CN106789463A - 一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***及方法，其***包括传感器载荷、搭载传感器载荷的IPv6化无人机载具平台，以及地面遥控遥测单元；地面遥控遥测单元与IPv6化无人机载具平台通过无线通信方式相连；传感器载荷用于信息采集，并对采集到的信息进行波形调理、模式转换，生成遥测数据；IPv6化无人机载具平台用于将遥测数据与遥控数据进行封装编码，根据约定的协议生成IPv6化的网络数据包；地面遥控遥测单元一方面用于控制IPv6化无人机载具平台的姿态及航线，另一方面用于根据网络数据包解析获取遥测数据和无人机姿态数据；其方法基于该***，实现了无人机IPv6化的传感数据接入传输，提高了无人机及其搭载的传感器的数据传输时效性，具有全球唯一寻址特性。
Description
技术领域
本发明属于传感技术领域，更具体地，涉及一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***及方法。
背景技术
目前，无人机与传感器数据接入传输***相对独立，无人机只提供传感器安装接口或供电接口，传感数据的接入传输模块独立于无人机存在，不能将传感器的遥测数据与无人机的遥控数据充分融合在一起实现同步传输，***数据通信时效性低；并且，不支持扩展多种探测传感器的接入传输，***扩展性差；另外，不支持无人机及其搭载传感器的唯一寻址功能，***安全性差。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***及方法，其目的在于提高无人机及其上搭载传感器的数据传输时效性，并实现唯一寻址。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***，包括传感器载荷、IPv6化无人机载具平台和地面遥控遥测单元；
其中，传感器载荷搭载在IPv6化无人机载具平台上，两者通过数据接口相连，地面遥控遥测单元与IPv6化无人机载具平台之间通过无线通信方式进行数据交互；
其中，传感器载荷用于信息采集，并对采集到的信息进行波形调理、模式转换，生成数字信号；并对数字信号进行数据处理，获得遥测数据；
IPv6化无人机载具平台用于将遥测数据与遥控数据进行封装编码，根据约定的协议生成IPv6数据包；其中，遥控数据包括该载具平台接收的无人机遥控指令以及发送的无人机姿态数据；
地面遥控遥测单元一方面用于向IPv6化无人机载具平台发送无人机遥控指令，以控制IPv6化无人机载具平台的姿态，另一方面根据IPv6化无人机载具平台发送的IPv6数据包解析获取遥测数据和无人机姿态数据，实现无人机IPv6化的传感数据接入传输，由此实现无人机机动平台及其上搭载的传感器载荷的全球唯一IPv6地址接入及数据传输。
优选的，上述基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***，其IPv6化无人机载具平台基于无人机，还包括飞行控制导航模块、载具载荷数据融合模块、IPv6编码模块和第一无线通信模块；
载具载荷数据融合模块的第一端作为IPv6化无人机载具平台的数据接口，第二端与飞行控制导航模块相连，第三端与IPv6编码模块的第一端相连；IPv6编码模块的第二端与第一无线通信模块相连；
其中，飞行控制导航模块用于根据遥控信号对IPv6化无人机载具平台进行姿态控制和导航；
载具载荷数据融合模块用于根据约定的通信协议将遥控数据与遥测数据进行封装，实现遥控遥测信息融合，以提高通信带宽与时效性；
IPv6编码模块用于将载具载荷数据融合模块输出的融合数据进一步封装成网络数据包；
第一无线通信模块用于将上述网络数据包发送到地面遥控遥测单元，并用于接收地面遥测遥控单元发送的遥控指令。
优选的，上述基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***，其传感器载荷包括相互连接的传感器探测模块和载荷数据处理模块；载荷数据处理模块的输出端作为传感器载荷的数据接口；
其中传感器探测模块用于采集拟探测的信息；载荷数据处理模块用于对采集到的信息进行信号转换、信号调理和模数转换处理，生成遥测数据。
优选的，上述基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***，其地面遥控遥测单元包括依次相连的第二无线通信模块、遥控模块和数据解析模块；通过第二无线通信模块与上述第一无线通信模块实现IPv6化无人机载具平台与地面遥控遥测单元之间的无线通信；
遥控模块用于根据无人机姿态数据生成无人机遥控指令，该指令通过第二无线通信模块向IPv6化无人机载具平台发送，实现对无人机的姿态控制以及导航；并用于通过第二无线通信模块接收网络数据包；
数据解析模块则依据约定的协议进行网络数据包的拆分与解压缩，获取遥测数据和遥控数据；通过对遥测数据进行解码获取探测信息；并根据从网络数据包获取的遥控数据获取无人机姿态数据，根据无人机姿态数据生成无人机遥控指令；由此实现了无人机IPv6化传感器数据的接入传输。
按照本发明的另一方面，基于上述***提供了一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输方法，包括如下步骤：
(1)根据采集到的传感数据生成遥测数据；
(2)在标准TCP/IP协议中增加IPv6解析封装适配层；在IPv6解析封装适配层的IPv6数据负载中，按照约定的协议将遥控数据与遥测数据进行融合与封装，生成网络数据包；
(3)对接收端对收到的网络数据包进行分拆与解压缩，获取遥测数据和遥控数据；
(4)对遥测数据进行解析，将传感器测量值value还原，并将测量值value与其对应测量时刻的无人机载具平台空间三维坐标(x，y，z)及时间信息t一一映射对应，生成数据列表(value，x，y，z，t)；
对遥控数据进行解析，获得无人机姿态数据；根据无人机姿态与拟探测的环境数据生成无人机遥控指令。
优选地，上述的传感数据接入传输方法，约定的协议的有效载荷净荷的帧格式具体为：
起始标志比特、遥控遥测数据负载长度比特、消息帧序号比特、发消息帧设备***号比特、发消息帧设备单元号比特、有效载荷消息包号比特、遥控遥测数据比特、检验比特。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输方法，提高无人机及其搭载的传感器的数据传输时效性、***扩展性、全球唯一寻址特性和***安全性，极具应用价值；
(2)本发明提供的一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输方法，提高***的扩展性和兼容性；
(3)本发明提供的一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输方法，满足***全球唯一寻址特性和数据安全性需求。
附图说明
图1是实施例提供的基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***的***示意图；
图2是实施例中载荷载具数据融合的数据流向图；
图3是实施例中基于无人机IPv6化的传感数据接入传输方法流程示意图；
图4是实施例中的协议帧格式示意图；
图5是实施例中根据协议进行数据封装的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
以下以一种基于无人机IPv6化的光纤气体传感接入传输***及方法为具体实施例，来具体阐述本发明；实施例提供的这种***，采用光纤气体传感器作为传感器探测模块；其***框图如图1所示；包括传感器载荷、IPv6化无人机载具平台和地面遥控遥测单元；
传感器载荷搭载在IPv6化无人机载具平台上，该载具平台通过无线通信方式与地面遥控遥测单元通信，实现无人机载具平台及其搭载的光纤气体传感载荷的全球唯一IPv6地址接入及数据传输功能。
本实施例中，传感器载荷包括互连的光纤气体传感探测模块和载荷数据处理模块；其中，光纤气体传感探测模块用于在光学传感区域进行污染气体(譬如氮氧化物：NO与NO2，含硫氧化物：SO2与SO3、CO)的气敏性光学检测，并将探测到的光信号为电信号；实施例中，采用如光电探测器PD完成光电转换；
载荷数据处理模块则用于将光电转换生成的电压信号进行波形调理，(包括放大、整形和滤波)，模数转换，生成遥测数据后缓存；本实施例中，按采样顺序对遥测数据进行归一化均值处理，并通过RS232-TTL标准接口发送至IPv6化无人机载具平台。
IPv6化无人机载具平台基于无人机，还包括飞行控制导航模块、载具载荷数据融合模块、IPv6编码模块和第一无线通信模块；
飞行控制导航模块用于根据地面发送的遥控指令控制无人机的姿态及航线，具有航线自主能力，并将无人机姿态数据通过RS232-TTL标准接口发送至载具载荷数据融合模块；
如图2所示，载具载荷数据融合模块通过RS232-TTL标准接口分别与飞行控制导航模块、IPv6地址编码模块以及传感器载荷的载荷数据处理模块连接。
载具载荷数据融合模块根据约定的协议，将无人机姿态信息、遥控信息与遥测数据进行封装处理，实现遥控遥测信息融合一体化，以节省通信带宽，提高通信的实时性；本实施例中按照图3所示的约定协议进行上述的封装处理；
实施例中，约定的协议的有效载荷净荷的帧格式具体为：起始标志STX比特、遥控遥测数据负载长度LEN比特、消息帧序号SEQ比特、发消息帧设备***号SYS比特、发消息帧设备单元号COMP比特、有效载荷消息包号MSG比特、遥控遥测数据比特、检验比特；
具体的封装处理过程如图4所示：从缓存中提起有效载荷消息包号MSG所对应的消息包结构，写入起始标识STX；提取消息预设负载长度LEN，写入数据包；提取发消息帧设备的***号SYS、单元号COMP，依次写入数据包；填入遥控遥测数据比特、计算CRC校验值并写入数据包，计算消息帧序号SEQ，写入数据包。
IPv6地址编码模块则用于实现无人机的128位IPv6全球唯一编码，并在如图3所示的框架中，增加了IPv6解析封装适配层，通过IPv6解析封装适配层将上述数据包进一步封装成网络数据包；通过第一无线通信模块将网络数据包传输至地面遥控遥测单元。
地面遥控单元包括与IPv6化无人机载具平台的第一无线通信模块匹配的第二无线通信模块、遥控模块和数据解析模块；无线通信模块可采用电台通信模块，或者其它提供RS232-TTL标准接口的网络通信模块；遥控模块用于生成无人机遥控指令，该指令通过第二无线通信模块向IPv6化无人机载具平台发送，实现对无人机的姿态控制以及导航；并用于通过第二无线通信模块接收网络数据包；实施例中，上述的RS232-TTL标准接口也可以采用RS232、USB、RJ45等类型的接口代替。
数据解析模块则依据约定的协议进行网络数据包的拆分与解压缩，获取遥测数据和遥控数据；通过对遥测数据进行解码，获取遥测信息；并根据从网络数据包获取的遥控数据获取无人机姿态数据，根据无人机姿态数据生成无人机遥控指令；在本实施例中，遥控模块上搭载有256KB RAM存储芯片，遥控遥测数据在存储芯片上动态迭代缓存，供数据解析模块调用。
数据解析模块通过对网络数据包分拆，获取无人机姿态数据以及遥测数据；通过对遥测数据进行解析，将传感器测量值(value)还原，并将测量值(value)与测量时刻的无人机载具平台空间三维坐标(x，y，z)及时间(t)信息一一映射对应,形成数据列表(value，x，y，z，t)，以TXT文本格式存储于地面遥控遥测单元的SD卡，供随时取用。
实施例提供的这种基于无人机IPv6化的光纤气体传感接入传输***及方法，数据传输实时性高，并且具有全球唯一寻址特性，提高了数据安全性；可以在同一终端上实现无人机遥控与遥测数据接收解析；可用于危险区域的气体探测，无需人力近距离处理，保护了人员安全，极具应用价值。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于无人机IPv6化的传感数据接入传输***，其特征在于，包括传感器载荷、IPv6化无人机载具平台和地面遥控遥测单元；
所述传感器载荷搭载在IPv6化无人机载具平台上，与所述IPv6化无人机载具平台通过数据接口相连；所述地面遥控遥测单元与IPv6化无人机载具平台通过无线通信方式进行数据交互；
所述传感器载荷用于信息采集，对采集到的信息进行波形调理、模式转换，生成数字信号；并对所述数字信号进行数据处理，获得遥测数据；
所述IPv6化无人机载具平台用于将遥测数据与遥控数据进行封装编码，根据约定的协议生成IPv6化的网络数据包；所述遥控数据包括无人机遥控指令和无人机姿态数据；
所述地面遥控遥测单元一方面用于向IPv6化无人机载具平台发送无人机遥控指令，以控制IPv6化无人机载具平台的姿态及航线，另一方面用于根据IPv6化无人机载具平台发送的网络数据包解析获取遥测数据和无人机姿态数据，实现无人机IPv6化的传感数据接入传输。
2.如权利要求1所述的传感数据接入传输***，其特征在于，所述IPv6化无人机载具平台基于无人机，包括飞行控制导航模块、载具载荷数据融合模块、IPv6编码模块和第一无线通信模块；
所述载具载荷数据融合模块的第一端作为IPv6化无人机载具平台的数据接口，第二端与飞行控制导航模块相连，第三端与IPv6编码模块的第一端相连；所述IPv6编码模块的第二端与第一无线通信模块相连；
所述飞行控制导航模块用于根据遥控信号对IPv6化无人机载具平台进行姿态控制和导航；
所述载具载荷数据融合模块用于根据约定的协议将遥控数据与遥测数据进行封装，实现遥控遥测信息融合；
所述IPv6编码模块用于将载具载荷数据融合模块输出的融合数据封装成网络数据包；所述网络数据包通过第一无线通信模块发送到地面遥控遥测单元。
3.如权利要求1或2所述的传感数据接入传输***，其特征在于，所述传感器载荷包括相互连接的传感器探测模块和载荷数据处理模块；所述载荷数据处理模块的输出端用作传感器载荷的数据接口；
所述传感器探测模块用于采集拟探测的信息，载荷数据处理模块用于对采集到的信息进行信号转换、信号调理和模数转换处理。
4.如权利要求1或2所述的传感数据接入传输***，其特征在于，所述地面遥控遥测单元包括依次相连的第二无线通信模块、遥控模块和数据解析模块；通过第二无线通信模块实现所述IPv6化无人机载具平台与地面遥控遥测单元之间的无线通信；
所述遥控模块用于根据无人机姿态数据生成无人机的遥控指令，并用于通过第二无线通信模块接收网络数据包；所述遥控指令通过所述第二无线通信模块发送到IPv6化无人机载具平台；
所述数据解析模块用于依据约定的协议进行网络数据包的拆分与解压缩，获取遥测数据和遥控数据；通过对遥测数据进行解码获取探测信息；并根据所述遥控数据获取无人机姿态数据。
5.一种基于权利要求1至4任一项所述的传感数据接入传输***的基于无人机IPv6化的传感数据接入传输方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据采集到的传感数据生成遥测数据；
(2)在标准TCP/IP协议中增加IPv6解析封装适配层；在IPv6解析封装适配层的IPv6数据负载中，按照约定的协议将遥控数据与所述遥测数据进行融合与封装，生成网络数据包；
(3)对接收端对收到的网络数据包进行分拆与解压缩，获取遥测数据和遥控数据；
(4)对所述遥测数据进行解析，将传感器测量值value还原，并将测量值value与其对应测量时刻的无人机载具平台空间三维坐标(x，y，z)及时间信息t一一映射对应，生成数据列表(value，x，y，z，t)；
对所述遥控数据进行解析，获得无人机姿态数据；根据所述无人机姿态数据与拟探测的传感数据生成无人机的遥控指令。
6.如权利要求5所述的传感数据接入传输方法，其特征在于，约定的协议的有效载荷净荷的帧格式具体为：
起始标志比特、遥控遥测数据负载长度比特、消息帧序号比特、发消息帧设备***号比特、发消息帧设备单元号比特、有效载荷消息包号比特、遥控遥测数据比特、检验比特。
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