CN113726417A - 一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***及通信方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***及通信方法,涉及无人机基站通信***及通信方法的技术领域,一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***,包括无人机蜂群和无人机地面站,所述无人机蜂群由无人机基站组网而成,所述无人机基站分别包括无人机和机载小基站。一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***的通信方法,包括以下步骤:步骤1:通过无人机地面站将无人机部署至指定位置,利用无人机分别搭载的机载小基站进行组网,形成无人机蜂群,建立临时大面积移动通信网络覆盖;步骤2:无人机蜂群通过机载小基站将信号接入互联网小基站网关,连接运营商核心网,为用户提供通信服务。

Description

一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***及通信方法
技术领域
本发明涉及通信***及通信方法的技术领域,更具体地说是涉及无人机基站通信***及通信方法的技术领域。
背景技术
随着无人机技术的显著进步,例如更好的电力管理技术,增加的有效载荷能力,更长的平均飞行时间等,无人机可以用于多种目的,例如拍摄,监视,运输,通信等,在通信方面,由于无人机的高动态特性和无人机与地面用户之间的视距的传输链路,无人机可作为临时基站为有大量数据流量需求的热点区域(如大型活动、音乐会、体育赛事)分流,或者是为事故、灾难导致的地面覆盖的盲区提供临时覆盖,对于这些补盲、补热的场景,与临时安装传统基站相比,无人机基站的临时部署更加高效且更具成本效益。
然而,目前国内常规的无人机基站技术方案存在以下缺陷:
1、目前,国内无人机基站均采用系留式多旋翼无人机的平台,无人机需要通过地面电缆的大功率电源输送电能、通过地面光缆传输通信数据,飞行高度和飞行距离均受到极大限制,对地面配套设施要求较高,对复杂地形、系留光电缆距离无法到达的场景无法进行应急保障。
2、目前,国内无人机机载基站基本采用一体化微基站,一体化微基站由4部分模块组成,分别是:电源功能模块、WiFi功能模块、RF功能模块以及5G功能模块,集中模块化管理,重量在40KG左右,对无人机载荷要求较高,部署时需要通过光缆连接RNC(无线网络控制器,Radio Network Controller)。也就是说要开通机载一体化微基站必须铺设光缆到最近一个正常在服的移动基站,并配置数据,通常灾害情况下开通较为困难。
3、目前,国内无人机基站均为单机模式,覆盖面积较小,没有通过无人机群实现规模覆盖的先例。
发明内容
本发明提出一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***及通信方法,解决了现有技术中无人机需要通过地面电缆输送电能,以及无人机机载基站基本采用一体化微基站对无人机载荷要求较高,以及单机模式的无人机基站覆盖面积较小的问题。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***,包括无人机蜂群和无人机地面站,所述无人机蜂群由无人机基站组网而成,所述无人机基站分别包括无人机和机载小基站,所述无人机包括无人机机体、感知单元、电源单元、电量检测单元、定位单元、动力单元、飞行控制单元和微型计算机单元,所述感知单元、电源单元、电量检测单元、定位单元、动力单元、飞行控制单元、微型计算机单元和机载小基站固定安装在无人机机体上,所述飞行控制单元、机载小基站和感知单元分别与微型计算机单元电连接,所述电源单元、定位单元和动力单元分别与飞行控制单元电连接,电量检测单元与电源单元电连接,所述无人机地面站包括数据通信***和地面监控***,所述数据通信***与地面监控***电连接,机载小基站与数据通信***通信连接,数据通信***与互联网小基站网关通信连接。
进一步地,所述无人机基站还包括无线通信单元,所述无线通信单元固定安装在无人机机体上,并与机载小基站和微型计算机单元电连接,所述机载小基站通过无线通信单元与无人机地面站的数据通信***通信连接。
进一步地,所述无人机基站还包括卫星链路调制解调器,所述卫星链路调制解调器固定安装在无人机机体上,并与机载小基站电连接,所述卫星链路调制解调器通过卫星链路与无人机地面站的数据通信***通信连接。
进一步地,所述机载小基站为家庭小基站。
一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***的通信方法,包括以下步骤:
步骤1:通过无人机地面站将无人机部署至指定位置,利用无人机分别搭载的机载小基站进行组网,形成无人机蜂群,建立临时大面积移动通信网络覆盖;
步骤2:无人机蜂群通过机载小基站将信号接入互联网小基站网关,连接运营商核心网,为用户提供通信服务。
进一步地,在所述步骤1中,通过无人机地面站对无人机基站进行监控,当无人机基站不能正常提供服务,即出现移动通信网络空洞时,无人机地面站指挥无人机蜂群进行补盲。
进一步地,在所述步骤1中,将无人机部署至指定位置以及对无人机蜂群进行补盲的方法包括以下步骤:
步骤A:根据无人机蜂群需要覆盖的总范围和每架无人机上搭载的机载小基站的信号覆盖范围,确定无人机蜂群的无人机数量,并确定每架无人机的经纬度位置;
步骤B:制作电子地图,通过定位单元对无人机在电子地图上进行定位,通过无人机地面站的地面监控***控制无人机分别部署至步骤A确定好的经纬度位置上;
步骤C:通过无人机地面站的地面监控***对每架无人机的实时位置和动态航迹进行跟踪,同时通过电量检测单元实时监测无人机电源单元的电量,判断是否有无人机不在规定位置上,以及无人机电源单元的电量是否充足;
步骤D:若有无人机不在规定位置上,则判断此无人机是发生坠落还是偏离规定位置,若发生坠落,则通过无人机地面站的地面监控***调度新的无人机接替坠落无人机补位,若偏离规定位置,则通过无人机地面站的地面监控***调整无人机归位;若无人机的电量不足,则通过无人机地面站的地面监控***调度电量充足的无人机接替电量不足的无人机补位。
进一步地,在所述步骤A中,根据移动通信蜂窝网网优算法确定每架无人机的经纬度位置。
进一步地,所述无人机阵列排布或呈蜂窝状排布,并且相邻无人机之间的间距为机载小基站信号覆盖范围的半径。
本发明采用上述技术解决方案所能达到的有益效果是:
1、利用无人机搭载机载小基站进行应急通信覆盖,机载小基站采用家庭小基站,其重量仅有250克左右,可满足非系留无人机远程部署需求。机载小基站可采取卫星链路或无人数据传输方式接入互联网小基站网关,从而将信号接入互联网小基站网关,连接运营商核心网,为用户提供通信服务,这种方式摆脱了传统系留无人机基站光电缆的束缚,具有灵活、快速部署的特点。
2、机载小基站采用家庭小基站,其功率较小,覆盖面积相比微基站较小,但本方案中使用无人机蜂群组网,可弥补这个短板,更可以无限组群解决远距离、大区域的应急覆盖难题。
3、利用无人机蜂群建立临时大面积移动通信网络覆盖,由无人机地面站根据移动通信蜂窝网网优算法确定每个机载小基站(无人机)在空中的位置,并将位置指令发送给无人机进行部署,实时监控每个无人机基站的工作情况。当无人机基站不能正常提供服务,即出现移动通信网络空洞时,无人机地面站根据算法自动指挥无人机蜂群调整进行补盲,确保正常覆盖不受影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,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为本发明的***框图;
图2为将无人机部署至指定位置以及对无人机蜂群进行补盲的方法的流程图;
图3为无人机阵列排布的示意图;
图4为图3的俯视图;
图5为无人机蜂窝状排布的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参照图1,一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***,包括无人机蜂群和无人机地面站,所述无人机蜂群由无人机基站组网而成,所述无人机基站分别包括无人机和机载小基站,所述无人机包括无人机机体、感知单元、电源单元、电量检测单元、定位单元、动力单元、飞行控制单元和微型计算机单元,所述感知单元、电源单元、电量检测单元、定位单元、动力单元、飞行控制单元、微型计算机单元和机载小基站固定安装在无人机机体上,所述机载小基站采用家庭小基站,所述飞行控制单元、机载小基站和感知单元分别与微型计算机单元电连接,电源单元、定位单元和动力单元分别与飞行控制单元电连接,电量检测单元与电源单元电连接,所述无人机地面站包括数据通信***和地面监控***,所述数据通信***与地面监控***电连接,机载小基站与数据通信***通信连接,数据通信***与互联网小基站网关通信连接。
机载小基站可通过卫星链路或无线数据传输的方式将信号接入互联网小基站网关,当采用卫星链路的方式进行通信连接时,所述无人机基站还包括卫星链路调制解调器,所述卫星链路调制解调器固定安装在无人机机体上,并与机载小基站电连接,所述卫星链路调制解调器通过卫星链路与无人机地面站的数据通信***通信连接;当采用无线数据传输的方式进行通信连接时,所述无人机基站还包括无线通信单元,所述无线通信单元固定安装在无人机机体上,并与机载小基站和微型计算机单元电连接,所述机载小基站通过无线通信单元与无人机地面站的数据通信***通信连接。
参照图2,一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***的通信方法,包括以下步骤:
步骤1:通过无人机地面站将无人机部署至指定位置,利用无人机分别搭载的机载小基站进行组网,形成无人机蜂群,建立临时大面积移动通信网络覆盖,通过无人机地面站对无人机基站进行监控,当无人机基站不能正常提供服务,即出现移动通信网络空洞时,无人机地面站指挥无人机蜂群进行补盲;
步骤2:无人机蜂群通过机载小基站将信号接入互联网小基站网关,连接运营商核心网,为用户提供通信服务。
在所述步骤1中,通过无人机地面站将无人机部署至指定位置以及对无人机蜂群进行补盲的方法包括以下步骤:
步骤A:根据无人机蜂群需要覆盖的总范围和每架无人机上搭载的机载小基站的信号覆盖范围,确定无人机蜂群的无人机数量,并根据移动通信蜂窝网网优算法确定每架无人机的经纬度位置,所述移动通信蜂窝网网优算法的具体方法步骤为本领域的常规手段,可由本领域的普通技术人员实施实现,在此无需详述;所述无人机的经纬度位置排布可以采用如图3和图4所示的阵列排布,也可采用如图5所示的蜂窝状排布,并且相邻无人机之间的间距为机载小基站信号覆盖范围的半径,例如在图3中,第一架无人机的中心轴线为A,与其相邻的第二架无人机的中心轴线为B,则B与A的距离为机载小基站信号覆盖范围的半径R,第三架无人机与第二架无人机的中心轴线的距离也为R,以此类推;
步骤B:制作电子地图,通过定位单元对无人机在电子地图上进行定位,通过无人机地面站的地面监控***控制无人机分别部署至步骤A确定好的经纬度位置上;
步骤C:通过无人机地面站的地面监控***对每架无人机的实时位置和动态航迹进行跟踪,同时通过电量检测单元实时监测无人机电源单元的电量,判断是否有无人机不在规定位置上,以及无人机电源单元的电量是否充足;
步骤D:若有无人机不在规定位置上,则判断此无人机是发生坠落还是偏离规定位置,若发生坠落,则通过无人机地面站的地面监控***调度新的无人机接替坠落无人机补位,若偏离规定位置,则通过地面监控***调整无人机归位;若无人机的电量不足,则通过地面监控***调度电量充足的无人机接替电量不足的无人机补位。
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、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***,其特征在于,包括无人机蜂群和无人机地面站,所述无人机蜂群由无人机基站组网而成,所述无人机基站分别包括无人机和机载小基站,所述无人机包括无人机机体、感知单元、电源单元、电量检测单元、定位单元、动力单元、飞行控制单元和微型计算机单元,所述感知单元、电源单元、电量检测单元、定位单元、动力单元、飞行控制单元、微型计算机单元和机载小基站固定安装在无人机机体上,所述飞行控制单元、机载小基站和感知单元分别与微型计算机单元电连接,所述电源单元、定位单元和动力单元分别与飞行控制单元电连接,电量检测单元与电源单元电连接,所述无人机地面站包括数据通信***和地面监控***,所述数据通信***与地面监控***电连接,机载小基站与数据通信***通信连接,数据通信***与互联网小基站网关通信连接。
2.如权利要求1所述的一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***,其特征在于,所述无人机基站还包括无线通信单元,所述无线通信单元固定安装在无人机机体上,并与机载小基站和微型计算机单元电连接,所述机载小基站通过无线通信单元与无人机地面站的数据通信***通信连接。
3.如权利要求1所述的一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***,其特征在于,所述无人机基站还包括卫星链路调制解调器,所述卫星链路调制解调器固定安装在无人机机体上,并与机载小基站电连接,所述卫星链路调制解调器通过卫星链路与无人机地面站的数据通信***通信连接。
4.如权利要求1所述的一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***,其特征在于,所述机载小基站为家庭小基站。
5.基于权利要求1所述的一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***的通信方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:通过无人机地面站将无人机部署至指定位置,利用无人机分别搭载的机载小基站进行组网,形成无人机蜂群,建立临时大面积移动通信网络覆盖;
步骤2:无人机蜂群通过机载小基站将信号接入互联网小基站网关,连接运营商核心网,为用户提供通信服务。
6.如权利要求5所述的一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***的通信方法,其特征在于,在所述步骤1中,通过无人机地面站对无人机基站进行监控,当无人机基站不能正常提供服务,即出现移动通信网络空洞时,无人机地面站指挥无人机蜂群进行补盲。
7.如权利要求6所述的一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***的通信方法,其特征在于,在所述步骤1中,将无人机部署至指定位置以及对无人机蜂群进行补盲的方法包括以下步骤:
步骤A:根据无人机蜂群需要覆盖的总范围和每架无人机上搭载的机载小基站的信号覆盖范围,确定无人机蜂群的无人机数量,并确定每架无人机的经纬度位置;
步骤B:制作电子地图,通过定位单元对无人机在电子地图上进行定位,通过无人机地面站的地面监控***控制无人机分别部署至步骤A确定好的经纬度位置上;
步骤C:通过无人机地面站的地面监控***对每架无人机的实时位置和动态航迹进行跟踪,同时通过电量检测单元实时监测无人机电源单元的电量,判断是否有无人机不在规定位置上,以及无人机电源单元的电量是否充足;
步骤D:若有无人机不在规定位置上,则判断此无人机是发生坠落还是偏离规定位置,若发生坠落,则通过无人机地面站的地面监控***调度新的无人机接替坠落无人机补位,若偏离规定位置,则通过无人机地面站的地面监控***调整无人机归位;若无人机的电量不足,则通过无人机地面站的地面监控***调度电量充足的无人机接替电量不足的无人机补位。
8.如权利要求6所述的一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***的通信方法,其特征在于,在所述步骤A中,根据移动通信蜂窝网网优算法确定每架无人机的经纬度位置。
9.如权利要求6所述的一种基于无人机蜂群动态部署的应急通信***的通信方法,其特征在于,所述无人机阵列排布或呈蜂窝状排布,并且相邻无人机之间的间距为机载小基站信号覆盖范围的半径。
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