CN114296481A - 无人机数据传输方法、装置、无人机及地面站 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无人机数据传输方法、装置、无人机及使用单元，该方法包括：无人机接收地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，其中，第一数据的帧结构包括：飞控指令标识和第一指令内容；和/或第一认控指令标识和第二指令内容；第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容；无人机根据第一数据和第二数据，按照第一指令内容进行飞控，按照第三指令内容对载荷进行任务控制操作。通过本发明，提高了无人机交换控制权的可靠性。

Description

无人机数据传输方法、装置、无人机及地面站

技术领域

本发明涉及无人机领域，具体涉及一种无人机数据传输方法、装置、无人机及地面站。

背景技术

近年来，长航时无人机(Unmanned Aerial Vehicle，简称为UAV或无人机)已成为最具发展潜力的机种之一，其航时长、用途广、性价比高、载荷和武器种类丰富。利用挂载的光电载荷、制导武器、合成孔径雷达、通信侦察等设备，长航时无人机可在反恐作战、巡逻侦察、矿物质探测、森林防火、海洋监测等领域开展工作。

区别于通常消费级的无人飞行器(Drone)，长航时无人机通常飞行在5000m以上，时长在24小时以上并且需要挂载更重载荷。因此，长航时无人机在机体材料、动力***、飞控***、通信***等各方面都需要采用更高精尖技术。

现在随着中大型无人机远程应用领域的不断扩展，无人机应用场景也越来越多。包括常见的军、民领域，特别是涉及到中大无人机跨区域异地使用，通常采用无人机地面站和异地使用单元交接无人机控制权的办法，满足无人机异地使用需求。实际应用中，需要无人机控制权在多个无人机控制方进行控制权切换，在无人机到达任务区域后，将无人机的指挥控制权通过卫星中继通信或者视距通信交给使用单元，无人机情报也实时地传给使用单元进行处理，控制方通常为固定地面地面站、机动指挥仓、预警机、海面舰艇等。

相关技术中，通过无人机地面站和使用单元交接无人机控制权，实现无人机异地操控跨区域执行任务，对于各控制方必须能够操控无人机飞行，对于数据传输的设置需要重新设计，以提高无人机链路中数据传输的可靠性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种无人机数据传输方法、装置、无人机及地面站。

根据本发明的一个方面，提供了一种无人机数据传输方法，该方法包括：无人机接收地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，其中，所述第一数据的帧结构包括：飞控指令标识和第一指令内容；和/或第一认控指令标识和第二指令内容；所述第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容；所述无人机根据所述第一数据和所述第二数据，按照所述第一指令内容进行飞控，按照所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

优选地，在所述无人机根据所述第一数据和所述第二数据，按照所述第一指令内容进行飞控，按照所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作之前，还包括：所述无人机对以下信息进行解析，生成所述无人机的飞控指令和任控指令：

所述飞控指令标识和/或所述第一指令内容；

所述第二飞控指令标识和所述第三指令内容；

其中，所述飞控指令对应的帧结构包括：飞控指令帧头和指令内容；所述任控指令对应的帧结构包括：任控指令帧头和指令内容，所述任控指令包含的信息为所述使用单元发送的第二认控指令标识和第三指令内容。

优选地，所述帧结构还包括：所述无人机的飞机类型。

优选地，所述帧结构还包括：所述地面站的类型和所述地面站的控制站号。

优选地，所述帧结构还包括：帧尾。

优选地，无人机接收使用单元发送的第二数据包括：所述无人机通过视距链路接收所述使用单元发送的所述第二数据。

优选地，所述使用单元包括：预警机、舰艇、***、显控台。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种无人机数据传输方法，该方法包括：所述使用单元根据目标任务，向满足所述目标任务的无人机发送第二数据，所述第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容，用于所述无人机根据地面站发送的飞控指令标识、第一指令内容、所述第二认控指令标识和所述第三指令内容，按照所述第一指令内容进行飞控，使用所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

优选地，所述使用单元包括：预警机、舰艇、***、显控台。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种无人机数据传输装置，该装置包括：

接收模块，用于接收地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，其中，所述第一数据的帧结构包括：飞控指令标识和第一指令内容；和/或第一认控指令标识和第二指令内容；所述第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容；

执行模块，用于根据所述第一数据和所述第二数据，按照所述第一指令内容进行飞控，按照所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

优选地，上述装置还包括：处理模块，用于对以下信息进行解析，生成所述无人机的飞控指令和任控指令：

所述飞控指令标识和/或所述第一指令内容；

所述第二飞控指令标识和所述第三指令内容；

其中，所述飞控指令对应的帧结构包括：飞控指令帧头和指令内容；所述任控指令对应的帧结构包括：任控指令帧头和指令内容，所述任控指令包含的信息为所述使用单元发送的第二认控指令标识和第三指令内容。

优选地，所述帧结构还包括：所述无人机的飞机类型。

优选地，所述帧结构还包括：所述地面站的类型和所述地面站的控制站号。

优选地，所述帧结构还包括：帧尾。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种无人机，包括：上述的无人机数据传输装置。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种无人机数据传输装置，位于使用单元，包括：

发送模块，用于根据目标任务，向满足所述目标任务的无人机发送第二数据，所述第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容，用于所述无人机根据地面站发送的飞控指令标识、第一指令内容、所述第二认控指令标识和所述第三指令内容，按照所述第一指令内容进行飞控，使用所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种使用单元，包括：上述的无人机数据传输装置。

通过上述实施例，提供了一种无人机数据传输方法、装置、无人机及地面站。在无人机异地使用跨区域执行任务时，使用对象并非无人机本身，而是无人机所携带光电、雷达等任务载荷的情况，我们将无人机飞行控制和无人机任务载荷控制进行分化，通过无人机接收使用单元的第二数据，并根据第二数据的认控指令和指令内容对载荷进行操作，实现了无人机控制权的交接。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是根据本发明实施例的无人机数据传输方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的无人机数据传输装置的结构框图；

图3是根据本发明实施例的无人机数据传输装置的优选的结构框图；

图4是根据本发明实施例的无人机数据传输的第一数据和第二数据的帧结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例提供了一种无人机数据传输方法。图1是根据本发明实施例的无人机数据传输方法的流程图，如图1所示，包括如下的步骤S102至步骤S104。

步骤S102，无人机接收地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，其中，第一数据的帧结构包括：飞控指令标识和第一指令内容；和/或第一认控指令标识和第二指令内容；第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容。

步骤S104，无人机根据第一数据和第二数据，按照第一指令内容进行飞控，按照第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

通过上述实施例，无人机可以根据地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，在无人机异地使用跨区域执行任务时，使用对象并非无人机本身，而是无人机所携带光电、雷达等任务载荷的情况，我们将无人机飞行控制和无人机任务载荷控制进行分化，只交接任务载荷控制权，通过接收使用单元的第二数据，该第二数据的帧结构包括第二认控指令标识和第三指令标识。

上述实施例中的载荷可以包括光电、合成孔径雷达、机载通讯中继设备等。需要说明的是，此处描述仅用于说明载荷的类型，该载荷可以采用相关技术中用于无人机的所有载荷类型，并不用于对本申请的限制。

在步骤S104之前，无人机还可以执行如下步骤：无人机对以下信息进行解析，生成无人机的飞控指令和任务指令，飞控指令对应的帧结构包括：飞控指令帧头和指令内容；任务指令对应的帧结构包括：任控指令帧头和指令内容，任务指令包含的信息为使用单元发送的第二认控指令标识和第三指令内容；

飞控指令标识和/或第一指令内容；

第二飞控指令标识和第二指令内容。

该操作可以由无人机的数据处理端机进行处理，图3是根据本发明实施例的地面站遥控指令帧和使用单元遥控指令帧，通过无人机的数据处理端机进行处理生成新的指令的示意图，如图3所示，地面站遥控指令帧包括：帧头、密钥区、飞机类型、地面站类型、地面站号、飞控/认控指令标识、指令内容和帧尾，使用单元遥控指令帧包括：帧头、密钥区、飞机类型、地面站类型、地面站号、认控指令标识、指令内容和帧尾，无人机在接收到上述帧(分别对应上述实施例的第一数据和第二数据)之后，对上述数据进行处理，生成新的飞控指令和认控指令，其中，飞控指令包括飞控指令帧头和指令内容；认控指令包括认控指令帧头和指令内容。该优选实施例，将使用单元的认控指令替代地面站发送的认控指令，实现了无人机任务控制权的转移。

进一步的，无人机控制权不进行交接，通过设计无人机数据传输中帧结构。该帧结构可以保证无人机收据传输的安全，有效减少操作难度，简化操作步骤，降低使用方的成本。

作为另一个优选的实施方式，数据帧还包括：无人机的飞机类型。

作为再一个优选的实施方式，数据帧还包括：地面站的类型和地面站的控制站号。

作为再一个优选的实施方式，数据帧还可以包括：帧尾。

在实施中，无人机通过视距链路接收使用单元发送的该数据，其中该数据中携带有认控指令。

在上述实施例中，使用单元可以包括：预警机、舰艇、***、显控台。需要说明的是，此处对使用单元的描述仅仅是用于说明，使用单元可以采用相关技术中使用单元所能够采用的实体，此处并不用于对本申请的限制。

本实施例还提供了一种无人机数据传输方法，该方法包括：使用单元根据目标任务，向满足目标任务的无人机发送第二数据，第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容，用于无人机根据地面站发送的飞控指令标识、第一指令内容、第二认控指令标识和第三指令内容，按照第一指令内容进行飞控，使用第三指令内容对载荷进行任务控制操作。该优选实施例，无人机可以根据地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，在无人机异地使用跨区域执行任务时，使用对象并非无人机本身，而是无人机所携带光电、雷达等任务载荷的情况，将无人机飞行控制和无人机任务载荷控制进行分化，只交接任务载荷控制权，通过设计无人机数据传输中帧结构。该帧结构可以保证无人机收据传输的安全，有效减少操作难度，简化操作步骤，降低使用方的成本。

在上述实施例及其优选实施方式中，指控站通过卫星中继通信发送飞控/任控指令，遥控指令包含飞行控制指令集和任务控制指令集，内容由飞控和任控指令标识帧区分。

作为一个较优的实施方式，，各使用单元通过视距通信发送任控指令，每个使用单元都定义有唯一指定身份标识(ID)，ID可以由遥控指令帧的控制站类型/站号进行定义，指令帧内只发送任务控制指令集。

在上述实施例以及优选实施方式中，该数据帧结构可以采用通用的数据帧结构的长度，例如总帧长为64字节。这样，可以提高数据这结构的兼容性。

表1示出了地面站的帧结构的内容，如表1所示，该帧结构包括64字节，其中2字节帧头、4字节的密钥区、1字节的飞机类型、1字节的控制站类型、11字节的控制站号、1字节的认控指令标识或飞控指令标识、51字节的指令标识、2字节的帧尾。

表2示出了使用单元的帧结构的内容，如表2所示，该帧结构包括64字节，其中2字节帧头、4字节的密钥区、1字节的飞机类型、1字节的控制站类型、11字节的控制站号、1字节的认控指令标识、51字节的指令标识、2字节的帧尾。

作为一个较优的实施方式，地面站发送数据的帧结构包括飞控指令和认控指令。使用单元的发送的数据的帧结构只包括认控指令。

表1

表2

下面对帧结构(也可以参考图4)的内容做进一步详细说明：

数据帧头代表遥控数据帧结构的起始位，共有2字节。

密钥区：加密算法填注密钥区，实现数据帧加密，共有4字节。

飞机类型和飞机号，由代表目标飞机的地址，各有1个字节。

地面站类型和地面站号代表地面站类型和编号，各有2字节。

飞控/任控指令标识用来确定该遥控数据帧内容的类型，共有1字节。

指令内容帧包含飞控/任控指令的具体控制内容，共有51字节。

数据帧尾代表遥控数据帧结构的结束位，共有2字节。

在数据处理端，对该数据帧处理之后的帧结构如表3所示：

表3

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在另外一个实施例中，还提供了一种无人机数据传输软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施例中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述无人机数据传输软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

本发明实施例还提供了一种无人机数据传输装置，该无人机数据传输装置可以用于实现上述无人机数据传输方法及优选实施方式，已经进行过说明的，不再赘述，下面对该无人机数据传输装置中涉及到的模块进行说明。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的***和方法较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图2是根据本发明实施例的无人机数据传输装置的结构框图，位于无人机，如图2所示，该装置包括：

接收模块22，用于接收地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，其中，第一数据的帧结构包括：飞控指令标识和第一指令内容；和/或第一认控指令标识和第二指令内容；第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容；

执行模块24，连接至接收模块22，用于根据接收模块22接收到第一数据和第二数据，按照第一指令内容进行飞控，按照第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

本无人机***通过数据帧协议，定义指控站和使用单元的ID和指令内容，控制站通过卫星中继通信来对无人机进行远距离操控，在到达使用区域后，使用单元通过视距链路发送认证指令，控制站确认后使用单元便可以通过视距链路操作无人机任务载荷，通过视距通信和卫星中继通信，可以完成使用单元和地面站对无人机载荷的控制控制权的切换。

图3是根据本发明实施例的无人机数据传输装置的结构框图，如图3所示，该装置还可以包括：处理模块32，用于对以下信息进行解析，生成无人机的飞控指令和任控指令：

飞控指令标识和/或第一指令内容；

第二飞控指令标识和第三指令内容；

其中，飞控指令对应的帧结构包括：飞控指令帧头和指令内容；任控指令对应的帧结构包括：任控指令帧头和指令内容，任控指令包含的信息为使用单元发送的第二认控指令标识和第三指令内容。

使用单元与控制站下行数据传输带宽为2-8Mbps；使用单元为便携式显控台等小平台视距设备，使用距离为20-100km；使用单元为预警机或者大型舰艇等大平台视距设备，使用距离可达250km；控制站通过卫星通信中继，使用距离可达2000km。

本无人机***中，各使用单元通过视距通信发送遥控指令，每个使用单元都定义有唯一指定ID，ID位于每条遥控指令信息帧的帧头，指令帧内只发送任务控制指令集。

本无人机***中，指控站通过卫星中继通信发送遥控指令，遥控指令包含飞行控制指令集和任务控制指令集，指令内容由飞控和任控指令标识区分。

本无人机***中，无人机的数据处理端机(完成处理模块的功能)，将通过卫通链路接收到的控制指令和视距接收到的控制控制指令，进行打包处理生成新指令集。

本实施例提供了一种无人机，包括图2和3所述无人机的数据传输装置的结构以及优选实施方式，在此不再赘述。

本实施例提供了一种无人机数据传输装置，位于使用单元，包括：

发送模块，用于根据目标任务，向满足目标任务的无人机发送第二数据，第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容，用于无人机根据地面站发送的飞控指令标识、第一指令内容、第二认控指令标识和第三指令内容，按照第一指令内容进行飞控，使用第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

本实施例提供了一种使用单元，该使用单元包括上述无人机数据传输装置的结构，在此不再赘述。

本无人机***中，常见的任务载荷包括光电、合成孔径雷达、机载通讯中继设备等。

综上所述，通过本发明的上述实施例及其优选实施方式，提供了一种无人机数据传输方法、装置、无人机及地面站。在无人机异地使用跨区域执行任务时，使用对象并非无人机本身，而是无人机所携带光电、雷达等任务载荷的情况，我们将无人机飞行控制和无人机任务载荷控制进行分化，只交接任务载荷控制权，无人机控制权不进行交接，通过制定相关的信息标准和技术规范，设计出标准化无人机数据传输中的帧结构。该帧结构可以保证无人机收据传输的安全，有效减少操作难度，简化操作步骤，降低使用方的成本。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (17)

1.一种无人机数据传输方法，其特征在于，包括：

无人机接收地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，其中，所述第一数据的帧结构包括：飞控指令标识和第一指令内容；和/或第一认控指令标识和第二指令内容；所述第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容；

所述无人机根据所述第一数据和所述第二数据，按照所述第一指令内容进行飞控，按照所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

2.根据权利要求1所述的无人机数据传输方法，其特征在于，在所述无人机根据所述第一数据和所述第二数据，按照所述第一指令内容进行飞控，按照所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作之前，还包括：

所述无人机对以下信息进行解析，生成所述无人机的飞控指令和任控指令：

所述飞控指令标识和/或所述第一指令内容；

所述第二飞控指令标识和所述第三指令内容；

其中，所述飞控指令对应的帧结构包括：飞控指令帧头和指令内容；所述任控指令对应的所述帧结构包括：任控指令帧头和指令内容，所述任控指令包含的信息为所述使用单元发送的第二认控指令标识和第三指令内容。

3.根据权利要求2所述的无人机数据传输方法，其特征在于，所述帧结构还包括：所述无人机的飞机类型。

4.根据权利要求2所述的无人机数据传输方法，其特征在于，所述帧结构还包括：所述地面站的类型和所述地面站的控制站号。

5.根据权利要求1所述的无人机数据传输方法，其特征在于，所述帧结构和所述帧结构还包括：帧尾。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的无人机数据传输方法，无人机接收使用单元发送的第二数据包括：

所述无人机通过视距链路接收所述使用单元发送的所述第二数据。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的无人机数据传输方法，其特征在于，

所述使用单元包括：预警机、舰艇、***、显控台。

8.一种无人机数据传输方法，其特征在于，包括：

所述使用单元根据目标任务，向满足所述目标任务的无人机发送第二数据，所述第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容，用于所述无人机根据地面站发送的飞控指令标识、第一指令内容、所述第二认控指令标识和所述第三指令内容，按照所述第一指令内容进行飞控，使用所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

9.根据权利要求8所述的无人机控制权交接方法，其特征在于，

所述使用单元包括：预警机、舰艇、***、显控台。

10.一种无人机数据传输装置，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收地面站发送的第一数据和使用单元发送的第二数据，其中，所述第一数据的帧结构包括：飞控指令标识和第一指令内容；和/或第一认控指令标识和第二指令内容；所述第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容；

执行模块，用于根据所述第一数据和所述第二数据，按照所述第一指令内容进行飞控，按照所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

11.根据权利要求10所述的无人机数据传输装置，其特征在于，还包括：

处理模块，用于对以下信息进行解析，生成所述无人机的飞控指令和任控指令：

所述飞控指令标识和/或所述第一指令内容；

所述第二飞控指令标识和所述第三指令内容；

其中，所述飞控指令对应的帧结构包括：飞控指令帧头和指令内容；所述任控指令对应的帧结构包括：任控指令帧头和指令内容，所述任控指令包含的信息为所述使用单元发送的第二认控指令标识和第三指令内容。

12.根据权利要求11所述的无人机数据传输装置，其特征在于，所述帧结构还包括：所述无人机的飞机类型。

13.根据权利要求11所述的无人机数据传输装置，其特征在于，所述帧结构还包括：所述地面站的类型和所述地面站的控制站号。

14.根据权利要求11所述的无人机数据传输装置，其特征在于，所述帧结构还包括：帧尾。

15.一种无人机，其特征在于，包括：

根据权利要求10至14中任一项所述的无人机数据传输装置。

16.一种无人机数据传输装置，位于使用单元，其特征在于，包括：

发送模块，用于根据目标任务，向满足所述目标任务的无人机发送第二数据，所述第二数据的帧结构包括第二任控指令标识和第三指令内容，用于所述无人机根据地面站发送的飞控指令标识、第一指令内容、所述第二认控指令标识和所述第三指令内容，按照所述第一指令内容进行飞控，使用所述第三指令内容对载荷进行任务控制操作。

17.一种使用单元，其特征在于，包括：

根据权利要求16所述的无人机数据传输装置。

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