CN111628821A - 一种采用系留无人机的超视距无人机信号中继*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，属于无人机设备技术领域。所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，由超视距飞行平台、地面终端、系留升空平台3个部分组成；所述超视距飞行平台，其用以执行超视距低空飞行作业；所述地面终端，其用以在地面对所述超视距飞行平台和所述系留升空平台执行控制操作；所述系留升空平台，其搭载中继电台，升空至高处以中继连接所述地面终端与所述超视距飞行平台的通信。
Description
技术领域
本发明公开了一种采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，属于无人机设备技术领域。
背景技术
无人机***在航拍、测绘、应急救援、环境巡检等领域的广泛应用。无人机***分为空中部分和地面部分，空中部分即搭载传感终端的载机平台，地面部分主要为地面控制终端，地面控制终端通过无线数据链路实现对载机的远程飞行操控和任务执行。地面终端与载机的良好通信是航拍航测任务中的关键保障，在执行飞行任务中若发生通信受阻的情况，则可能导致载机失控，甚至造成炸机事故。尤其在喀斯特地区等地形复杂的特定任务环境，非常需要先进的低空遥感技术取代依赖人力的地面调查工作，但现有技术中的无人机***受山体遮挡等影响，容易发生信号丢失导致载机失联，大大影响无人机技术的推广应用。
通常无人机***用以传输数据的数传电台采用广播式的通讯方式，因此可采用在高处设置中继通信电台的方式使信号通路绕开障碍物。该方法可有效增大通信距离和网络覆盖范围，延伸视野可达区域。
现有技术中，通常将中继通信电台大多固定设置在高处，布设困难且不便于转移工作位置，大大降低无人机***在外业中灵活部署使用的优势；并且固定设置的中继电台的有效通信域度一般不可调整，信号搜索的角度受限制，当载机飞离有效区域，通信效率快速降低。
因此，针对上述技术问题，有待提出更优的解决方案。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明公开了一种采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，利用系留无人机挂载信号中继电台以实现便捷的高低调整，使无人机***的部署更加灵活。
本案所采用的技术方案是：
一种采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，由超视距飞行平台、地面终端、系留升空平台3个部分组成；所述超视距飞行平台，其用以执行超视距低空飞行作业；所述地面终端，其用以在地面对所述超视距飞行平台和所述系留升空平台执行控制操作；所述系留升空平台，其用以升空至高处；其搭载中继电台以中继连接所述地面终端与所述超视距飞行平台的通信。
进一步地，所述超视距飞行平台，其主体为一架固定翼无人机；所述固定翼无人机搭载机载电台，用于与地面建立无线通信。
进一步地，所述地面终端，其设有固定翼控制端以及地面电台；所述地面终端的固定翼控制端通过所述地面电台与所述超视距飞行平台的机载电台建立通信，用以对所述超视距飞行平台进行飞行管理。
进一步地，所述系留升空平台，其主体为一架多轴型无人机；所述地面终端通过导电缆绳与所述多轴型无人机连接并为所述系留升空平台连续供电。
进一步地，所述多轴型无人机，其搭载飞控***以控制所述多轴型无人机的平稳飞行。
进一步地，所述系留升空平台，其设有配电模块；所述的配电模块连接所述导电缆绳，并为所述系留升空平台的其他模块供电。
进一步地，所述系留升空平台还设有备用电源；所述备用电源采用可充电电池，并连接所述配电模块，由所述配电模块对其进行充放电管理。
进一步地，所述地面终端，其设有多轴机控制端，用以对所述系留升空平台进行飞行管理。
进一步地，所述多轴机控制端与所述多轴型无人机的飞控***搭载wifi模块，两者通过wifi建立无线通信。
进一步地，所述地面终端，其采用大容量的蓄电池进行供电，或连接市电或发电机进行配电。
以上技术方案中，地面终端与多轴机构成的系留升空***为中继电台的高度调整提供了稳定的升降平台。而地面通过供电线缆对空中的无人机平台进行无限时的供电，使无人机可以不受电能限制而长时间停留在空中，从而为远程作业的超视距固定翼无人机提供长时间稳定的信号中继。
本发明具有以下有益效果：
(1)利用系留升空平台挂载信号中继电台以实现便捷的高度调整，中继电台的位置高度并不是固定不变的，可根据信号强度灵活调整，保障无人机***在复杂环境中的适用性。
(2)并且不需要在固定位置设置信号中继点，使无人机***的部署更加灵活，比如将系留升空平台设置在车载***上，随时随地进行作业，甚至实现移动中继。
(3)系留升空平台需要的就是高空稳定悬停，不需要进行大量的机动动作，这就决定了系留升空平台只是起飞、悬停、降落这三个过程，简单的动作使故障率大大降低。
(4)***操作便捷，信号链路稳定可靠，具有广泛应用前景。
附图说明
附图1为本发明中的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***的信号链路示意图；
附图2为本发明的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***的结构连接示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
如附图1中所示，本发明的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，由超视距飞行平台、地面终端、系留升空平台3个部分组成。
超视距飞行平台主体为一架固定翼无人机，用以搭载不同的低空作业传感器以执行超视距低空飞行作业。系留升空平台的主体为一架多轴型无人机，其搭载中继电台，升空至高处以中继连接地面终端与超视距飞行平台的通信。地面终端用以在地面对超视距飞行平台和系留升空平台执行控制操作。
如附图2中***各组件的结构连接示意图，作为超视距飞行平台的固定翼无人机搭载了机载电台；地面终端，其设有固定翼控制端，并通过地面电台与超视距飞行平台建立通信，用以对固定翼无人机进行飞行管理。
多轴型无人机搭载飞控***以控制所述多轴型无人机的平稳飞行。飞控内置地理定位模块和姿态感应模块，通过融合算法获取多轴型无人机的实时位置和姿态并控制多轴型无人机执行飞行动作以实现定点悬停和平稳升降。
地面终端同样设有多轴机控制端，用以对系留升空平台的升降和悬停进行飞行管理。多轴机控制端与多轴型无人机的飞控***搭载wifi模块，两者通过wifi建立无线通信。
地面终端通过导电缆绳与多轴型无人机连接，并通过配电模块为系留升空平台的各模块连续供电。导电缆绳的收线控制机构可采用申请人已公开的技术方案：一种系留无人机的收线控制机构(公开号：CN210133782U，申请日：2019.06.24)。
系留升空平台的配电模块连接可充电电池作为备用电源并对其进行充放电管理，避免地面突然断电或短时间的供电不稳，影响飞行稳定性。
地面终端采用大容量的蓄电池进行供电，或连接市电或发电机进行配电。
本发明的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其信号中继的实现方法为：
超视距飞行平台的固定翼无人机***用以传输数据的电台采用广播式的通讯方式，通信协议采用MavLink(Micro Air Vehicle Link)协议，通信消息包的负载信息中包含本次消息帧的序列号，每次发完一个消息，这个字节的内容会加1，加到255后会从0重新开始。因此可通过这个序号计算mavlink消息帧接收端的消息丢失比例用于指示信号强度。
超视距飞行平台开始作业时，飞行距离较近，地面终端与超视距飞行平台直接通过电台通信，通信链路畅通，不存在或极少存在丢包情况。当固定翼无人机飞出电台通视范围，消息包丢失将越来越严重，即通信信号越来越弱。
因此，可通过计算丢包率并设定阈值判定信号强度，当信号低于设定值时启动系留升空平台并给其搭载的中继电台供电，中继电台开始工作，先连接超视距飞行平台并加强信号再转接地面终端。
随着信号减弱，也可增加系留升空平台的飞行高度，以使信号通路绕开障碍物，如附图1中所示。
但受限于系留升空平台的升空高度(受限于线缆长度或载机飞行能力)，中继电台的高度不能无限增加。因此达到高限后如果信号仍持续减弱，则说明超视距飞行平台已飞出中继范围，应当触发返航等风险规避操作，避免发生不可知的意外。
地面终端通过供电线缆对多轴无人机进行无限时的供电，使无人机可以不受电能限制而长时间停留在空中；并且其构成的系留升空***为固定翼无人机的中继电台的高度调整提供了稳定的升降平台，从而为远程作业的超视距固定翼无人机提供长时间稳定的信号中继。
以上描述只是本发明的具体实施方式，各举例说明不对本发明构成限制，采用等效变换形成的技术方案，不背离本发明的实质。
Claims (10)
1.一种采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，由超视距飞行平台、地面终端、系留升空平台3个部分组成；
所述超视距飞行平台，其用以执行超视距低空飞行作业；
所述地面终端，其用以在地面对所述超视距飞行平台和所述系留升空平台执行控制操作；
所述系留升空平台，其用以升空至高处；其搭载中继电台，用以中继连接所述地面终端与所述超视距飞行平台的通信。
2.如权利要求1所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述超视距飞行平台，其主体为一架固定翼无人机；
所述固定翼无人机搭载机载电台，用于与地面建立无线通信。
3.如权利要求2所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述地面终端，其设有固定翼控制端以及地面电台；
所述地面终端的固定翼控制端通过所述地面电台与所述超视距飞行平台的机载电台建立通信，用以对所述超视距飞行平台进行飞行管理。
4.如权利要求1所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述系留升空平台，其主体为一架多轴型无人机；
所述地面终端通过导电缆绳与所述多轴型无人机连接并为所述系留升空平台连续供电。
5.如权利要求4所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述多轴型无人机，其搭载飞控***以控制所述多轴型无人机的平稳飞行。
6.如权利要求4或5所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述系留升空平台，其设有配电模块；
所述的配电模块连接所述导电缆绳，并为所述系留升空平台的其他模块供电。
7.如权利要求6所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述系留升空平台还设有备用电源；
所述备用电源采用可充电电池，并连接所述配电模块，由所述配电模块对其进行充放电管理。
8.如权利要求4所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述地面终端，其设有多轴机控制端，用以对所述系留升空平台进行飞行管理。
9.如权利要求8所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述多轴机控制端与所述多轴型无人机的飞控***搭载wifi模块，两者通过wifi建立无线通信。
10.如权利要求1-9中任一条所述的采用系留无人机的超视距无人机信号中继***，其特征在于，所述地面终端，其采用大容量的蓄电池进行供电，或连接市电或发电机进行配电。
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