSP进行数据压缩处理，压缩后的数据通过数据接口传给无人机的机载数据无线发射设备，然后通过无线方式传给地面；视频信号方面，可以实时传输视频画面，方便操控者做决策。
所述数字信号和视频信号都被集成在自动驾驶仪里，通过可以简化网络设置、传播距离远且射频速率高的DigiMesh协议实现遥测信号和控制信号的双向传送，其中遥测信号从自动驾驶仪通过第二Xbee模块传输到地面上的第一Xbee模块，而控制信号则与之相反；所述视频信号的传输***是单向传输通道，所述自动驾驶仪根据接收的控制命令来控制两个相机的俯仰、航向以及横滚来辨别方向和拍摄航拍画面，两个相对独立且可同时工作的链路组成了视频传输链路，这两个链路可通过正交偏振原理避免干扰。
具体地，在所述视频信号的传输中，前目相机通过自驾仪内的OSD发射模块和第一数据接收装置进行通讯，在实施例中所述第一数据接收装置具体用到的是鹰眼锐视7寸一体显示器模块，用来进行单向通信；对于航拍相机，摄像的视频信号需要传给地面上的第二数据接收装置，本实施例中所述第二数据接收装置为TZM001RX接收机模块，首先将画面视频信号传给云台控制器，进而通过空中的TZM002TX高清移动视频发射机和地面上的TZM001RX接收机模块进行无线传输，TZM001RX接收机模块再将信号传输给显示器。
当数据接收装置被选中后用FHSS跳频扩频技术来减少干扰效应，使得该链路层会有更鲁棒的多径衰落，同时扩频通信提高了隐秘性。
本实施例所述的通信***选在视频传输频率为5.8GHz下工作，而不是最常用的2.4GHz。在高频下工作的主要优点除了没有带宽的问题外，还可以用一个小的天线实现一个大的增益，在这个频率下电磁信号传播主要分布在直线，因此他们对通信是有益的，然而这种传播特性也使得***很容易受到多径衰落的影响，为了降低这种影响，这里使两个天线都接收同样的信号但是相位不同，数据接收装置从两个天线中选择最好的信号。
又由于本实施例所述通信***需要两个视频链路同时工作，为了实现这种配置，每个链路将使一个不同极，发射模块和其中一个数据接收装置会利用右旋圆极化天线，且另一个数据接收装置利用左旋圆极化天线。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多旋翼无人机的通信控制***，其特征在于：包括自动驾驶仪、双目相机、第一XBee模块、第二XBee模块、第一数据接收装置和第二数据接收装置，所述第一XBee模块、第一数据接收装置和第二数据接收装置均设于地面上，所述双目相机连接在自动驾驶仪上，并与所述第一数据接收装置和第二数据接收装置进行无线连接，所述自动驾驶仪内设有DSP模块，并与第二XBee模块连接，所述第一XBee模块和第二XBee模块之间无线连接。
2.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机的通信控制***，其特征在于：所述自动驾驶仪为PIXHAWK飞行控制器。
3.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机的通信控制***，其特征在于：所述双目相机包括前目相机和航拍相机，所述前目相机通过自动驾驶仪内的发射模块与第一数据接收装置进行无线连接，所述航拍相机固定在与云台控制器连接的云台上，所述云台控制器通过CAN线连接在自动驾驶仪上，所述自动驾驶仪通过云台控制器对航拍相机进行PTZ控制，所述云台控制器通过空中发射端与所述第二数据接收装置无线连接。
4.根据权利要求3所述的一种多旋翼无人机的通信控制***，其特征在于：所述发射模块为模拟PAL视频无线发射机。
5.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机的通信控制***，其特征在于：两个所述XBee模块上均设有偶极子天线。
6.根据权利要求1所述的一种多旋翼无人机的通信控制***，其特征在于：在两个所述数据接收装置上均设有全向圆极化天线和定向圆极化天线。
7.根据权利要求6所述的一种多旋翼无人机的通信控制***，其特征在于：所述定向圆极化天线指向远离无人机的方向。
8.根据权利要求6所述的一种多旋翼无人机的通信控制***，其特征在于：所述全向圆极化天线在两个数据接收装置上分别为右旋圆极化天线和左旋圆极化天线。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109474638A (zh) * 2018-12-29 2019-03-15 深圳市多翼创新科技有限公司 一种实时消息通信的协议及软件实现方案
WO2019104652A1 (zh) * 2017-11-30 2019-06-06 深圳市大疆创新科技有限公司 一种无人机***及其通信方法、遥控装置

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