一种海上多站点对多无人机集群的通信系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机测控通信技术领域，特别是一种海上多站点对多无人机集群的通信系统及方法。

背景技术

目前，无人机测控通信领域基本上是基于陆地定点站点与空中目标的单站单机，或者单站多机的通信方式。而在海上，由于海上站点通常有空间限制，大数量的空中高速无人机集群的构成要求有多个海上站点都拥有独立的无人机放飞和控制能力，并且站点与站点间要求具备权限交接、协同控制无人机集群的能力。但是，由于海浪作用，或海上站点的行进运动要求，海上站点无法维持绝对位置，因此难以对在空多架高速无人机同时进行测控。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集成度高、体积较小、重量轻的海上多站点对多无人机集群的通信系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种海上多站点对多无人机集群的通信系统，包括多无人机测控站和海上站点定位系统，其中：

多无人机测控站用于与多个无人机对象建立测控通信；

海上站点定位系统用于本海上站点的定位以及其他海上站点位置信息的传递、整合，并通过网线传输至多无人机测控站。

进一步地，所述测控通信系统和海上站点定位系统均采用便携箱式结构。

进一步地，所述多无人机测控站包括便携式测控箱、第一通信天线、第一通信天线支撑架、基准信号接收天线、第一射频线缆，所述便携式测控箱包括基准信号接收天线端口、第一通信天线端口、基准信号处理模块、串口服务器、网络交换机、液晶屏、按键板、第一通信模块；

将第一通信天线架设在第一通信天线支撑架上，将基准信号接收天线放置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的第一射频线缆与便携式测控箱连接；参照液晶屏的信息，通过按键板对便携式测控箱进行设置，使便携式测控箱按照预设要求进行工作。

进一步地，所述海上站点定位系统包括定位天线、第二通信天线、第二通信天线支撑架、信标机、第二射频线缆，所述信标机包括第二通信天线端口、第二通信模块、定位天线端口、定位模块、网口；

将第二通信天线架设在第二通信天线支撑架上，将定位天线置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的第二射频线缆与信标机连接，信标机的网口通过网线连接至便携式测控箱的网络交换机。

进一步地，所述便携式测控箱通过基准信号接收天线接收卫星的时间信息作为基准信号，通过第一通信天线发送给所有的无人机，无人机依据各自的预设时序与多无人机测控站建立通信；

信标机通过定位天线实现自身位置信息的确认，通过第二通信天线将自身的位置信息发送给其他站点的信标机，并接收来自其他站点信标机的位置信息，最后通过网线将所有的位置信息传递给便携式测控箱；便携式测控箱将所有的位置信息通过发送帧发送给所有的在空无人机。

进一步地，所述便携式测控箱和信标机均能够选择外部交流供电和内部直流供电两种方式。

一种海上多站点对多无人机集群的通信方法，包括以下步骤：

一、使用前架设阶段：

多无人机测控站的展开：将第一通信天线架设在第一通信天线支撑架上，将基准信号接收天线放置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的第一射频线缆与便携式测控箱连接；参照液晶屏的信息，通过按键板对便携式测控箱进行设置，使便携式测控箱按照预设要求进行工作；

海上站点定位系统的展开：将第二通信天线架设在第二通信天线支撑架上，将定位天线置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的第二射频线缆与信标机连接，信标机的网口通过网线连接至便携式测控箱的网络交换机；

二、开始工作：

便携式测控箱经由第一通信天线接收所有无人机的下传数据，同时能够发送上传数据，实现针对单独对象的个体控制或者全体无人机的统一控制；

信标机通过第二通信天线获得所有海上站点的位置信息，并将信息传递到便携式测控箱，由便携式测控箱将站点位置信息传递给所有的无人机；

三、工作过程：

便携式测控箱通过基准信号接收天线接收卫星的时间信息作为基准信号，通过第一通信天线发送给所有的无人机，无人机依据各自的预设时序与多无人机测控站建立通信；

信标机通过定位天线实现自身位置信息的确认，通过第二通信天线将自身的位置信息发送给其他站点的信标机，并接收来自其他站点信标机的位置信息，最后通过网线将所有的位置信息传递给便携式测控箱；

便携式测控箱将所有的位置信息通过发送帧发送给所有的在空无人机。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)集成度较高，体积较小，重量适中，适合在各类空间有效的站点上展开使用；(2)可以实现单站控制多架高速无人机的功能，也可以通过多个站点上部署多套系统，实现多站协同控制高速无人机集群的功能；(3)可以使多个海上站点之间共享位置信息，也可以使站点与高速无人机集群之间共享位置信息，为实现多无人机集群编队飞行和多无人机集群基于站点移动的跟随飞行提供数据支撑；(4)可以使各站点获得所有在空高速无人机的遥测信息，进一步的可以灵活无隙实现空中高速无人机的控制权限交接。

附图说明

图1是本发明海上多站点对多无人机集群的通信系统的总成示意图。

图2是本发明海上多站点对多无人机集群的通信系统的工作过程示意图。

图3是本发明中无人机与地面测控站建立通信的时序图。

具体实施方式

结合图1，本发明一种海上多站点对多无人机集群的通信系统，其特征在于，包括多无人机测控站13和海上站点定位系统23，其中：

多无人机测控站13用于与多个无人机对象建立测控通信；

海上站点定位系统23用于本海上站点的定位以及其他海上站点位置信息的传递、整合，并通过网线传输至多无人机测控站13。

作为一种具体示例，所述测控通信系统和海上站点定位系统均采用便携箱式结构。

作为一种具体示例，所述多无人机测控站13包括便携式测控箱6、第一通信天线10、第一通信天线支撑架11、基准信号接收天线12、第一射频线缆25，所述便携式测控箱6包括基准信号接收天线端口1、第一通信天线端口2、基准信号处理模块3、串口服务器4、网络交换机5、液晶屏7、按键板8、第一通信模块9；

将第一通信天线10架设在第一通信天线支撑架11上，将基准信号接收天线12放置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的第一射频线缆25与便携式测控箱6连接；参照液晶屏7的信息，通过按键板8对便携式测控箱6进行设置，使便携式测控箱6按照预设要求进行工作。

作为一种具体示例，所述海上站点定位系统23包括定位天线14、第二通信天线15、第二通信天线支撑架16、信标机18、第二射频线缆26，所述信标机18包括第二通信天线端口17、第二通信模块19、定位天线端口20、定位模块21、网口22；

将第二通信天线15架设在第二通信天线支撑架16上，将定位天线14置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的第二射频线缆26与信标机18连接，信标机18的网口22通过网线24连接至便携式测控箱6的网络交换机5。

作为一种具体示例，所述便携式测控箱6通过基准信号接收天线12接收卫星的时间信息作为基准信号，通过第一通信天线10发送给所有的无人机，无人机依据各自的预设时序与多无人机测控站13建立通信；

信标机18通过定位天线14实现自身位置信息的确认，通过第二通信天线15将自身的位置信息发送给其他站点的信标机18，并接收来自其他站点信标机18的位置信息，最后通过网线24将所有的位置信息传递给便携式测控箱6；便携式测控箱6将所有的位置信息通过发送帧发送给所有的在空无人机。

作为一种具体示例，所述便携式测控箱6和信标机18均能够选择外部交流供电和内部直流供电两种方式。

结合图2，本发明一种海上多站点对多无人机集群的通信方法，包括以下步骤：

一、使用前架设阶段：

多无人机测控站13的展开：将第一通信天线10架设在第一通信天线支撑架11上，将基准信号接收天线12放置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的第一射频线缆25与便携式测控箱6连接；参照液晶屏7的信息，通过按键板8对便携式测控箱6进行设置，使便携式测控箱6按照预设要求进行工作；

海上站点定位系统23的展开：将第二通信天线15架设在第二通信天线支撑架16上，将定位天线14置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的第二射频线缆26与信标机18连接，信标机18的网口22通过网线24连接至便携式测控箱6的网络交换机5；

二、开始工作：

便携式测控箱6经由第一通信天线10接收所有无人机的下传数据，同时能够发送上传数据，实现针对单独对象的个体控制或者全体无人机的统一控制；

信标机18通过第二通信天线15获得所有海上站点的位置信息，并将信息传递到便携式测控箱6，由便携式测控箱6将站点位置信息传递给所有的无人机；

三、工作过程：

便携式测控箱6通过基准信号接收天线12接收卫星的时间信息作为基准信号，通过第一通信天线10发送给所有的无人机，无人机依据各自的预设时序与多无人机测控站13建立通信；

信标机18通过定位天线14实现自身位置信息的确认，通过第二通信天线15将自身的位置信息发送给其他站点的信标机18，并接收来自其他站点信标机18的位置信息，最后通过网线24将所有的位置信息传递给便携式测控箱6；

便携式测控箱6将所有的位置信息通过发送帧发送给所有的在空无人机。

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例

本实施例海上多站点对多无人机集群的通信系统由便携式多无人机测控站和便携式海上站点定位设备构成，前者负责与多个无人机对象建立测控通信，后者负责本海上站点的定位以及其他海上站点位置信息的传递、整合，并通过网线传输至便携式测控箱。

图1所示虚线框中内容为内置模块，实线框表示外部可视部件。所述多无人机测控站13包括便携式测控箱6、第一通信天线10、第一通信天线支撑架11、基准信号接收天线12、第一射频线缆25，所述便携式测控箱6包括基准信号接收天线端口1、第一通信天线端口2、基准信号处理模块3、串口服务器4、网络交换机5、液晶屏7、按键板8、第一通信模块9。所述海上站点定位系统23包括定位天线14、第二通信天线15、第二通信天线支撑架16、信标机18、第二射频线缆26，所述信标机18包括第二通信天线端口17、第二通信模块19、定位天线端口20、定位模块21、网口22。

本实施例系统集成度高，整体体积较小，重量适中，可以在海上站点有限空间内展开使用，系统适用于固定式站点，如岛礁，也适用于移动式站点，如船舶。

系统通过时序分配，可实现一站控制多架高速无人机的能力。通过部署多个站点，可实现多地多站协同控制多架高速无人机的功能。

本实施例中，构成系统的便携式多无人机测控站和便携式海上站点定位设备可以拆分部署使用，其中，便携式多无人机测控站可以单独实现一站多机的测控功能，便携式海上站点定位设备可以实现所有站点的位置信息采集以及信息输出功能。便携式测控箱和信标机可以选择外部交流供电和内部直流供电两种方式。

本实施例系统可以通过一台或者多台计算机实现所有空中无人机的控制。也可以在一台或者多台计算机上获知所有无人机和海上站点的位置信息，为实现多无人机集群编队飞行和多无人机集群基于站点移动的跟随飞行提供数据支撑。

结合图2，本实施例海上多站点对多无人机集群的通信系统的具体工作过程如下：

使用前架设阶段：

便携式多无人机测控站的展开：将通信天线架设在天线支撑架上，将基准信号接收天线放置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的射频线缆与测控箱连接。参照液晶屏的信息，通过按键板对便携式测控箱进行适当设置，使便携式测控箱按照预设要求进行工作。

便携式海上站点定位设备的展开：将通信天线架设在通信天线支撑架上，将定位天线置于无遮挡空旷区域，两个天线分别通过各自的射频线缆与信标机连接。信标机的网口通过网线连接至便携式测控箱的网络交换机。

开始工作：

便携式测控箱可以经由天线接收所有无人机的下传数据，同时可以发送上传数据，实现针对单独对象的个体控制或者全体无人机的统一控制。

信标机通过天线获得所有海上站点的位置信息，并将信息传递到便携式测控箱，由便携式测控箱将站点位置信息传递给所有的无人机。

工作过程：

便携式测控箱通过基准信号接收天线接收卫星的时间信息作为基准信号，通过通信天线发送给所有的高速无人机，高速无人机依据各自的预设时序与地面测控站建立通信，时序图如图3所示。

信标机通过定位天线实现自身位置信息的确认，通过通信天线将自身的位置信息发送给其他站点的信标机，并接收来自其他站点的信标机的位置信息，最后通过网线将所有的位置信息传递给便携式测控箱。便携式测控箱将所有的位置信息通过发送帧发送给所有的在空高速无人机。

综上所述，本发明实现了多站点与多架高速无人机同时建立实时通信，实现了所有海上站点及空中高速无人机位置信息共享的功能，进一步的，每个海上站点都具备对所有空中高速无人机的测控能力，可根据具体无人机测控任务需求，实现单站点单人多机操控，单站点多人协作多机操控，以及多站点多机协同操控。进一步的，多站点间可以实现对空中高速无人机控制权限的无隙交接。同时，每个站点均可以实时接收所有空中高速无人机的遥测下传信息以及其他站点的位置信息，并在遥测软件中进行实时显示。