CN114173305A - 一种基于无人机的应急通信*** - Google Patents

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CN114173305A CN202111519814.2A CN202111519814A CN114173305A CN 114173305 A CN114173305 A CN 114173305A CN 202111519814 A CN202111519814 A CN 202111519814A CN 114173305 A CN114173305 A CN 114173305A
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汪帅
刘印
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Abstract

本申请公开了一种基于无人机的应急通信***，包括无人机和地面站，无人机包括应急通信保障吊舱、公网移动通信基站天线和卫通设备，地面站包括指挥控制站和卫通链路地面站，卫通链路地面站设有第一卫通接口转换单元，第一卫通接口转换单元与移动核心网连接；应急通信保障吊舱中设有的专网宽带自组网设备、专网宽带自组网设备天线、窄带自组网通信载荷和窄带自组网通信载荷天线与指挥控制站建立机载数据链以实现专网移动通信；应急通信保障吊舱还设有移动公网设备，移动公网设备与卫通链路地面站建立卫通链路以实现公网移动通信，本申请即能够实现公网移动通信，也能够实现专网移动通信，为受灾情况下应急通信提供保障。

Description

一种基于无人机的应急通信***
技术领域
本申请涉及无人机技术领域，特别是涉及一种基于无人机的应急通信***。
背景技术
地震、洪水、泥石流等自然灾害发生时，地面通信设施会遭到严重破坏，致使通信中断。通常可以采用氦气艇或热气球搭载移动基站，前往灾区上空形成空中移动平台，实现应急通信。但氦气艇成本高、地面设备复杂庞大、操作维护难度大，很难进入实际应用区域和现场；热气球难于控制、安全性差。虽然固定翼飞机或直升机能方便快捷进入灾区，但由于其负载能力有限，不能搭载移动基站；小型固定翼无人机在通信方面大多只用于设备体积和重量较小的中继转发器，但体积和重量较小的中继转发器对信号覆盖的范围有限。
因此，如何实现通信中断的任务区域的通信，为受灾情况下应急通信提供保障是本领域技术人员亟需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种基于无人机的应急通信***，用于实现通信中断的任务区域的通信，为受灾情况下应急通信提供保障。
为解决上述技术问题，本申请提供一种基于无人机的应急通信***，包括无人机和地面站，所述无人机包括应急通信保障吊舱、公网移动通信基站天线和卫通设备，所述地面站包括指挥控制站和卫通链路地面站，所述卫通链路地面站设有第一卫通接口转换单元，所述第一卫通接口转换单元与移动核心网连接；
所述应急通信保障吊舱中设有专网宽带自组网设备、专网宽带自组网设备天线、窄带自组网通信载荷和窄带自组网通信载荷天线；所述专网宽带自组网设备、所述专网宽带自组网设备天线、所述窄带自组网通信载荷和所述窄带自组网通信载荷天线用于与所述指挥控制站建立机载数据链以实现专网移动通信；
所述指挥控制站用于通过所述机载数据链上传任务规划和控制指令至无人机；所述无人机用于根据所述任务规划和所述控制指令抵达任务区上空后盘旋；所述公网移动通信基站天线用于对所述任务区覆盖无线信号；
移动公网设备设于所述应急通信保障吊舱中，用于与所述卫通设备建立机载卫通链路，所述机载卫通链路用于将公网移动通信数据发送至卫星，所述卫星将所述公网移动通信数据回传至卫通链路地面站，所述卫通链路地面站将所述公网移动通信数据传输至所述移动核心网以实现公网移动通信，其中所述移动公网设备包括射频拉远模块、基带处理单元和第二卫通接口转换单元。
优选地，所述公网移动通信基站天线包括第一公网移动通信基站天线、第二公网移动通信基站天线和第三公网移动通信基站天线，所述第一公网移动通信基站天线设于所述无人机的机腹部，所述第二公网移动通信基站天线和所述第三公网移动通信基站天线分别设于所述无人机的两个机翼下方，所述第一公网移动通信基站天线、所述第二公网移动通信基站天线和所述第三公网移动通信基站天线彼此之间的倾角为30°。
优选地，所述窄带自组网通信载荷包括数字无线自组网转发台、窄带自组网转信台、基站式多跳链路机。
优选地，所述无人机包括供电装置，所述供电装置包括电源和配电装置，所述供电装置与所述无人机的用电设备连接，用于为所述用电设备供电。
优选地，所述配电装置包括配电盒和电源转换盒，所述电源转换盒设置于所述应急通信保障吊舱中，所述电源转换盒与所述配电盒连接，用于将所述配电盒输送的电压分别转换为所述移动公网设备、所述专网宽带自组网设备、所述窄带自组网通信载荷和CCD航测相机所需的电压。
优选地，所述应急通信保障吊舱中还设有GIU，所述GIU与所述CCD航测相机连接，用于通过所述机载数据链向所述指挥控制站发送CCD航测相机的下行遥测数据，还用于接收所述指挥控制站通过所述机载数据链发送的上行遥测数据。
优选地，所述GIU与所述电源转换盒连接，还用于接收所述指挥控制站通过所述机载数据链发送的上下电控制指令以控制所述电源转换盒为所述移动公网设备、所述专网宽带自组网设备、所述窄带自组网通信载荷和所述CCD航测相机的上电或下电。
优选地，所述指挥控制站包括卫星通信便携站和DVI视频矩阵，所述DVI视频矩阵用于将视频数据接入所述卫星通信便携站，所述卫星通信便携站用于通过通信卫星将所述视频数据传输至应急管理部指挥中心。
优选地，所述无人机还包括光电吊舱。
优选地，所述应急通信保障吊舱设置于所述无人机的机腹，所述卫通设备设置于所述无人机的头部。
本申请所提供的一种基于无人机的应急通信***，包括无人机和地面站，无人机包括应急通信保障吊舱、公网移动通信基站天线和卫通设备，地面站包括指挥控制站和卫通链路地面站，卫通链路地面站设有第一卫通接口转换单元，第一卫通接口转换单元与移动核心网连接；应急通信保障吊舱中设有的专网宽带自组网设备、专网宽带自组网设备天线、窄带自组网通信载荷和窄带自组网通信载荷天线与指挥控制站建立机载数据链以实现专网移动通信；应急通信保障吊舱还设有移动公网设备，移动公网设备与卫通链路地面站建立卫通链路以实现公网移动通信，本申请即能够实现公网移动通信，也能够实现专网移动通信，为受灾情况下应急通信提供保障。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中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为本申请实施例提供的一种基于无人机的应急通信***的结构图；
图2为本申请实施例提供的一种应急通信保障吊舱的结构图；
图3为本申请实施例提供的一种移动公网设备与卫通设备的结构图；
图4为本申请实施例提供的一种电源转换盒的电气连接图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护范围。
本申请的核心是提供一种基于无人机的应急通信***。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。
图1为本申请实施例提供的一种基于无人机的应急通信***的结构图。如图1所示，无人机包括公网移动通信基站天线1、光电吊舱2、卫通设备3和应急通信保障吊舱4。应急通信保障吊舱4设置于无人机的机腹，远离设置于机头的卫通设备3，避免电磁干扰问题。光电吊舱2是光电侦察告警技术及其装备中的重要组成部分，更是无人机侦察的核心装备，它将填补专门有人驾驶飞机战术侦察角色，光电吊舱可广泛用于陆地、海上、空中和空间的侦察中，其载体为车辆、舰艇、飞机和卫星等。地面站包括指挥控制站5和卫通链路地面站6，指挥控制站5包括卫星通信便携站和DVI视频矩阵。卫通链路地面站6为N/P国状态的卫通链路地面站，卫通链路地面站6上设有第一卫通接口转换单元，通过第一卫通接口转换单元与移动核心网连接。
图2为本申请实施例提供的一种应急通信保障吊舱的结构图，如图2所示，应急通信保障吊舱4包括电源转换盒、专网宽带自组网设备、专网宽带自组网设备天线、窄带自组网通信载荷、窄带自组网通信载荷天线、基带处理单元、射频拉远模块、第二卫通转换单元和CCD航测相机。
应急通信保障吊舱4中设有专网宽带自组网设备、专网宽带自组网设备天线、窄带自组网通信载荷和窄带自组网通信载荷天线。专网宽带自组网设备、专网宽带自组网设备天线、窄带自组网通信载荷和窄带自组网通信载荷天线用于与地面站中的指挥控制站5建立机载数据链以实现专网移动通信。指挥控制站5用于通过机载数据链上传任务规划和控制指令至无人机；无人机用于根据任务规划和控制指令抵达任务区上空后盘旋；公网移动通信基站天线1用于对任务区覆盖无线信号；移动公网设备设于应急通信保障吊舱4中，用于与卫通设备3建立机载卫通链路，机载卫通链路用于将公网移动通信数据发送至卫星，卫星将公网移动通信数据回传至卫通链路地面站6，卫通链路地面站6将公网移动通信数据传输至移动核心网以实现公网移动通信，其中移动公网设备包括射频拉远模块、基带处理单元和第二卫通接口转换单元。图3为本申请实施例提供的一种移动公网设备与卫通设备的结构图，如图3所示，移动公网设备与卫通设备3建立机载卫通链路，在公网移动通信基站天线1对任务区覆盖无线信号后，公网移动通信数据通过机载卫通链路发送至卫星，卫星回传至地面站，卫通链路地面站6通过第一卫通接口转换单元传输至移动核心网，打通移动公网链路，无需专网终端，普通终端用户即可接入，实现公网移动通信。并且实现了应急通信在受灾区域空间上的连续覆盖，保障通信链路在救援过程中持续不中断。同时，能够基于移动核心网和地面站的白名单功能，将其配置为有限接入，使得指定用户接入，保障应急救援人员的通话及视频质量。
本申请实施例所提供的一种基于无人机的应急通信***，包括无人机和地面站，无人机包括应急通信保障吊舱、公网移动通信基站天线和卫通设备，地面站包括指挥控制站和卫通链路地面站，卫通链路地面站设有第一卫通接口转换单元，第一卫通接口转换单元与移动核心网连接；应急通信保障吊舱中设有的专网宽带自组网设备、专网宽带自组网设备天线、窄带自组网通信载荷和窄带自组网通信载荷天线与地面站建立机载数据链以实现专网移动通信；应急通信保障吊舱还设有移动公网设备，移动公网设备与卫通链路地面站建立卫通链路以实现公网移动通信，本申请即能够实现公网移动通信，也能够实现专网移动通信，为受灾情况下应急通信提供保障。
基于上述实施例，本申请实施例中的公网移动通信基站天线1包括第一公网移动通信基站天线、第二公网移动通信基站天线和第三公网移动通信基站天线，第一公网移动通信基站天线设于无人机的机腹部，第二公网移动通信基站天线和第三公网移动通信基站天线分别设于无人机的两个机翼下方，第一公网移动通信基站天线、第二公网移动通信基站天线和第三公网移动通信基站天线彼此之间的倾角为30°，使得公网移动通信覆盖区域与自组网移动通信覆盖区域相同。
基于上述实施例，本申请实施例窄带自组网通信载荷8包括数字无线自组网转发台、窄带自组网转信台、基站式多跳链路机。
数字无线自组网转发台(E-pack100)采用无线互联的形式，通过级联实现大范围的语音、短数据等业务覆盖，并且直接兼容PDT终端，实现数字业务覆盖。是一种不依赖公网、全天候、无盲区，简单可靠、即通即用、易拆易建的可便携式通信设备。其中，E-pack100与地面同型设备及手持对讲机形成窄带通信链路，实现语音信息传输；支持数字和模拟两种模式，可根据收到的信号类别智能选择工作信道；E-pack100可支持最多32个节点设备实现链状、网状、星状或混合类型的无线自动组网；支持1路半双工语音组呼业务。通过外接手咪设备，可以实现半双工语音通话业务，实现覆盖范围内的所有终端互联呼叫，统一指挥调度；E-pack100数字无线自组网转发台采用领先的设计思想和成熟的通信技术，打破了业内同类产品的级跳限制，最大可支持32个节点间自组级联，从而实现更远距离、更大覆盖面积下达多个节点间语音、数字业务的互通。
窄带自组网转信台(SmartLink600)窄带自组网***采用同频自组网技术及分布式网络架构。支持任意网络拓扑结构，如点对点、点对多点、链状中继、网状网络及混合网络拓扑等，支持多跳中继，每个节点设备可随机快速移动，***拓扑可随之快速变化更新且不影响***传输。其中，SmartLink600窄带自组网转信台，能够在不依赖于外部网络和其他通信设备的前提下，实现全天候复杂场景下，远距离无线语音通信网络的快捷自组搭建。其具备如下特点：支持链型、星型、网型和混合型组网方式，其中链型网络最大支持到32节点；配备机身屏幕和按键，可以快捷设置本机参数，开机一分钟内即可完成自动组网；通过精心优化的射频电路，自组网电台具有良好的无线性能，能够实现大范围的自组网覆盖；如果自组网电台节点需要与大网连接，可以选配安装无线链路扩展模块，通过无线路由的方式与大网实现数据互联；可通过设备侧边音频接口，连接手咪或PTT耳机参与当前呼叫；***兼容PDT终端，实现数字通信业务覆盖，适用于公网网络及原有专网网络由于拥塞、灾害破坏、人为毁坏等因素难以使用的场景。自组网窄带电台通信网络可以起到很好的通信补充及替代作用，能够保证长时间续航稳定使用。
基站式多跳链路机(RD980)基站式多跳链路机作为一个链路设备，通过多跳级联形式实现多个中转台之间的无线链路互联，为中转台业务数据。具有网络快速组建、无线远程通信、全网统一调度、统一指挥、重复使用率高、网络修复性强、可靠的兼容性等等特点。基站式多跳链路机以级联多跳的形式实现远距离无线组网，可融合数字常规***，兼容模拟***，实现覆盖范围内所有终端互联互通，统一指挥调度。其中，RD980支持远程(由IP端口连接到因特网)和本地诊断(由USB)PC应用软件来监控、诊断和控制中转台状态，从而提高工作效率；海能达开发的RDAC软件支持多站点网络连接，允许管理员监控接入网络的对讲机；RD980支持模拟和数字信道自动切换，在向数字转换过程中，允许在模拟和数字用户之间高效的频率共用；RD980支持最多1024个信道，且每个信道都允许有效地对讲机网络控制，可以方便的进行信道切换；RD980支持模拟数字混合的工作模式。
其中E-pack100通过UHF天线接口与窄带自组网通信载荷天线9连接；SmartLink600通过N型天线接口与窄带自组网通信载荷天线9连接；RD980通过BNC天线接口与窄带自组网通信载荷天线9连接。
基于上述实施例，本申请实施例无人机包括供电装置，供电装置包括电源和配电装置，供电装置与无人机的用电设备连接，用于为用电设备供电。
表1为本申请实施例提供的一种供电装置的组成表。
表1供电装置组成表
Figure BDA0003408031490000071
Figure BDA0003408031490000081
供电装置是电能产生、变换、分配和输送到用电设备端的一整套装置的总称，包括电源和配电装置两部分。由于原供电装置只能为用电设备提供28V的电压，存在某些用电设备对供电电压的要求不同，例如，在无人机上搭载移动公网设备时，移动公网设备供电(-48V)的特殊需求，存在原供电装置无法满足其供电需求的问题。本申请实施例的无人机供电装置是在翼龙-2无人机供电装置的基础上增加电源转换盒，为移动公网设备、宽窄带设备(专网宽带自组网设备、窄带自组网通信载荷)和CCD航测相机等新增载荷配电。配电装置包括配电盒和电源转换盒，电源转换盒设置于应急通信保障吊舱4中，电源转换盒与配电盒连接，用于将配电盒输送的电压分别转换为移动公网设备、专网宽带自组网设备、窄带自组网通信载荷和CCD航测相机所需的电压，其中CCD航测相机还包括备用的CCD航测相机。应急通信保障吊舱4中还设有通用接口单元(GIU)，GIU与CCD航测相机连接，用于通过机载数据链向所述指挥控制站5发送CCD航测相机的下行遥测数据，还用于接收指挥控制站5通过机载数据链发送的上行遥测数据。GIU还与电源转换盒连接，还用于接收指挥控制站5通过机载数据链发送的上下电控制指令以控制电源转换盒对移动公网设备、宽窄带设备和CCD航测相机的上电或下电。
图4为本申请实施例提供的一种电源转换盒的电气连接图，配电盒和GIU通过第一连接器连接，第一连接器连接可以为连接器PS1，指挥控制站5上传遥测控制指令，经机载数据链和GIU，通过3个离散量控制电源转换盒给负载上电。第一控制信号控制功率输出，经由第二连接器给移动公网设备(射频拉远模块、基带处理单元和卫通接口转换单元)供电；第二控制信号控制功率输出，经由第三连接器给宽窄带设备供电(海能达iMesh-3800V(宽带)、海能达E-pack100(窄带)、海能达RD980(窄带)、中兴高达sMesh900(窄带)、寰创MESH(宽带)、中兴高达sMesh100(宽带))；第三控制信号控制功率输出，经由第四连接器给CCD航测相机和备用供电。
基于上述实施例，地面端包括指挥控制站5和卫通链路地面站6。指挥控制站5包括卫星通信便携站和DVI视频矩阵。其中，指挥控制站5引出EO和SAR的HDMI视频输出，接入便携站，再由卫星通信便携站接入消防卫星回传至应急指挥中心大厅显示。卫星通信便携站是一款基于多模式混合组网要求设计开发的完全自主知识产权的国产一体化卫星通信站，支持点对点、网状网、星状网等多种组网方式。DVI视频矩阵可将各席位上的显示画面通过HDMI引出并接入卫星通信便携站，DVI视频矩阵安装在指挥控制站5机柜中。
具体地，指挥控制站5设置有CCD航测相机控制软件、供电控制软件和通信中间件软件。
指挥控制站5的任务监控席位增加CCD航测相机控制软件，提供CCD航测相机的控制和状态显示功能，主要功能如下：a)控制CCD航测相机开始拍照；b)控制CCD航测相机停止拍照；c)根据输入的平均航高和重叠率计算出拍照间隔参数并上传至CCD航测相机；d)接收CCD航测相机反馈信息，包括对指令反馈、拍照数量参数、存储容量参数等进行实时监控。
指挥控制站5的任务监控席位还增加供电控制软件，提供移动公网设备、宽窄带设备和CCD航测相机的上下电控制功能，主要功能如下：a)提供移动公网设备上电或下电功能；b)提供宽窄带设备上电或下电功能；c)提供CCD航测相机上电或下电功能。
指挥控制站5的任务监控席位增加通信中间件软件，提供与GIU通信的载荷的下行遥测数据和上行遥控数据的处理分发，主要功能如下：a)接收GIU通过机载数据链路发送的CCD航测相机下行遥测数据，并将CCD航测相机遥测数据转发至CCD航测相机控制软件；b)接收CCD航测相机控制软件发送的上行遥控数据，并将其通过链路发送到GIU。
以上对本申请所提供的基于无人机的应急通信***进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

Claims (10)

1.一种基于无人机的应急通信***，其特征在于，包括无人机和地面站，所述无人机包括应急通信保障吊舱、公网移动通信基站天线和卫通设备，所述地面站包括指挥控制站和卫通链路地面站，所述卫通链路地面站设有第一卫通接口转换单元，所述第一卫通接口转换单元与移动核心网连接；
所述应急通信保障吊舱中设有专网宽带自组网设备、专网宽带自组网设备天线、窄带自组网通信载荷和窄带自组网通信载荷天线；所述专网宽带自组网设备、所述专网宽带自组网设备天线、所述窄带自组网通信载荷和所述窄带自组网通信载荷天线用于与所述指挥控制站建立机载数据链以实现专网移动通信；
所述指挥控制站用于通过所述机载数据链上传任务规划和控制指令至无人机；所述无人机用于根据所述任务规划和所述控制指令抵达任务区上空后盘旋；所述公网移动通信基站天线用于对所述任务区覆盖无线信号；
移动公网设备设于所述应急通信保障吊舱中，用于与所述卫通设备建立机载卫通链路，所述机载卫通链路用于将公网移动通信数据发送至卫星，所述卫星将所述公网移动通信数据回传至卫通链路地面站，所述卫通链路地面站将所述公网移动通信数据传输至所述移动核心网以实现公网移动通信，其中所述移动公网设备包括射频拉远模块、基带处理单元和第二卫通接口转换单元。
2.根据权利要求1所述的基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述公网移动通信基站天线包括第一公网移动通信基站天线、第二公网移动通信基站天线和第三公网移动通信基站天线，所述第一公网移动通信基站天线设于所述无人机的机腹部，所述第二公网移动通信基站天线和所述第三公网移动通信基站天线分别设于所述无人机的两个机翼下方，所述第一公网移动通信基站天线、所述第二公网移动通信基站天线和所述第三公网移动通信基站天线彼此之间的倾角为30°。
3.根据权利要求1所述的基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述窄带自组网通信载荷包括数字无线自组网转发台、窄带自组网转信台、基站式多跳链路机。
4.根据权利要求1所述的基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述无人机包括供电装置，所述供电装置包括电源和配电装置，所述供电装置与所述无人机的用电设备连接，用于为所述用电设备供电。
5.根据权利要求4所述的基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述配电装置包括配电盒和电源转换盒，所述电源转换盒设置于所述应急通信保障吊舱中，所述电源转换盒与所述配电盒连接，用于将所述配电盒输送的电压分别转换为所述移动公网设备、所述专网宽带自组网设备、所述窄带自组网通信载荷和CCD航测相机所需的电压。
6.根据权利要求5所述基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述应急通信保障吊舱中还设有GIU，所述GIU与所述CCD航测相机连接，用于通过所述机载数据链向所述指挥控制站发送CCD航测相机的下行遥测数据，还用于接收所述指挥控制站通过所述机载数据链发送的上行遥测数据。
7.根据权利要求5或6所述基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述GIU与所述电源转换盒连接，还用于接收所述指挥控制站通过所述机载数据链发送的上下电控制指令以控制所述电源转换盒为所述移动公网设备、所述专网宽带自组网设备、所述窄带自组网通信载荷和所述CCD航测相机的上电或下电。
8.根据权利要求1所述基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述指挥控制站包括卫星通信便携站和DVI视频矩阵，所述DVI视频矩阵用于将视频数据接入所述卫星通信便携站，所述卫星通信便携站用于通过通信卫星将所述视频数据传输至应急管理部指挥中心。
9.根据权利要求1所述基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述无人机还包括光电吊舱。
10.根据权利要求1所述基于无人机的应急通信***，其特征在于，所述应急通信保障吊舱设置于所述无人机的机腹，所述卫通设备设置于所述无人机的头部。
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