CN109814596A - 基于移动通信的无人机飞行控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于移动通信的无人机飞行控制***，包括无人机、云端信息交互服务器、处理器、移动通信模块和信息采集模块；所述云端信息交互服务器接收飞行控制信号，将所述飞行控制信号发送至所述无人机；所述移动通信模块接收所述飞行控制信号并进行解码，获取飞行控制指令，所述处理器执行所述飞行控制指令控制无人机的飞行；所述信息采集模块采集获得飞行状态参数，并传输至处理器；所述处理器接收并通过所述移动通信模块对所述飞行状态参数进行编码，获取飞行状态信号，将所述飞行状态信号通过移动网络发送至所述云端信息交互服务器；移动终端通过移动网络获取所述飞行状态信号，并解码查收，以便用户更灵活地控制无人机的远距离飞行。
Description
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，特别是涉及一种基于移动通信的无人机飞行控制***。
背景技术
无人机是利用有线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，或者由计算机完全地或间歇地自主地操作。目前，无人机风潮席卷全球，短距离操控无人机已经没有障碍，但是远距离遥控依然是技术难题。用于航拍的消费级无人机采用遥控器的形式进行控制，距离一般在1～4公里；用于作业的工业级无人机一般配置自动驾驶仪，可通过地面工作站上传航线任务进行自动飞行，距离在几公里到几十公里；军用无人机一般配置卫星通讯设备，这类无人机使用距离不受限制，但是费用昂贵。但是，普通民用无人机依旧存在遥控距离短，飞行半径小，甚至会由于飞行距离超过遥控距离而产生失控。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种基于移动通信的无人机飞行控制***，其具有能够实现无人机远距离飞行可控的优点。
基于移动通信的无人机飞行控制***，包括无人机及云端信息交互服务器；所述无人机包括搭载于无人机上的处理器、移动通信模块和信息采集模块；
所述云端信息交互服务器接收移动终端通过移动网络发送的飞行控制信号，将所述飞行控制信号发送至所述无人机；
所述无人机上的移动通信模块接收所述飞行控制信号并以移动通信解码方式进行解码，获取飞行控制指令，并将所述飞行控制指令传输至所述处理器执行，所述处理器执行所述飞行控制指令控制无人机的飞行；
所述信息采集模块采集所述无人机的飞行状态获得飞行状态参数，将所述飞行状态参数传输至处理器；所述处理器接收并将所述飞行状态参数传递给所述移动通信模块；
所述移动通信模块接收所述飞行状态参数并以移动通信编码方式进行编码，获取飞行状态信号，将所述飞行状态信号通过移动网络发送至所述云端信息交互服务器；所述云端信息交互服务器将所述飞行状态信号通过移动网络传输至移动终端解码查收。
本发明所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，搭载于无人机上的处理器通过移动通信模块连接上网，连接云端信息交互服务器并接收用户在移动终端上输入的飞行控制信号；信息采集模块采集无人机的飞行状态信号，将飞行状态信号通过移动网络传输至云端信息交互服务器，从而使用户能够通过移动网络查看无人机的飞行状态，更灵活地控制无人机的远距离飞行。
进一步地，所述云端信息交互服务器接收移动终端通过移动网络发送的用户标识信息，将所述用户标识信息发送至所述无人机；所述无人机上的移动通信模块接收所述用户标识信息并以移动通信解码方式进行解码，获取用户名和密码，并将所述用户名和密码传输至所述处理器识别，所述处理器根据所述用户名和密码判断移动终端的身份是否合法，如判断合法，则接受对应用户的飞行控制指令。
进一步地，所述无人机上还搭载有摄像机；所述***还设置有云端视频传输服务器；所述摄像机对所述无人机的飞行环境进行拍摄，获得视频；并将所述视频传输至所述处理器；所述处理器接收并存储所述视频，并传递给所述移动通信模块；所述移动通信模块以移动通信编码方式对所述视频进行编码，获取视频信号，将所述视频信号通过移动网络发送至所述云端视频传输服务器；所述云端视频传输服务器将所述视频信号通过移动网络传输至移动终端解码查收。
进一步地，所述云端视频传输服务器接收移动终端通过移动网络发送的视频播放信号，将所述视频播放信号发送至所述无人机；所述无人机上的移动通信模块接收所述视频播放信号并以移动解码方式进行解码，获取视频播放指令，并将所述视频播放指令传输至所述处理器；所述处理器接收所述视频播放指令，拉取所述摄像机拍摄的视频上传至所述云端视频传输服务器。
进一步地，所述云端视频传输服务器接收移动终端通过移动网络发送的用户标识信息，将所述用户标识信息发送至所述无人机；所述无人机上的移动通信模块接收所述用户标识信息并以移动通信解码方式进行解码，获取用户名和密码，并将所述用户名和密码传输至所述处理器识别，所述处理器根据所述用户名和密码判断移动终端的身份是否合法，如判断合法，则接受对应用户的视频传输指令。
进一步地，移动终端通过通信模块及天线将所述飞行控制信号或视频播放信号发送至基站；并通过多个基站传输信号，将所述飞行控制信号或视频播放信号传送至所述无人机。
进一步地，所述信息采集模块包括气压计、电压模块和三轴陀螺仪；所述气压计用于检测无人机飞行环境的大气压；所述电压模块用于检测无人机电源的电量；所述三轴陀螺仪用于检测无人机的飞行姿态。
进一步地，所述信息采集模块还包括GPS模块和RTK模块。
进一步地，所述移动通信模块为4G通信模块。
进一步地，所述4G通信模块包括4G芯片和天线组件；所述4G芯片内部集成有相互电连接的电源管理电路、基带、收发器和存储器；所述天线组件连接于所述4G芯片的天线接口发送相关信号。
为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述基于移动通信的无人机飞行控制***的框图；
图2为本发明所述基于移动通信的无人机飞行控制***的控制原理图；
图3为本发明所述的移动通信模块的功能框图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。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。
请同时参阅图1和图2，图1为本发明所述基于移动通信的无人机飞行控制***的框图；图2为本发明所述基于移动通信的无人机飞行控制***的控制原理图。
所述基于移动通信的无人机飞行控制***，包括无人机10、搭载于无人机上的处理器20、移动通信模块30、信息采集模块40和摄像机50，以云端信息交互服务器60和云端视频传输服务器70。所述移动通信模块30通过串口连接至所述处理器20；所述处理器20通过移动通信模块30连接至移动网络。
所述云端信息交互服务器60接收移动终端通过移动网络发送的飞行控制信号，将所述飞行控制信号发送至所述无人机10；所述无人机上的移动通信模块30接收所述飞行控制信号并以移动通信解码方式进行解码，获取飞行控制指令，并将所述飞行控制指令传输至所述处理器20执行，所述处理器20执行所述飞行控制指令控制无人机的飞行；所述信息采集模块40采集所述无人机的飞行状态获得飞行状态参数，将所述飞行状态参数传输至处理器20；所述处理器20接收并将所述飞行状态参数传递给所述移动通信模块30；所述移动通信模块30接收所述飞行状态参数并以移动通信编码方式进行编码，获取飞行状态信号，将所述飞行状态信号通过移动网络发送至所述云端信息交互服务器60；移动终端通过移动网络获取所述飞行状态信号，并以移动通信解码方式进行解码查收。这样，用户能够通过移动网络查看无人机的飞行状态，更灵活地控制无人机的远距离飞行。
本实施例中，所述飞行控制信号为飞行控制指令，具体包括水平方向前后左右运动、垂直方向上下运动、对地速度及水平速度等飞行控制。
所述处理器20为搭载于无人机上的微型计算平台，起主控作用。
在本实施例中，所述移动通信模块30采用4G通信模块，其型号为EC20_R2.0，在其他实施例中，该移动通信模块还可以选择其他型号的模组，例如5G通信模组。
由于4G通信是目前的主流通信方式，能够快速传输数据、高质量、音频、视频和图像等，并能够以100Mbps以上的速度下载，满足几乎所有用户对于无线服务的要求。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，通过建立多个移动信号基站扩展到更广阔的区域。所述处理器20通过4G通信模块连接至移动网络，便能与所述云端信息交互服务器60以及云端图像传输服务60进行通信，将飞行控制指令和视频流进行传输。
具体地，请参阅图3，其是本发明所述的移动通信模块的功能框图。所述4G通信模块包括4G芯片和天线组件；所述4G芯片内部集成有相互电连接的电源管理电路、基带、收发器和存储器；所述天线组件连接于所述4G芯片的天线接口发送相关信号。
信号传输过程中，移动终端通过4G通信模块及天线将所述飞行控制信号或视频播放信号发送至基站；并通过多个基站传输信号，将所述飞行控制信号或视频播放信号传送至所述无人机。只要有移动网络存在的地方，无人机的飞行状态便可查看，并灵活地控制其远距离飞行，扩大了无人机的飞行半径。
本实施例中，所述信息采集模块40集成了飞机控制方法，处理器20只需调用相应的SDK接口即可实现诸如解锁、起飞、悬停、返航、上传航线任务、执行航线飞行等控制。
所述信息采集模块40还包括气压计、电压模块和三轴陀螺仪；所述气压计用于检测无人机飞行环境的大气压；所述电压模块用于检测无人机电源的电量，即监测无人机平台上电池的使用情况，当出现低电量时，处理器便可控制无人机飞行至附近的工作站点进行充电或更换蓄电池。
所述信息采集模块40还包括GPS模块和RTK模块。所述GPS模块与处理器电器连接，用于无人机的定位，并监测无人机的飞行经纬度、对地高度以及飞行速度，并将其所获得的飞行参数传输至处理器。所述RTK模块与处理器电器连接，用于精确定位无人机的位置，可使无人机达到厘米级别的定位精度，并将其所获得飞行参数传输至处理器。
所述摄像机50对所述无人机的飞行环境进行拍摄，获得视频；并将所述视频传输至所述处理器；所述处理器接收并存储所述视频。
本实施例中，所述云端信息交互服务器60设置在地面工作站，以便可以去除无人机上搭建的数据传输模块，减轻无人机自重。
所述云端信息交互服务器60接收移动终端通过移动网络发送的用户标识信息，将所述用户标识信息发送至所述无人机10；所述无人机上的移动通信模块30接收所述用户标识信息并以移动通信解码方式进行解码，获取用户名和密码，并将所述用户名和密码传输至所述处理器识别，所述处理器根据所述用户名和密码判断移动终端的身份是否合法，如判断合法，则接受对应用户的飞行控制指令。
具体地，本实施例中所述云端信息交互服务器60为实时搭建的基于MQTT通信协议的即时通讯服务器，其可通过发布或订阅同一个TOPIC指令实现客户端和服务器端之间的对话。基于此服务器，还在无人机机载电脑上搭建了MQTT客户端，当2G或3G或4G网络连接后，MQTT客户端自动连接至MQTT服务器端，实时发送无人机状态，并持续订阅由服务器端发送的TOPIC指令以解析获得控制指令，从而实现无人机控制。进一步，服务器还设置有账户和密码，通过指定用户名称及密码，分配无人机能被相应设备以及相应指令控制，且用户能实时接收到无人机的当前状态，如经纬度、高度、GPS信号及状态、RTK信号及状态，磁罗盘信号及状态、电池余量、以及云台的状态等信息，便于远距离操控无人机。
所述云端视频传输服务器70设置在地面工作站，可以去除无人机上搭建的图像传输模块，以减轻无人机自重。
所述摄像机50对所述无人机10的飞行环境进行拍摄，获得视频；并将所述视频传输至所述处理器20；所述处理器20接收并存储所述视频，并传递给所述移动通信模块30；所述移动通信模块30以移动通信编码方式对所述视频进行编码，获取视频信号，将所述视频信号通过移动网络发送至所述云端视频传输服务器70；移动终端通过移动网络获取所述视频信号，并以移动通信解码方式进行解码查看视频。
另外，所述云端视频传输服务器70接收移动终端通过移动网络发送的视频播放信号，将所述视频播放信号发送至所述无人机10；所述无人机10上的移动通信模块30接收所述视频播放信号并以移动解码方式进行解码，获取视频播放指令，并将所述视频播放指令传输至所述处理器20执行，所述处理器20执行所述视频播放指令播放所述摄像机拍摄的视频。
具体地，本实施例中所述云端视频传输服务器70为实时搭建的RTSP流媒体服务器，其可实现音频、视频等多媒体文件的接收和转发。基于此服务器，还在无人机机载电脑上搭建了RTSP客户端，当2G或3G或4G网络连接后，RTSP客户端自动连接至RTSP服务器后，便将摄像机获取的标准RTSP格式的流媒体推送至服务器端。当实现视频流媒体推送后，其他电子设备可以连接至此服务器以获取相关视频，实现播放功能，用户便可以实时观测无人机的飞行环境。
进一步地，所述云端视频传输服务器70接收移动终端通过移动网络发送的用户标识信息，将所述用户标识信息发送至所述无人机10；所述无人机10上的移动通信模块30接收所述用户标识信息并以移动通信解码方式进行解码，获取用户名和密码，并将所述用户名和密码传输至所述处理器识别，所述处理器根据所述用户名和密码判断移动终端的身份是否合法，如判断合法，则接受对应用户的视频传输指令。
本实施例中，移动终端上安装有APP应用程序，使用户能够通过手机等移动终端随时查看无人机的飞行状况，并对其进行控制，无需时刻守在工作站；如果有需要的时候也可以在工作站对无人机进行操控。具体地，在本实施例中，用户通过账号和密码登录APP，在有移动网络的地方，便可以控制无人机的飞行，并核对用户的账号密码信息，允许指定用户观看和下载相关的视频，实现实时方便的监控。
本发明所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，用户在移动终端的APP应用程序上输入飞行控制指令并上传至云端信息交互服务器，处理器通过移动通信模块连接上网，并连接云端信息交互服务器接收用户上传的飞行控制信号，从而使用户能够通过移动网络控制无人机的远距离飞行、且飞行半径大，在有移动网络的地方均能控制无人机的飞行，操作方便。另外，用户还可以在移动终端登录APP，给无人机发送视频播放指令，处理器拉取摄像机拍摄的视频，并对指定用户可以查看视频。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：包括无人机及云端信息交互服务器；所述无人机包括搭载于无人机上的处理器、移动通信模块和信息采集模块；
所述云端信息交互服务器接收移动终端通过移动网络发送的飞行控制信号，将所述飞行控制信号发送至所述无人机；
所述无人机上的移动通信模块接收所述飞行控制信号并以移动通信解码方式进行解码，获取飞行控制指令，并将所述飞行控制指令传输至所述处理器执行，所述处理器执行所述飞行控制指令控制无人机的飞行；
所述信息采集模块采集所述无人机的飞行状态获得飞行状态参数，将所述飞行状态参数传输至处理器；所述处理器接收并将所述飞行状态参数传递给所述移动通信模块；
所述移动通信模块接收所述飞行状态参数并以移动通信编码方式进行编码，获取飞行状态信号，将所述飞行状态信号通过移动网络发送至所述云端信息交互服务器；所述云端信息交互服务器将所述飞行状态信号通过移动网络传输至移动终端解码查收。
2.根据权利要求1所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：所述云端信息交互服务器接收移动终端通过移动网络发送的用户标识信息，将所述用户标识信息发送至所述无人机；所述无人机上的移动通信模块接收所述用户标识信息并以移动通信解码方式进行解码，获取用户名和密码，并将所述用户名和密码传输至所述处理器识别，所述处理器根据所述用户名和密码判断移动终端的身份是否合法，如判断合法，则接受对应用户的飞行控制指令。
3.根据权利要求1所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：所述无人机上还搭载有摄像机；所述***还设置有云端视频传输服务器；所述摄像机对所述无人机的飞行环境进行拍摄，获得视频；并将所述视频传输至所述处理器；所述处理器接收并存储所述视频，并传递给所述移动通信模块；所述移动通信模块以移动通信编码方式对所述视频进行编码，获取视频信号，将所述视频信号通过移动网络发送至所述云端视频传输服务器；所述云端视频传输服务器将所述视频信号通过移动网络传输至移动终端解码查收。
4.根据权利要求3所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：所述云端视频传输服务器接收移动终端通过移动网络发送的视频播放信号，将所述视频播放信号发送至所述无人机；所述无人机上的移动通信模块接收所述视频播放信号并以移动解码方式进行解码，获取视频播放指令，并将所述视频播放指令传输至所述处理器；所述处理器接收所述视频播放指令，拉取所述摄像机拍摄的视频上传至所述云端视频传输服务器。
5.根据权利要求3或4所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：所述云端视频传输服务器接收移动终端通过移动网络发送的用户标识信息，将所述用户标识信息发送至所述无人机；所述无人机上的移动通信模块接收所述用户标识信息并以移动通信解码方式进行解码，获取用户名和密码，并将所述用户名和密码传输至所述处理器识别，所述处理器根据所述用户名和密码判断移动终端的身份是否合法，如判断合法，则接受对应用户的视频传输指令。
6.根据权利要求1所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：移动终端通过通信模块及天线将所述飞行控制信号或视频播放信号发送至基站；并通过多个基站传输信号，将所述飞行控制信号或视频播放信号传送至所述无人机。
7.根据权利要求1所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：所述信息采集模块包括气压计、电压模块和三轴陀螺仪；所述气压计用于检测无人机飞行环境的大气压；所述电压模块用于检测无人机电源的电量；所述三轴陀螺仪用于检测无人机的飞行姿态。
8.根据权利要求1所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：所述信息采集模块还包括GPS模块和RTK模块。
9.根据权利要求1所述的基于移动通信的无人机飞行控制***，其特征在于：所述移动通信模块为4G通信模块。
10.根据权利要求9所述的基于移动通信的无人机***，其特征在于：所述4G通信模块包括4G芯片和天线组件；所述4G芯片内部集成有相互电连接的电源管理电路、基带、收发器和存储器；所述天线组件连接于所述4G芯片的天线接口发送相关信号。
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