CN112578809A - 无人机集群通讯拓扑装置、方法、计算机设备、介质及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无人机通信技术领域，公开了一种无人机集群通讯拓扑装置、方法、计算机设备、介质及终端，无人机集群通讯拓扑装置包括地面控制站节点软硬件***、云平台服务***、无人机集群***。本发明控制网络节点少，无人机集群与地面控制站节点软硬件***点对点通讯，降低数据延迟，提升数据同步的实时性；本发明的方法无需无人机维护路由信息，地面控制站节点软硬件***作为指挥中心对无人机集群统一做远程监测和管控，将维护任务转移到运算能力强大的地面设备，减少了无人机工作及通信负担。当存在故障信息时故障无人机只广播故障信息，由地面控制站节点软硬件***完成中继无人机的指定，实现故障机与地面控制站节点软硬件***信息交互。
Description
技术领域
本发明属于无人机通信技术领域，尤其涉及一种无人机集群通讯拓扑装置、方法、计算机设备、介质及终端。
背景技术
目前，随着无人机技术的发展，无人机实时状态监控和对无人机远程控制的技术越来越受到航空领域的重视。无人机与地面站高实时性的数据交互是航空领域的非常重要的需求。无人机集群作业在近年发展速度很快，不论各种商业无人机编队表演、工业级无人机集群作业、军工级无人机集群任务，无人机集群作业在各领域都愈来愈普及。同样，无人机集群与地面站之前的数据通讯的重要性不言而喻。无人机集群与地面站通讯，受限于无人机集群中飞机数目、无线网络带宽压力等因素，通讯实时性很难保证，同时还会存在集群中部分飞机与地面站是去连接的现象，成为集群作业中的技术痛点。目前的解决办法一般是从飞控内部固化飞行程序，正在无人机与地面站失联期间可按照预先规划好路径飞行，或者通过增强无线通讯网络的方法，提升网络带宽，间接降低集群中飞机失联的概率。以上方法虽能提升集群作业时通讯效果体验，但均不能从根本上解决以上痛点问题。
现有多无人机地面控制节点网的实现方法，例如申请号为CN107943095A的专利中，采用的是多地面站控制节点机制，该方法侧重于解决单一无人机地面站控制距离的局限，通过多重中继实现对无人机的远距离控制。但是其缺点也比较明显：首先，该控制网络节点多，网络环境复杂，数据传输要经过多个节点，不可避免的造成数据延迟，大大降低了飞机与地面站数据同步的实时性。其次，对于无人机集群中的个体通讯异常问题没有有效的解决办法，仍然只能使用上面提到的旧有办法，不能从根本上解决问题。最后，复杂的网络环境、多节点组网机制产生的网络冗余，造成严重的资源分配不均或资源浪费。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：无人机与地面站的通讯为端到端，如果有飞机连接不到地面站，地面站则无法获取飞机相关信息以及对飞机的控制。无人机集群与地面站通讯受限于无人机集群中飞机数目、无线网络带宽压力等因素，通讯实时性很难保证，同时还会存在集群中部分飞机与地面站是去连接的现象。
解决以上问题及缺陷的难度为：需要在飞机上安装无线通讯装置，当有飞机离线的时候，进行飞机与飞机之间的自组网通讯。
解决以上问题及缺陷的意义为：对飞机的数量增加后，解决部分飞机去链接现象，从而保证了飞机与地面站之间的通讯畅通。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机集群通讯拓扑装置、方法、计算机设备、介质及终端。
本发明是这样实现的，一种无人机集群通讯拓扑装置，所述无人机集群通讯拓扑装置包括：
地面站控制节点***，包括无人机集群状态监控、远程控制模块；此处接收并汇总无人机状态信息，包括给无人机发送rtcm数据，以及给无人机发送相应指令数据功能。
云平台服务***，搭建有自有数据统计远程控制***的任意云平台，传输要上传输飞机的相关状态与相关地面站与飞机有关的数据服务；
无人机集群***，每个节点无人机均装有遥测无线通讯装置，同时每个节点无人机还装有近场通讯装置，通过电台或者网络通讯，进行数据的传输。无极人集群***通过网络通信进行数据传输，从而每个飞机直到周围的飞机有哪些，如果有异常情况下，可通过遥感飞机进行数据传输与处理。
进一步，所述远程控制模块包括：载体硬件平台，所述载体硬件平台搭载有任意匹配信息的终端；
所述终端包括：PC、手机或者pad。
进一步，所述遥测无线通讯装置根据具体使用环境不同，包括2.4G电台设备或者LTE设备；根据数据量和通讯频次不同，为wifi设备或者ZigBee设备近场通讯设备。
本发明另一目的在于提供一种无人机集群通讯拓扑方法，所述无人机集群通讯拓扑方法将成熟的近场通讯技术与远距离通讯手段配合应用在集群作业的无人机和地面控制站节点之间，进行无人机集群状态监控和远程控制。
进一步，所述无人机集群通讯拓扑方法包括：
无人机集群作业时，所述无人机集群中每架无人机可通过2.4G电台设备直接与所述地面控制站节点软硬件***进行通讯；或是通过LTE设备与所述云平台服务***建立连接，数据在云平台服务***中转后与地面站进行通讯。
首先飞机先和地面站通讯，如果地面站无响应或者给飞机发送传输失败指令，那么飞机将数据发送给云平台，由云平台收到飞机数据后，将该飞机的数据传送给地面站指挥平台。
本发明另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
将成熟的近场通讯技术与远距离通讯手段配合应用在集群作业的无人机和地面控制站节点之间，进行无人机集群状态监控和远程控制。
本发明另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
将成熟的近场通讯技术与远距离通讯手段配合应用在集群作业的无人机和地面控制站节点之间，进行无人机集群状态监控和远程控制。
本发明另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的无人机集群通讯拓扑方法。
本发明另一目的在于提供一种无人机，所述无人机搭载所述无人机集群通讯拓扑装置。
本发明另一目的在于提供一种所述的无人机集群通讯拓扑方法在表演活动上的应用。
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明控制网络节点少，无人机集群与地面控制站节点软硬件***点对点通讯，降低数据延迟，提升数据同步的实时性；
本发明提供的方法无需无人机维护路由信息，地面控制站节点软硬件***作为指挥中心对无人机集群统一做远程监测和管控，将维护任务转移到运算能力强大的地面设备，减少了无人机工作及通信负担。当存在故障信息时故障无人机只广播故障信息即可，由地面控制站节点软硬件***完成中继无人机的指定，实现故障机与地面控制站节点软硬件***信息交互，从根本上解决通讯故障问题。
本发明提供的方法通讯链路简洁，可根据通讯数据量选择通讯模块类型，有效减少资源浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的无人机集群通讯拓扑装置正常工作时通过LTE设备通讯时的数据流图。
图2是本发明实施例提供的无人机集群通讯拓扑装置正常工作时通过2.4G电台设备通讯时的数据流图。
图3是本发明实施例提供的无人机集群通讯拓扑装置无人机集群中出现通讯异常飞机时，故障飞机广播故障信息的通讯数据流图。
图4是本发明实施例提供的无人机集群通讯拓扑装置无人机集群中出现通讯异常飞机时，故障飞机通过地面控制站节点软硬件***指定的中继飞机进行数据传输的通讯数据流图。
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。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种无人机集群通讯拓扑装置、方法、计算机设备、介质及终端，下面结合附图对本发明作详细的描述。
本发明实施例提供的无人机集群通讯拓扑装置包括：地面控制站节点软硬件***、云平台服务***、无人机集群***；
所述地面站控制节点软硬件***包括无人机集群状态监控、远程控制软件和该软件的载体硬件平台，硬件平台为任意匹配所述软件的终端，并有2.4G电台设备作为可选配件；
所述云平台服务***为搭建有自有数据统计远程控制***的任意云平台；
所述无人机集群***中每个节点飞机都装有遥测无线通讯装置，同时每个节点飞机还装有近场通讯装置。
本发明实施例提供的遥测无线通讯装置根据具体使用环境不同，为2.4G电台设备或者LTE设备；根据数据量和通讯频次不同，为wifi设备或者ZigBee设备近场通讯设备。
本发明实施例提供的任意匹配所述软件的终端为PC、手机或者pad。
本发明实施例提供的无人机集群通讯拓扑方法将成熟的近场通讯技术与远距离通讯手段配合应用在集群作业的无人机和地面控制站节点之间，进行无人机集群状态监控和远程控制。
本发明实施例提供的无人机集群通讯拓扑方法包括：
无人机集群作业时，所述无人机集群中每架无人机可通过2.4G电台设备直接与所述地面控制站节点软硬件***进行通讯；或是通过LTE设备与所述云平台服务***建立连接，数据在云平台服务***中转后与地面站进行通讯。
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
一种无人机集群通讯拓扑装置，该通讯拓扑装置包括地面控制站节点软硬件***、云平台服务***、无人机集群***；该无人机集群***中每个节点飞机都装有遥测无线通讯装置，根据具体使用环境不同，该通讯装置可以是常用的2.4G电台设备或者LTE设备；同时每个节点飞机还装有近场通讯装置，根据数据量和通讯频次不同，该通讯装置可以是wifi设备或者ZigBee设备等近场通讯设备；所述云平台服务***可以是搭建有自有数据统计远程控制***的任意云平台；所述地面站控制节点软硬件***包括无人机集群状态监控、远程控制软件和该软件的载体硬件平台，硬件平台可以是PC、手机或者pad等任意匹配所述软件的终端，并有2.4G电台设备作为可选配件。
实施例2：
一种利用:无人机集群通讯拓扑装置进行无人机集群状态监控和远程控制的方法，无人机集群作业时，所述无人机集群中每架无人机可通过LTE设备与所述云平台服务***建立连接，数据在云平台服务***中转后与地面站进行通讯，如图1所示；也可通过2.4G电台设备直接与所述地面控制站节点软硬件***进行通讯，如图2所示；以上描述为遥测遥控无线通讯链路，该链路上数据通讯是双向的；所述无人机集群***中每架无人机装有的近场通讯装置可以广播信息，同时也可接收其他无人机的广播信息；所述地面控制站节点软硬件***可通过2.4G电台与所述无人机集群通讯，也可通过所述云平台服务***中转后与所述无人机集群通讯，作为远程控制和指挥中心对无人机集群做远程管控和监测。
实施例2：
无人机集群中每架无人机定时打包各自的实时状态信息，通过所述遥测遥控无线通讯链路发送给所述地面控制站节点软硬件***，实现所述地面控制站节点软硬件***对无人机集群作业状态数据实时监控并显示；所述地面控制站节点软硬件***收到无人机集群状态信息后，通过上述遥测遥控通讯链路对无人机集群飞机做出应答，该应答同时作为所述无人机集群与所述地面控制站节点软硬件***之间的心跳指令，用于检测上述无线通讯链路的实时链接状态是否存在异常；如有需求，所述地面控制站节点软硬件***可通过上述遥测遥控无线通讯链路发送特定指令，对作业集群中的任意指定无人机进行控制和调参，集群中指定无人机收到相关指令后执行相应动作并对该指令进行回复，回复命令仍通过上述遥测遥控无线通讯链路反馈给所述地面控制站节点软硬件***。
当所述无人机集群中某一架或多架无人机与所述地面控制站节点软硬件***间的通信链路受到干扰，无论是链路上任何一个节点的问题还是链路本身问题，无法正常进行实时通讯时，故障无人机通过所述近场通讯设备广播故障信息，如图3所示，接收到此信息的附近正常无人机将故障机相关信息传递到地面控制站节点软硬件***，地面控制站节点软硬件***软件根据实时同步的无人机位置信息，指定距离通信故障无人机最近的正常无人机为中继无人机，并通过此中继无人机完成与通信故障无人机的通信，故障无人机被动完成通信链路的建立，实现通讯异常状况时对故障无人机的“中继管控”，如图4所述；上述故障无人机通讯故障解除时，地面站取消该“中继管控”功能，故障无人机恢复到正常数据通讯状态。在故障状态，所述地面控制站节点软硬件***在整个通讯拓扑网络中担任“指挥中心”角色，随着无人机集群内部无人机相对位置的变化，随时调整中继无人机的指定，确保中继无人机距离故障机最近，保障通讯实时性，同时在指定中继无人机时，充分考虑带宽问题，确保中继无人机最多作为两架故障机的信息中转站，避免受限带宽造成通讯延迟或中断。
经过实验验证，1000架飞机，3个组网设备的情况下，会有30架飞机的数据无法传输到地面站中。将本发明使用到其中后，可以将1000架飞机的数据全部传送到地面站中。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种无人机集群通讯拓扑装置，其特征在于，所述无人机集群通讯拓扑装置包括：
地面站控制节点***，包括无人机集群状态监控、远程控制模块；
云平台服务***，搭建有自有数据统计远程控制***的任意云平台；
无人机集群***，每个节点无人机均装有遥测无线通讯装置，同时每个节点无人机还装有近场通讯装置。
2.如权利要求1所述无人机集群通讯拓扑装置，其特征在于，所述远程控制模块包括：载体硬件平台，所述载体硬件平台搭载有任意匹配信息的终端；
所述终端包括：PC、手机或者pad。
3.如权利要求1所述无人机集群通讯拓扑装置，其特征在于，所述遥测无线通讯装置根据具体使用环境不同，包括2.4G电台设备或者LTE设备；根据数据量和通讯频次不同，为wifi设备或者ZigBee设备近场通讯设备。
4.一种无人机集群通讯拓扑方法，其特征在于，所述无人机集群通讯拓扑方法将成熟的近场通讯技术与远距离通讯手段配合应用在集群作业的无人机和地面控制站节点之间，进行无人机集群状态监控和远程控制。
5.如权利要求4所述无人机集群通讯拓扑方法，其特征在于，所述无人机集群通讯拓扑方法包括：
无人机集群作业时，所述无人机集群中每架无人机可通过2.4G电台设备直接与所述地面控制站节点软硬件***进行通讯；或是通过LTE设备与所述云平台服务***建立连接，数据在云平台服务***中转后与地面站进行通讯。
6.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
将成熟的近场通讯技术与远距离通讯手段配合应用在集群作业的无人机和地面控制站节点之间，进行无人机集群状态监控和远程控制。
7.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
将成熟的近场通讯技术与远距离通讯手段配合应用在集群作业的无人机和地面控制站节点之间，进行无人机集群状态监控和远程控制。
8.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端用于实现权利要求4～5任意一项所述的无人机集群通讯拓扑方法。
9.一种无人机，其特征在于，所述无人机搭载权利要求1～3所述无人机集群通讯拓扑装置。
10.一种如权利要求4～5任意一项所述的无人机集群通讯拓扑方法在表演活动上的应用。
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