CN108011659B - 一种无人机通信方法、装置及无人机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无人机通信方法、装置及无人机。该方法包括：获取无人机的位置信息以及地面站的位置信息；根据无人机的位置信息和地面站的位置信息，确定无人机与地面站之间的距离；根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式；向功率放大器发送对应工作模式的控制信号，控制功率放大器根据控制信号选择对应工作模式的增益参数阈值，按照增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，并将放大后的信号发送至地面站。可见，本发明首先判断无人机与地面站之间的距离，能根据无人机与地面站之间的实际距离动态调整功率放大器的工作模式，既能保证射频发射信号传输质量，同时降低功率放大器的功耗，提高了无人机的续航时间。

Description

一种无人机通信方法、装置及无人机
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别涉及一种无人机通信方法、装置及无人机。
背景技术
无人驾驶飞机简称“无人机”，常用于空中拍摄、地理测绘、交通实时监控、供电线路巡检、农药喷洒等方面。随着无人机技术的发展，无人机上的电子器件也日益增加，越来越多的新电子器件被加入到无人机中，一方面提高了无人机的性能，而另一方面又增加了无人机的功耗，降低无人机的续航时间。
在现有的无人机上，按照功耗从高到低排列，主要的电子器件包括：(1)螺旋桨电机；(2)射频通信发射模块；(3)主控制***芯片；(4)摄像头；(5)传感器；(6)射频通信接收模块。
在无人机的各种电子器件中射频通信发射模块耗电较大，特别是工作在5.8GHz的数传射频模块(用于发射飞行状态数据等)和图传射频模块(用于发射无人机采集的图像数据、视频数据等)。由于5.8GHz的环境信号衰减较大，而功率放大器本身存在功放效率的问题，为了保证无人机的飞行状态数据和采集的图像数据等能够远距离的传回地面站，常常需要使用32dBm的大功率放大器。当数传射频模块和图传射频模块同时产生射频发射信号的时候，功率放大器对二者的射频发射信号进行功率放大消耗的功耗达到了10W左右，降低了无人机的续航时间。
如此高功率的放大器，能使射频发射模块与地面站的通信距离达到1km以上。然而在实际应用中，无人机也有近距离工作(如无人机离地面站操作人员几十米)的情况，在此种近距离工作的情况下，图传、数传的射频发射功率只需要十几个dBm，实际消耗的功率不到1W，若仍然采用大功率放大器会造成能源的浪费。
发明内容
为了解决现有无人机的功率放大器功耗大、无人机续航时间短的问题，本发明提供了一种无人机通信方法、装置及无人机。
本发明的一个实施例提供一种无人机通信方法，包括：
获取无人机的位置信息以及地面站的位置信息，其中，地面站与无人机进行无线通信；
根据无人机的位置信息和地面站的位置信息，确定无人机与地面站之间的距离；
根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，其中，距离判断规则中存储有距离阈值与功率放大器的工作模式的对应关系；
向功率放大器发送对应工作模式的控制信号，控制功率放大器根据控制信号选择对应工作模式的增益参数阈值，按照增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，并将放大后的信号发送至地面站。
可选地，功率放大器的工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；第一工作模式的增益参数阈值小于第二工作模式的增益参数阈值小于第三工作模式的增益参数阈值；
根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，包括：
当距离小于等于第一距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当距离大于第一距离阈值小于第二距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当距离大于等于第二距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第三工作模式。
可选地，距离判断规则中还包括环境属性，该方法还包括：
获取无人机的飞行环境信息；
根据飞行环境信息，选择与飞行环境信息的环境属性对应的距离判断规则；
可选地，距离判断规则中还包括距离变化趋势属性，该方法还包括；
获取无人机与地面站在预设时间内的距离变化趋势；
根据距离变化趋势，选择与距离变化趋势对应的距离判断规则。
可选地，距离变化趋势包括距离增大和距离减小；
根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，具体包括：
在无人机与地面站之间的距离增大的情况下：
当距离小于等于第一距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当距离大于第一距离阈值小于第二距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当距离大于等于第二距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第三工作模式；
在无人机与地面站之间的距离减小的情况下：
当距离小于等于第三距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当距离大于第三距离阈值小于第四距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当距离大于等于第四距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第三工作模式；
其中，第一距离阈值与第三距离阈值相差预设值，第二距离阈值与第四距离阈值相差预设值。
可选地，获取无人机的位置信息包括：
接收GPS卫星定位信息；
接收地面站发送的GPS修正信息，其中，GPS修正信息为地面站根据位置已知的GPS基准台确定的；
根据GPS修正信息对GPS卫星定位信息进行修正，得到无人机的位置信息。
本发明的另一个实施例提供一种无人机通信装置，包括处理器和存储器，处理器和存储器之间通过内部总线通讯连接，存储器存储有能够被处理器执行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时能够实现上述的方法。
本发明的另一个实施例提供一种无人机，包括：处理器、功率放大器以及天线；
处理器用于获取无人机的位置信息以及地面站的位置信息，其中，地面站与无人机进行无线通信；
根据无人机的位置信息和地面站的位置信息，确定无人机与地面站之间的距离；
根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，其中，距离判断规则中存储有距离阈值与功率放大器的工作模式的对应关系；
向功率放大器发送对应工作模式的控制信号；
功率放大器用于根据控制信号选择对应工作模式的增益参数阈值，按照增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大；
天线用于将放大后的信号发送至地面站。
可选地，还包括与处理器相连的差分GPS模块；
差分GPS模块用于接收GPS卫星定位信息，还用于接收地面站发送的GPS修正信息，其中，GPS修正信息为地面站根据位置已知的GPS基准台确定的，根据GPS修正信息对GPS卫星定位信息进行修正，得到无人机的位置信息，并将无人机的位置信息信息发送至处理器。
可选地，还包括射频通信发射模块，射频通信发射模块的输入端与处理器相连，射频通信发射模块的输出端与功率放大器相连，射频通信发射模块用于根据处理器发送的控制信号将射频发射信号发送至功率放大器；射频通信发射模块包括数传射频模块和图传射频模块。
可选地，功率放大器为增益可调功率放大器；
该无人机还包括与增益可调功率放大器相连的增益开关，处理器根据控制信号控制增益开关与增益可调功率放大器的不同控制端口相连，不同的控制端口对应不同的增益参数阈值。
本发明的有益效果是，本发明通过获取无人机的位置信息和地面站的位置信息，进而确定无人机与地面站之间的距离；根据无人机与地面站之间的距离以及预设的距离判断规则，确定无人机的功率放大器的工作模式；在确定无人机的功率放大器的工作模式后向功率放大器发送控制信号，控制功率放大器按照与工作模式对应的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大。相对于现有技术中，为了保证无人机的飞行状态数据和采集的图像数据等能够远距离的传回地面站，统一使用大功率放大器的技术方案，本发明首先判断无人机与地面站之间的距离，能根据无人机与地面站之间的实际距离动态调整功率放大器的工作模式，使得无人机在向地面站传输数据时，选择最合适的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，如当无人机与地面站之间的距离较小时，控制功率放大器在低功率工作模式下运行，当无人机与地面站之间的距离较大时，控制功率放大器在高功率工作模式下运行，既能保证射频发射信号传输质量，同时也降低了功率放大器的功耗，提高了无人机的续航时间。
附图说明
图1为本发明一个实施例的无人机通信方法的流程示意图；
图2为本发明另一个实施例的无人机通信方法的流程示意图；
图3为本发明一个实施例的无人机通信装置的结构示意图；
图4为本发明一个实施例的无人机的原理框图；
图5为本发明另一个实施例的无人机的结构示意图。
具体实施方式
为了解决背景技术中提出的技术问题，本申请的发明人想到获取无人机的位置信息和地面站的位置信息，进而确定无人机与地面站之间的距离；根据无人机与地面站之间的距离以及预设的距离判断规则，确定无人机的功率放大器的工作模式；在确定无人机的功率放大器的工作模式后向功率放大器发送控制信号，控制功率放大器按照与工作模式对应的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大。相对于现有技术中，为了保证无人机的飞行状态数据和采集的图像数据等能够远距离的传回地面站，统一使用大功率放大器的技术方案，本发明首先判断无人机与地面站之间的距离，能根据无人机与地面站之间的实际距离动态调整功率放大器的工作模式，使得无人机在向地面站传输数据时，选择最合适的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，如当无人机与地面站之间的距离较小时，控制功率放大器在低功率工作模式下运行，当无人机与地面站之间的距离较大时，控制功率放大器在高功率工作模式下运行，既能保证射频发射信号传输质量，同时也降低了功率放大器的功耗，提高了无人机的续航时间。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1为本发明一个实施例的无人机通信方法的流程示意图。如图1所示，本发明实施例的方法包括：
S11：获取无人机的位置信息以及地面站的位置信息，其中，地面站与无人机进行无线通信；
在实际应用中，可基于全球定位***(Global Positioning System，GPS)获取无人机的位置信息以及地面站的位置信息，也可采用其他方式获取上述位置信息，本发明对此不作限制。
S12：根据无人机的位置信息和地面站的位置信息，确定无人机与地面站之间的距离；
在实际应用中，位置信息包括经纬度信息和海拔信息，以地球的中心为原点，以指向北极的方向为Z轴，以指向起始子午线与赤道线的交点的方向为X轴，以垂直于X轴和Z轴所在的平面的方向为Y轴建立空间直角坐标系。
本发明实施例中无人机与地面站之间的距离指的是无人机与地面站之间的直线距离，通过无人机的经纬度信息和海拔信息确定无人机的第一空间坐标，通过地面站的经纬度信息和海拔信息确定地面站的第二空间坐标，根据第一空间坐标和第二空间坐标确定无人机与地面站之间的直线距离。
S13：根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式；
需要说明的是，距离判断规则中存储有距离阈值与功率放大器的工作模式的对应关系。
S14：向功率放大器发送对应工作模式的控制信号，控制功率放大器根据控制信号选择对应工作模式的增益参数阈值，按照增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，并将放大后的信号发送至地面站。
需要说明的是，当距离阈值越大时，功率放大器对应工作模式的增益参数阈值越大，在输入功率相同的前提下，功率放大器的输出功率越大。
本发明实施例提供的无人机通信方法，相对于现有技术中，为了保证无人机的飞行状态数据和采集的图像数据等能够远距离的传回地面站，统一使用大功率放大器的技术方案，本发明首先判断无人机与地面站之间的距离，能根据无人机与地面站之间的实际距离动态调整功率放大器的工作模式，使得无人机在向地面站传输数据时，选择最合适的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，如当无人机与地面站之间的距离较小时，控制功率放大器在低功率工作模式下运行，当无人机与地面站之间的距离较大时，控制功率放大器在高功率工作模式下运行，既能保证射频发射信号传输质量，同时也降了低功率放大器的功耗，提高了无人机的续航时间。
在本发明实施例的一种可选的实施方式中，功率放大器的工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；第一工作模式的增益参数阈值小于第二工作模式的增益参数阈值小于第三工作模式的增益参数阈值；
此时，根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，包括：
当距离小于等于第一距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当距离大于第一距离阈值小于第二距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当距离大于等于第二距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第三工作模式。
本发明实施例的无人机通信方法，功率放大器的工作模式分为第一工作模式(低功率工作模式)、第二功率工作模式(中功率工作模式)和第三功率工作模式(高功率工作模式)，在获取到无人机与地面站之间的距离后，将该距离与预设的距离阈值进行比较，从而确定功率放大器的工作模式，实现根据距离对功率放大器的工作模式进行动态调整。
在实际应用中，采用图1中的方法根据表1中的距离判断规则对功率放大器的工作模式进行调整。
表1距离判断规则
距离阈值 工作模式
0-100m 低功率
100-300m 中功率
≥300m 高功率
具体地，当无人机与地面站之间的距离为0-100m时，则向功率放大器发送低功率工作模式的控制信号；当无人机与地面站之间的距离为100-300m时，则向功率放大器发送中功率工作模式的控制信号；当无人机与地面站之间的距离为≥300m时，则向功率放大器发送高功率工作模式的控制信号。
在实际应用中，第一工作模式下功率放大器的输出功率可以为12dBm，第二工作模式下功率放大器的输出功率可以为22dBm，第三工作模式下功率放大器的输出功率可以为32dBm，每一级工作模式下的输出功率相差10dB(10倍功率差)，10倍的功率差等价于3倍以上的覆盖范围。需要说明的是，功率放大器在不同的工作模式下的输出功率还可以设置为其他数值，本发明对此不作限制。
无人机与地面站之间的无线通信信号，在不同的飞行环境下的空间衰减度不同，例如在开阔环境、一般环境下和城市复杂环境下，无线通信信号的空间衰减度逐渐变大。具体地，在开阔环境下，无人机与地面站之间的无线通信信号不受遮挡，二者之间的无线通信路径类似于直线，无线通信信号从无人机发送至地面站的过程中发生的损耗很小；在城市复杂环境下，无人机与地面站之间的无线通信信号要受到楼宇、树木等遮挡，无线通信信号从无人机发送至地面站的过程中要发生一系列的反射和绕射，因而造成无线通信信号发生的损耗很大；而在一般环境下，无线通信信号从无人机发送至地面站的过程中发生的损耗大于开阔环境中的损耗、小于城市复杂环境下的损耗。
因而为了针对不同的飞行环境设置不同的功率放大器的增益参数阈值，以保证无人机在不同的飞行环境中的射频发射信号的传输质量，在本发明实施例的一种可选的实施方式中，距离判断规则中还包括环境属性，该方法还包括：
获取无人机的飞行环境信息；
根据飞行环境信息，选择与飞行环境信息的环境属性对应的距离判断规则。
本发明实施例中的飞行环境是指无人机所处的飞行场地，如空间障碍物少(如建筑物少)视野开阔的空旷场地、空间障碍物多(如建筑物密集)的复杂城市等；本发明实施例中的飞行环境信息的环境属性指的是对无人机无线通信信号在空间传输过程中的衰减程度造成影响的环境特性，如开阔环境，对无人机的无线通信信号的空间衰减影响较小；城市复杂环境，对无线通信信号的空间衰减影响较大等，一般环境介于开阔环境和城市复杂环境之间。
在实际应用中，可以根据无人机发送信号的强度与地面站接收信号的强度确定无线通信信号的空间衰减度，进而选择与空间衰减度对应的距离判断规则。
另外，还可根据无人机发送至地面站的图像数据确定无人机的飞行环境信息，判断无人机是在开阔环境中飞行还是在城市复杂环境中飞行，进而选择与飞行环境信息对应的距离判断规则。或者，根据用户输入的环境属性，直接选择与环境属性对应的距离判断规则，在此，用户的输入操作，可以是通过用户携带的智能设备进行远程输入，或者在释放无人机之前，手动控制无人机上的环境选择开关等，实现环境属性的设定，本发明对此不作限定。
由于无人机在飞行过程中，其飞行的稳定性以及位置定位的准确性都会导致计算的距离产生误差，此时，无人机与地面站之间的距离可能会在某一距离阈值的切换门限附近反复变化，即无人机与地面站之间的距离与功率放大器的工作模式切换的距离阈值的门限值之差小于预设距离差值，若按照表1所示的距离判断规则，功率放大器可能会频繁的切换工作模式，产生乒乓效应。例如，当无人机与地面站之间的距离为98m时，功率放大器的工作模式为低功率工作模式；从98m增大到101m时，功率放大器的工作模式从低功率工作模式切换为中功率工作模式，当无人机与地面站之间的距离从101m减小到99m时，功率放大器的工作模式又从中功率工作模式切换到低功率工作模式，在101m和99m之间反复变化时，无人机上功率放大器的工作模式也会在低功率工作模式和中功率工作模式两种工作模式之间反复频繁切换，这影响功率放大器的使用寿命，也会带来更大的能耗。
为了避免乒乓效应，在本发明实施例的一种可选的实施方式中，距离判断规则中还包括距离变化趋势属性，该方法还包括；
获取无人机与地面站在预设时间内的距离变化趋势；
根据距离变化趋势，选择与距离变化趋势对应的距离判断规则。
此处，距离变化趋势包括距离增大和距离减小；
根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，具体包括：
在无人机与地面站之间的距离增大的情况下：
当距离小于等于第一距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当距离大于第一距离阈值小于第二距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当距离大于等于第二距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第三工作模式；
在无人机与地面站之间的距离减小的情况下：
当距离小于等于第三距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当距离大于第三距离阈值小于第四距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当距离大于等于第四距离阈值时，确定功率放大器的工作模式为第三工作模式；
其中，第一距离阈值与第三距离阈值相差预设值，第二距离阈值与第四距离阈值相差预设值。
本发明实施例为了避免乒乓效应，设定无人机与地面站之间的距离增大的情况下与无人机与地面站之间的距离减小的情况下对应同一工作模式下的距离阈值不同，即第一距离阈值与第三距离阈值相差预设值，第二距离阈值与第四距离阈值相差预设值。
如表2所示，是本发明实施例为了避免乒乓效应设置的距离判断规则。
表2距离判断规则
如上表2中，本发明实施例设定无人机与地面站之间的距离在增大的情况下与减小的情况下对应同一工作模式下的距离阈值相差5m，来避免出现上述乒乓效应。即在无人机与地面站之间的距离增大的情况下，对应低功率工作模式下的距离阈值设定为0-100m，对应中功率工作模式下的距离阈值设定为100-300m；而在无人机与地面站之间的距离减小的情况下，对应低功率工作模式下的距离阈值设定为0-95m，对应中功率工作模式下的距离阈值设定为95-295m。当无人机与地面站之间的距离从80m增大到101m时，功率放大器的工作模式从低功率工作模式切换为中功率工作模式；无人机继续飞行，当无人机与地面站之间的距离又减小到98m时，功率放大器的工作模式将仍然保持在中功率工作模式；只有当无人机与地面站之间的距离减小到小于95m时，功率放大器的工作模式才从中功率工作模式切换为低功率工作模式。
类似地，在无人机与地面站之间的距离增大的情况下，设定第二距离阈值为≥300m，在无人机与地面站之间的距离减小的情况下，设定第四距离阈值为≥295m，即第二距离阈值与第四距离阈值相差5m。当无人机与地面站之间的距离从280m增大到超过300m时，功率放大器的工作模式从中功率工作模式切换为高功率工作模式；无人机继续飞行，当无人机与地面站之间的距离减小到298m时，功率放大器的工作模式仍然为高功率工作模式，只有当无人机与地面站之间的距离减小到小于295m时，功率放大器的工作模式才从高功率工作模式切换为中功率工作模式。
由于GPS卫星、卫星信号传播过程等都会对GPS卫星定位测量造成误差，为了消除GPS卫星定位的误差、提高无人机定位的准确，获取无人机的位置信息包括：
接收GPS卫星定位信息；
接收地面站发送的GPS修正信息，其中，GPS修正信息为地面站根据位置已知的GPS基准台确定的；
根据GPS修正信息对GPS卫星定位信息进行修正，得到无人机的位置信息。
需要说明的是，地面站根据位置已知的GPS基准台获得GPS修正信息，并将该GPS修正信息发送至无人机；无人机根据GPS修正信息对GPS卫星定位信息进行修正，将修正后的GPS卫星定位信息作为无人机的位置信息。
图2为本发明另一个实施例的无人机通信方法的流程示意图。
如图2所示，本发明实施例的方法包括：
S211：首先确认无人机的飞行环境，包括开阔环境、一般环境和城市复杂环境。
当飞行环境信息为开阔环境时，
S221：获取无人机以及地面站的位置信息；
S231：根据无人机以及地面站的位置信息计算无人机与地面站之间的距离，并将该距离与上一时刻的距离进行比较确定无人机与地面站之间的距离变化趋势；
具体地，假设无人机的第一空间坐标为(X1,Y1,Z1)，地面站的第二空间坐标为(X2,Y2,Z2)，则无人机与地面站之间的距离为：
S241：若无人机与地面站之间的距离变化趋势为距离变大，则执行S251；否则，执行S261；
S251：若无人机与地面站之间的距离为0-100m，则向功率放大器发送切换到低功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离为100-300m，则向功率放大器发送中功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离≥300m，则向功率放大器发送高功率工作模式的控制信号；
S261：若无人机与地面站之间的距离为0-95m，则向功率放大器发送低功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离为95-295m，则向功率放大器发送中功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离≥295m，则向功率放大器发送高功率工作模式的控制信号。
如图2所示，当飞行环境信息为一般环境时：
S222、S232与上述的S221、S231相同，在此不再赘述；
S242：若无人机与地面站之间的距离变化趋势为距离变大，则执行S252；否则，执行S262；
S252：若无人机与地面站之间的距离为0-50m，则向功率放大器发送低功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离为50-150m，则向功率放大器发送中功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离≥150m，则向功率放大器发送高功率工作模式的控制信号；
S262：若无人机与地面站之间的距离为0-45m，则向功率放大器发送低功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离为45-145m，则向功率放大器发送中功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离≥145m，则向功率放大器发送高功率工作模式的控制信号。
如图2所示，当飞行环境信息为城市复杂环境时S223、S233与上述的S221、S231相同，在此不再赘述；
S243：若无人机与地面站之间的距离变化趋势为距离变大，则执行S253；否则，执行S263；
S253：若无人机与地面站之间的距离为0-50m，则向功率放大器发送中功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离≥50m，则向功率放大器发送高功率工作模式的控制信号；
S263：若无人机与地面站之间的距离为0-45m，则向功率放大器发送中功率工作模式的控制信号；若无人机与地面站之间的距离≥45m，则向功率放大器发送高功率工作模式的控制信号。
上述图2的方法对应的距离判断规则如表3所示。
表3距离判断规则
需要说明的是，如表3所示，当无人机处于城市复杂环境中时，由于无线通信信号的空间衰减较大，因此，为了保证无人机数据的正常传输，在此飞行环境中，无人机的功率放大器没有设定低功率工作模式，仅设定了中功率工作模式和高功率工作模式。
图2所示的无人机通信方法中，距离判断规则中存储有距离阈值、飞行环境信息的环境属性、距离变化趋势与功率放大器的工作模式的对应关系。
本发明实施例提供的无人机通信方法，能根据无人机与地面站之间的实际距离、飞行环境信息的环境属性和距离变化趋势动态调整功率放大器的工作模式，使得无人机在向地面站传输数据时，选择最合适的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，既能保证射频发射信号传输质量，同时也降了低功率放大器的功耗，提高了无人机的续航时间。
在本发明的另一种实施方式中，为了避免乒乓效应，该方法还包括：
判断当前时刻对应的距离与第一时刻对应的距离的距离变化趋势，其中，第一时刻是与当前时刻相差第一预设时间的某个历史时刻；
若当前时刻相对第一时刻的距离变化趋势与第一时刻相对第二时刻的距离变化趋势相反，其中，第二时刻是与第一时刻相差第二预设时间的某个历史时刻，则将第一距离阈值和第二距离阈值增加预设值或减少预设值。
需要说明的是，本发明实施例为了避免乒乓效应，若当前时刻相对第一时刻的距离变化趋势与第一时刻相对第二时刻的距离变化趋势相反时，可自动在原有的距离阈值基础上增加预设值或减少预设值。
图3为本发明一个实施例的无人机通信装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施例的无人机通信装置包括：处理器31和存储器32，处理器31和存储器32之间通过内部总线33通讯连接，存储器31存储有能够被处理器32执行的计算机程序，计算机程序被处理器执行时能够实现上述的无人机通信方法。
图4为本发明一个实施例的无人机的原理框图。如图4所示，本发明实施例的无人机包括：处理器43、功率放大器42以及天线41；
处理器43用于获取无人机的位置信息以及地面站的位置信息，其中，地面站与无人机进行无线通信；
根据无人机的位置信息和地面站的位置信息，确定无人机与地面站之间的距离；
根据距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，其中，距离判断规则中存储有距离阈值与功率放大器的工作模式的对应关系；
向功率放大器发送对应工作模式的控制信号；
功率放大器42用于根据控制信号选择对应工作模式的增益参数阈值，按照增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大；
天线41用于将放大后的信号发送至地面站。
在实际应用中，功率放大器42为间接电流反馈功率可调放大器，处理器43通过向功率放大器42发送控制信号改变功率放大器42的增益调节电阻的阻值，进而改变功率放大器42的增益参数阈值。
本发明实施例提供的无人机，通过获取无人机的位置信息和地面站的位置信息，进而确定无人机与地面站之间的距离；根据无人机与地面站之间的距离以及预设的距离判断规则，确定无人机的功率放大器的工作模式；在确定无人机的功率放大器的工作模式后向功率放大器发送控制信号，控制功率放大器按照与工作模式对应的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大。相对于现有技术中，为了保证无人机的飞行状态数据和采集的图像数据等能够远距离的传回地面站，统一使用大功率放大器的技术方案，本发明首先判断无人机与地面站之间的距离，能根据无人机与地面站之间的实际距离动态调整功率放大器的工作模式，使得无人机在向地面站传输数据时，选择最合适的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，如当无人机与地面站之间的距离较小时，控制功率放大器在低功率工作模式下运行，当无人机与地面站之间的距离较大时，控制功率放大器在高功率工作模式下运行，既能保证射频发射信号传输质量，同时也降低了功率放大器的功耗，提高了无人机的续航时间。
进一步地，本发明实施例的无人机还包括与处理器相连的定位模块，定位模块用于获取无人机和地面站的位置信息，并将所述位置信息发送至处理器。在实际应用中，定位模块优选为GPS模块，还可以是其他用于定位的装置，本发明对此不作限制。
如图5所示，本发明实施例的无人机包括：处理器53、增益可调功率放大器52、天线51，以及与处理器相连的差分GPS模块54；
差分GPS模块54用于接收GPS卫星定位信息，还用于接收地面站发送的GPS修正信息，其中，GPS修正信息为地面站根据位置已知的GPS基准台确定的，根据GPS修正信息对GPS卫星定位信息进行修正，得到无人机的位置信息，并将无人机的位置信息信息发送至处理器53。
进一步地，还包括射频通信发射模块55，射频通信发射模块55的输入端与处理器53相连，射频通信发射模块55的输出端与增益可调功率放大器52相连，射频通信发射模块55用于根据处理器53发送的控制信号将射频发射信号发送至增益可调功率放大器52；射频通信发射模块55包括数传射频模块和图传射频模块。
在实际应用中，射频通信发射模块55的工作频段为5.8GHz。数传射频模块用于发射无人机的飞行状态数据，图传射频模块用于发射无人机采集的图像数据。
该无人机还包括与增益可调功率放大器52相连的增益开关56，处理器53根据控制信号控制增益开关56与增益可调功率放大器52的不同控制端口相连，不同的控制端口对应不同的增益参数阈值。
本发明实施例的增益可调功率放大器52包括第一控制端口、第二控制端口和第三控制端口。当处理器通过增益开关56与增益可调功率放大器52的第一控制端口相连时，增益可调功率放大器52的工作模式为第一工作模式；当处理器通过增益开关56与增益可调功率放大器52的第二控制端口相连时，增益可调功率放大器52的工作模式为第二工作模式；当处理器通过增益开关56与增益可调功率放大器52的第三控制端口相连时，增益可调功率放大器52的工作模式为第三工作模式。
综上所述，根据本发明的技术方案，通过获取无人机的位置信息和地面站的位置信息，进而确定无人机与地面站之间的距离；根据无人机与地面站之间的距离以及预设的距离判断规则，确定无人机的功率放大器的工作模式；在确定无人机的功率放大器的工作模式后向功率放大器发送控制信号，控制功率放大器按照与工作模式对应的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大。相对于现有技术中，为了保证无人机的飞行状态数据和采集的图像数据等能够远距离的传回地面站，统一使用大功率放大器的技术方案，本发明首先判断无人机与地面站之间的距离，能根据无人机与地面站之间的实际距离动态调整功率放大器的工作模式，使得无人机在向地面站传输数据时，选择最合适的增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，如当无人机与地面站之间的距离较小时，控制功率放大器在低功率工作模式下运行，当无人机与地面站之间的距离较大时，控制功率放大器在高功率工作模式下运行，即能保证射频发射信号传输质量，同时也降低了功率放大器的功耗，提高了无人机的续航时间。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
需要说明的是术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种无人机通信方法，其特征在于，包括：
获取无人机的位置信息以及地面站的位置信息，其中，所述地面站与所述无人机进行无线通信；
根据所述无人机的位置信息和地面站的位置信息，确定所述无人机与所述地面站之间的距离；
根据所述距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，其中，所述距离判断规则中存储有距离阈值与功率放大器的工作模式的对应关系；
向所述功率放大器发送对应所述工作模式的控制信号，控制所述功率放大器根据所述控制信号选择对应所述工作模式的增益参数阈值，按照所述增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大，并将放大后的信号发送至所述地面站；
所述距离判断规则中还包括距离变化趋势属性，所述方法还包括；
获取所述无人机与所述地面站在预设时间内的距离变化趋势；
根据所述距离变化趋势，选择与所述距离变化趋势对应的距离判断规则；
所述距离变化趋势包括距离增大和距离减小；
所述功率放大器的工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；所述第一工作模式的增益参数阈值小于所述第二工作模式的增益参数阈值小于所述第三工作模式的增益参数阈值；
所述根据所述距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，具体包括：
在所述无人机与所述地面站之间的距离增大的情况下：
当所述距离小于等于第一距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当所述距离大于第一距离阈值小于第二距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当所述距离大于等于第二距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第三工作模式；
在所述无人机与所述地面站之间的距离减小的情况下：
当所述距离小于等于第三距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当所述距离大于第三距离阈值小于第四距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当所述距离大于等于第四距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第三工作模式；
其中，所述第一距离阈值与所述第三距离阈值相差预设值，所述第二距离阈值与所述第四距离阈值相差预设值。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，包括：
当所述距离小于等于第一距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当所述距离大于第一距离阈值小于第二距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当所述距离大于等于第二距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第三工作模式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述距离判断规则中还包括环境属性，所述方法还包括：
获取所述无人机的飞行环境信息；
根据所述飞行环境信息，选择与所述飞行环境信息的环境属性对应的距离判断规则。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述获取无人机的位置信息包括：
接收GPS卫星定位信息；
接收所述地面站发送的GPS修正信息，其中，所述GPS修正信息为所述地面站根据位置已知的GPS基准台确定的；
根据所述GPS修正信息对所述GPS卫星定位信息进行修正，得到无人机的位置信息。
5.一种无人机通信装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器和所述存储器之间通过内部总线通讯连接，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能够实现权利要求1-4任意一项所述的方法。
6.一种无人机，其特征在于，包括：处理器、功率放大器以及天线；
所述处理器用于获取无人机的位置信息以及地面站的位置信息，其中，所述地面站与所述无人机进行无线通信；
根据所述无人机的位置信息和地面站的位置信息，确定所述无人机与所述地面站之间的距离；
根据所述距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，其中，所述距离判断规则中存储有距离阈值与功率放大器的工作模式的对应关系；
向所述功率放大器发送对应所述工作模式的控制信号；
所述功率放大器用于根据所述控制信号选择对应所述工作模式的增益参数阈值，按照所述增益参数阈值对射频发射信号进行功率放大；
所述天线用于将放大后的信号发送至所述地面站；
所述距离判断规则中还包括距离变化趋势属性，所述处理器还用于：
获取所述无人机与所述地面站在预设时间内的距离变化趋势；
根据所述距离变化趋势，选择与所述距离变化趋势对应的距离判断规则；
所述距离变化趋势包括距离增大和距离减小；
所述功率放大器的工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式；所述第一工作模式的增益参数阈值小于所述第二工作模式的增益参数阈值小于所述第三工作模式的增益参数阈值；
所述根据所述距离以及预设的距离判断规则，确定无人机上的功率放大器的工作模式，具体包括：
在所述无人机与所述地面站之间的距离增大的情况下：
当所述距离小于等于第一距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当所述距离大于第一距离阈值小于第二距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当所述距离大于等于第二距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第三工作模式；
在所述无人机与所述地面站之间的距离减小的情况下：
当所述距离小于等于第三距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第一工作模式；
当所述距离大于第三距离阈值小于第四距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第二工作模式；
当所述距离大于等于第四距离阈值时，确定所述功率放大器的工作模式为第三工作模式；
其中，所述第一距离阈值与所述第三距离阈值相差预设值，所述第二距离阈值与所述第四距离阈值相差预设值。
7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，还包括与所述处理器相连的差分GPS模块；
所述差分GPS模块用于接收GPS卫星定位信息，还用于接收地面站发送的GPS修正信息，其中，所述GPS修正信息为所述地面站根据位置已知的GPS基准台确定的，根据所述GPS修正信息对所述GPS卫星定位信息进行修正，得到无人机的位置信息，并将所述无人机的位置信息发送至所述处理器。
8.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，还包括射频通信发射模块，所述射频通信发射模块的输入端与所述处理器相连，所述射频通信发射模块的输出端与所述功率放大器相连，所述射频通信发射模块用于根据所述处理器发送的控制信号将射频发射信号发送至所述功率放大器；所述射频通信发射模块包括数传射频模块和图传射频模块。
9.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述功率放大器为增益可调功率放大器；
所述无人机还包括与所述增益可调功率放大器相连的增益开关，所述处理器根据所述控制信号控制所述增益开关与所述增益可调功率放大器的不同控制端口相连，不同的控制端口对应不同的增益参数阈值。
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