一种多旋翼无人机通讯和安全监测系统的制作方法
专利名称:一种多旋翼无人机通讯和安全监测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，包括：地面操控系统和位于多旋翼无人机上的远程控制系统；地面操控系统和远程控制系统通过铱星通讯网络连接；地面操控系统接收并处理远程控制系统通过铱星通讯网络传输的探测信息和安全监控数据，以及将操控指令和其他数据发通过铱星通讯网络向远程控制系统发送；远程控制系统通过铱星通讯网络向地面操控系统发送探测信息和安全监控数据；以及接收地面操控系统通过铱星通讯网络发送的操控指令和其他数据，并进行解析处理，完成规定的任务。本实用新型公开的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，实现在铱星有效通讯范围内任何地点实时安全监测的目的。
【专利说明】
-种多旋翼无人机通巧和安全监测系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于飞行器应急控制和安全监测领域，尤其设及多旋翼无人机通讯和 安全监测系统。
【背景技术】
[0002] 多旋翼无人机飞行器(UAV)因其架构简单、操纵性佳、制造成本低、稳定性好、较弱 的巧螺效应W及良好的空间操作灵活性等特点成为了目前的研究热点。同时，又由于其多 变量、非线性、强禪合、欠驱动的特性，对控制模型W及参数的设定有非常严格的要求。
[0003] 随着航空工业的发展W及电池续航能力的提升，多旋翼无人机的巡航速度、续航 半径、续航时间W及飞行高度都有较大的提升。目前已有的远程监控系统包括无线电高速 数传系统、图传系统、2.4G手持遥控系统等，有效监测范围从IOOm到22km不等，其中美国 900MHz Xtend无线数传模块最远增益距离为22km，一般有效距离为3km左右。现有的远程监 控系统监测范围的有限性，已经无法满足多旋翼无人机飞行半径和飞行高度的要求，无法 有效实现多旋翼无人机的地面遥控、参数调整、数据分析W及安全检测等，从而在多旋翼无 人机遇到紧急突发情况时(包括电池电压过低，风速过大，紧急避障)无法控制多旋翼无人 机的空中开伞、姿态调整、飞行速度及高度调整，容易造成多旋翼无人机机体损坏、设备损 伤、人身伤害等各种突发性安全问题。
[0004] 另一方面，银星系统(又称银星计划)是美国摩托罗拉公司提出的第一代真正依靠 卫星通信系统提供联络的全球个人通信方式，旨在突破现有基于地面的蜂窝无线通信的局 限，通过太空向任何地区、任何人提供语音、数据、传真及寻呼信息。其最大特点是，通过卫 星之间的接力来实现全球通信，相当于把地面蜂窝移动电话系统搬到了天上.它与目前使 用的静止轨道卫星通信系统比较有两大优势：一是轨道低，传输速度快，信息损耗小，通信 质量大大提高;二是银星系统不需要专口的地面接收站，地球上人迹罕至的不毛之地，通信 落后的边远地区，自然灾害现场通讯都变得杨通无阻。
[0005] 通过银星通讯网络的全方位的数据通信能力，地面控制设备可W更好地对多旋翼 无人机进行安全监测及应急控制。在多旋翼无人机出现飞行故障、机体损伤、地面数据链路 丢失等突发情况，通过GPS卫星定位可W及时寻回多旋翼无人机，W免造成更大损失。此外 借助于银星通讯网络，在银星有效通讯范围内多旋翼无人机通信上的空间限制将不再存 在，通信范围不再受地理环境等外部因素影响，使得多旋翼无人机在地震救援、抢险救灾、 大气监测、海洋监测、地理勘测等领域拥有更加广泛的应用。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型记载并公开了一套能在多旋翼飞行器飞行过程中进行无线通讯和数 据分析的远程通讯系统，实现操作者对多旋翼飞行器的实时地面遥控、参数调整、数据分 析、安全监测W及紧急情况下应急控制、及时寻回等功能，W达到在银星有效通讯范围内任 何地点、任何时间、任何距离的实时安全监测的目的。因此在设计多旋翼无人机银星通讯系 统时，应考虑到及时性、稳定性、独立性、可监测等问题。及时性就是要要求多旋翼无人机在 主控系统上电后就能够及时的接入银星通讯网络，为接下来的工作建设好链路;稳定就是 要保证多旋翼无人机在建立了数据传输链路之后，能够保证该链路一直有效工作，直至数 据传送和指令接收等工作的结束;独立性就是指在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括 坠毁、GPS信息丢失、电源故障等，该通讯系统不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置 信息，供地面人员找回多旋翼;可监测就是指多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传 送链路之后，所执行的所有指令操作、数据收发都能够被地面操控平台所监测。
[0007] 为此，本实用新型提供一种多旋翼无人机通讯和安全监测系统，包括:地面操控系 统和位于多旋翼无人机上的远程控制系统;地面操控系统和远程控制系统通过银星通讯网 络连接；
[0008] 所述地面操控系统接收并处理远程控制系统通过银星通讯网络传输的探测信息 和安全监控数据，W及将操控指令发通过银星通讯网络向远程控制系统发送；
[0009] 所述远程控制系统通过银星通讯网络向地面操控系统发送探测信息和安全监控 数据；W及接收地面操控系统通过银星通讯网络发送的操控指令，并进行解析处理，完成规 定的任务；
[0010] 其中，所述地面操控系统包括:地面操控主机、通讯数据延长线、地面控制模块和 地面天线；
[0011] 所述地面操控主机通过通讯数据延长线与地面控制模块连接，用于建立地面操控 系统和位于多旋翼无人机上的远程控制系统之间的银星通讯网络数据传输通路，接收并处 理远程控制系统发送、经过银星通讯网络和地面控制模块回传的数据，W及将操控指令发 送给地面控制模块，然后再通过地面天线向远程控制系统发送；
[0012] 所述通讯数据延长线连接地面操控主机和地面控制模块，用于使地面操控主机和 地面控制模块在地理位置上分离；
[0013] 所述地面控制模块与地面天线连接，用于将地面操控主机发送的操控指令转换成 一定格式的数据流，并储在一个缓存区内，然后通过地面天线将该数据流W微波的形式传 送给银星通讯网络；W及将地面天线所接收到的微波信号，解析成可W直接读取的代码，并 通过数据延长线传送给地面操控主机，供其解析处理；
[0014] 地面天线包括地面GI^天线和地面银星通讯天线;地面GI^天线用于接收当前地理 位置信息；地面银星通讯天线用于接收远程控制系统回传的探测信息和安全监控数据、W 及向远程控制系统发送操控指令；
[0015] 其中，所述远程控制系统包括:无人机操控主机、远程控制模块和远程天线；
[0016] 所述无人机操控主机与远程控制模块连接，用于对远程控制模块通过远程天线接 收的操控指令进行解析处理，完成规定的任务;并通过远程控制模块和远程天线向地面操 控系统发送探测信息和安全监控数据；
[0017] 远程控制模块与远程天线、无人机操控主机连接，接收无人机操控主机采集的探 测信息和安全监控数据，将该数据转换成一定格式的数据流，并存储在一个缓存区内，通过 远程天线将该数据流W微波的形式传送给银星通讯网络；W及将远程天线从银星通讯网络 所接收到的微波信号解析成可W直接读取的代码，发送给无人机操控主机，供其解析处理；
[0018] 远程天线包括远程GI^天线和远程银星通讯天线;远程GI^天线用于接收当前地理 位置信息;远程银星通讯天线用于接收地面操控系统发送的操控指令、W及向地面操控系 统发送探测信息和安全监控数据。
[0019] 其中，所述远程控制系统还通过GPS天线接收多旋翼无人机当前地理位置信息，并 通过银星通讯网络将所述当前地理位置信息发送给地面操控系统。其中，所述通讯数据延 长线采用RS232转RS485延长的方式，使地面操控主机和地面控制模块之间的距离在20米W 上。
[0020] 其中，所述地面控制模块将地面天线所接收到的微波信号，解析成可W直接读取 的代码，W及远程控制模块将远程天线从银星通讯网络所接收到的微波信号解析成可W直 接读取的代码中，所述可W直接读取的代码是HEX码。
[0021] 其中，所述探测信息包括:多旋翼无人机上的传感器、探测器获取的数据;所述安 全监控数据包括:多旋翼无人机当前姿态值、电压值、速度值、飞行高度值W及当前地理位 置信息。
[0022] 其中，所述远程天线与所述远程控制模块中的通信模块一体化装配，且远程天线 与通信模块之间通过馈线连接。
[0023] 综上，本实用新型记载并公开了一套能在多旋翼飞行器飞行过程中进行无线通讯 和数据分析的远程通讯系统，实现操作者对多旋翼飞行器的实时地面遥控、参数调整、数据 分析、安全监测W及紧急情况下应急控制、及时寻回等功能，W达到在银星有效通讯范围内 任何地点、任何时间、任何距离的实时安全监测的目的，解决了多旋翼无人机需要在任何飞 行时刻都能够顺利完成与地面操控平台的通信、应答问题，并附带电池电压的回传、位置信 息的更新、GPS信息的回传、传感器数据的回传、探测数据的回传、任务指令的更新等工作。
【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本实用新型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 是本实用新型的一些实施例，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W根据运些附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统第一实施例结构示意 图；
[0026] 图2为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统第二实施例结构示意 图；
[0027] 图3为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统中地面操控系统结构 示意图；
[0028] 图4为本实用新型提供的多旋翼无人机远程操控系统结构示意图；
[0029] 图5为本实用新型提供的多旋翼无人机远程控制模块硬件结构示意图；
[0030] 图6为本实用新型提供的银星远程控制模块系统架构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 本实用新型记载并公开了一套能在多旋翼飞行器飞行过程中进行无线通讯和数 据分析的远程通讯系统，实现操作者对多旋翼飞行器的实时地面遥控、参数调整、数据分 析、安全监测W及紧急情况下应急控制、及时寻回等功能，W达到在银星有效通讯范围内任 何地点、任何时间、任何距离的实时安全监测的目的。因此在设计多旋翼无人机银星通讯系 统时，应考虑到及时性、稳定性、独立性、可监测等问题。及时性就是要要求多旋翼无人机在 主控系统上电后就能够及时的接入银星通讯网络，为接下来的工作建设好链路;稳定就是 要保证多旋翼无人机在建立了数据传输链路之后，能够保证该链路一直有效工作，直至数 据传送和指令接收等工作的结束;独立性就是指在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括 坠毁、GPS信息丢失、电源故障等，该通讯系统不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置 信息，供地面人员找回多旋翼;可监测就是指多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传 送链路之后，所执行的所有指令操作、数据收发都能够被地面操控平台所监测。
[0032] 参见图1，为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统第一实施例结 构示意图，如图1所示，该系统包括:地面操控系统1和位于多旋翼无人机上的远程控制系统 2。地面操控系统1和远程控制系统2通过银星通讯网络3连接。
[0033] 地面操控系统1接收并处理远程控制系统2通过银星通讯网络3传输的探测信息和 安全监控数据，并将操控指令和其他数据发通过银星通讯网络3向远程控制系统2发送。远 程控制系统2通过银星通讯网络3向地面操控系统1发送探测信息和安全监控数据；W及接 收地面操控系统1通过银星通讯网络3发送的操控指令和其他数据，并进行解析处理，完成 规定的任务。
[0034] 进一步的，本实用新型实施例提供的远程控制系统2还通过GPS天线接收多旋翼无 人机当前地理位置信息，并通过银星通讯网络3将所述当前地理位置信息发送给地面操控 系统1。
[0035] 参见图2,为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统第二实施例结 构示意图。在本实施例中，将更为详细的描述该系统各个功能模块的结构和功能。如图2所 示，该系统包括:地面操控系统1和位于多旋翼无人机上的远程控制系统2。地面操控系统1 和远程控制系统2通过银星通讯网络3连接。
[0036] 地面操控系统1接收并处理远程控制系统2通过银星通讯网络3传输的探测信息和 安全监控数据，并将操控指令和其他数据发通过银星通讯网络3向远程控制系统2发送。远 程控制系统2通过银星通讯网络3向地面操控系统1发送探测信息和安全监控数据；W及接 收地面操控系统1通过银星通讯网络3发送的操控指令和其他数据，并进行解析处理，完成 规定的任务。
[0037] 更为具体的，所述地面操控系统1包括:地面操控主机11、通讯数据延长线12、地面 控制模块13和地面天线14。
[0038] 所述地面操控主机11通过通讯数据延长线12与地面控制模块13连接。地面操控主 机11用于建立地面操控系统11和位于多旋翼无人机上的远程控制系统2之间的银星通讯网 络数据传输通路，接收并处理远程控制系统2发送、经过银星通讯网络3和地面控制模块13 回传的数据，W及将操控指令和其他数据发送给地面控制模块13,然后再通过地面天线14 向远程控制系统2发送。
[0039] 所述通讯数据延长线12连接地面操控主机11和地面控制模块13,用于使地面操控 主机11和地面控制模块13在地理位置上分离。具体的，在本实用新型实施例中，通讯数据延 长线12采用RS232转RS485延长的方式，W使地面操控主机U和地面控制模块13之间的距离 在20米W上。
[0040] 所述地面控制模块13与地面天线14连接，用于将地面操控主机11发送的操控指令 转换成一定格式的数据流，并储在一个缓存区内，然后通过地面天线14将该数据流W微波 的形式传送给银星通讯网络3; W及将地面天线14所接收到的微波信号，解析成可W直接读 取的代码(该代码优选肥X码），并通过数据延长线传送给地面操控主机11，供其解析处理。
[0041] 地面天线14包括地面GPS天线和地面银星通讯天线;地面GI^天线用于接收当前地 理位置信息;地面银星通讯天线用于接收远程控制系统2回传的探测信息和安全监控数据、 W及向远程控制系统2发送操控指令和其他数据.。
[0042] 所述远程控制系统2包括:无人机操控主机21、远程控制模块22和远程天线23。
[0043] 所述无人机操控主机21与远程控制模块22连接。无人机操控主机21用于对远程控 制模块22通过远程天线23接收的操控指令和其他数据进行解析处理，完成规定的任务;并 通过远程控制模块22和远程天线23向地面操控系统1发送探测信息和安全监控数据。
[0044] 远程控制模块22与远程天线23、无人机操控主机21连接。远程控制模块22接收无 人机操控主机21采集的探测信息和安全监控数据，将该数据转换成一定格式的数据流，并 存储在一个缓存区内，通过远程天线将该数据流W微波的形式传送给银星通讯网络3; W及 将远程天线23从银星通讯网络3所接收到的微波信号解析成可W直接读取的代码(该代码 优选肥X码），发送给无人机操控主机21供其解析处理。
[0045] 远程天线23包括远程GPS天线和远程银星通讯天线;远程GI^天线用于接收多旋翼 无人机当前地理位置信息；远程银星通讯天线用于接收地面操控系统1发送的操控指令及 其他数据、W及向地面操控系统1发送探测信息和安全监控数据。更为具体的，所述探测信 息包括:多旋翼无人机上的传感器、探测器获取的数据;所述安全监控数据包括:多旋翼无 人机当前姿态值、电压值、速度值、飞行高度值W及当前地理位置信息。
[0046] 进一步的，本领域技术人员可W理解的是，本实用新型要解决的技术问题是，多旋 翼无人机需要在任何飞行时刻都能够顺利完成与地面操控平台的通信、应答、电池电压的 回传、位置信息的更新、GPS信息的回传、传感器数据的回传、探测数据的回传、任务指令的 更新等工作，因此在设计多旋翼无人机银星通讯系统时，应考虑到及时性、稳定性、独立性、 可监测等问题。及时性就是要要求多旋翼无人机在主控系统上电后就能够及时的接入银星 通讯网络，为接下来的工作建设好链路;稳定就是要保证多旋翼无人机在建立了数据传输 链路之后，能够保证该链路一直有效工作，直至数据传送和指令接收等工作的结束;独立性 就是指在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括坠毁、GPS信息丢失、电源故障等，该通讯系 统不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置信息，供地面人员找回多旋翼;可监测就是 指多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传送链路之后，所执行的所有指令操作、数据 收发都能够被地面操控平台所监测。为达到上述技术效果，本实用新型实施例提供了一种 基于银星通讯网络和GI^定位多旋翼无人机通讯和安全监测系统。
[0047] 该系统总体结构示意图如图2所示，按组成部分可分为:地面操控系统1和远程控 制系统2,前者是建设在固定场所的地面操控平台，后者是与多旋翼无人机机体机构一体化 安装的。
[004引地面操控系统1是对多旋翼无人机远程操控的核屯、，也是对多旋翼无人机工作状 态及时观测的关键。因此该地面操控系统1应具备能与银星通讯网络3随时建立数据链路的 能力、对多旋翼无人机加载远程操控指令的能力、对多旋翼无人机反馈数据准确解析的能 力W及软件部分可更新升级的能力等。因此该多旋翼无人机通讯和安全监测系统中，地面 操控系统1应由地面操控主机11、通讯数据延长线12、地面控制模块13和地面天线14等构 成。
[0049] 地面操控主机11
[0050] 地面操控主机11是整个地面操控系统1的核屯、。该地面操控主机11通过一个USB接 口经过USB转串口的连接线，再通过通讯数据线延长线12最终与远程控制模块13相连，建立 数据传输通路，负责接收由多旋翼无人机发送经过银星通讯网络后最终通过地面银星远程 控制模块回传的数据，W及将地面操控平台发送的指令和其他数据发送给地面银星远程控 制模块，然后再通过银星通讯网络将数据发送出去，如图3所示。
[0051] 同时地面操控主机11还是运行多旋翼无人机通讯和安全监测系统的基础，为该系 统的人性化窗口设计、多旋翼远程控制指令的加载、多旋翼通过银星通讯网络反馈数据的 接收与处理W及将解析出来的GPS等地理信息轨迹化显示等功能提供服务。因此地面操控 主机11的性能应满足表1要求。
[0化2]
[0053] ~表1地面操控主机性能要求
[0054] 通讯数据线延长线12
[0055] 地面操控系统1的数据通讯延长线12是连接地面控制模块13和地面操控主机11的 数据通讯桥梁。为了将地面天线14尽量安置在较为开阔、遮挡物尽量少的地方，同时也为了 给多旋翼无人机银星地面操控平台的操作人员尽量安排在较为安全、方便、舒适的工作室 内，该通讯数据延长线12应尽可能的长。本实用新型实施例中优选使用一种RS232转RS485 延长的方式，从而可实现将数据信号延长到百米W外(理论上可是延长到1200米）。
[0化6] 地面控制模块13
[0057]地面控制模块13是整个地面操控系统1收发数据和控制指令的核屯、。其工作原理 是将该模块本身接收到的数据转为可在银星通讯网络3中识别和传输的数据格式。该过程 主要包括两个方面，一是将地面所发送的多旋翼无人机操控指令转换成一定格式的数据 流，并存储在一个缓存区内，然后通过地面天线14中的银星通讯天线，将该组数据W微波的 形式传送给银星通讯网络的数据缓冲区；另一方面是将地面天线14中的银星通讯天线所接 收到的微波信号，解析成可W直接读取的肥抽马，并通过通讯数据延长线12传送给地面操控 主机11，供其解析处理。
[0化引地面天线14
[0059] 地面天线14包括地面GPS天线和地面银星通讯天线。该地面天线14是地面操控系 统1统接收多旋翼无人机回传数据W及发送控制指令和参数的必要条件，也是地面控制模 块13与银星通讯网络3连接到一起的硬件基础。本实用新型所研究的地面操控系统1共有两 个引线接口，分别为银星通讯接口和GPS数据传输接口。GPS天线负责接收当前地理位置信 息，银星通讯天线负责接收多旋翼无人机回传的探测信息和安全监控数据传送到银星通讯 网络、向多旋翼无人机发送控制指令和参数的任务。
[0060] 远程控制系统2是装配在多旋翼无人机上，并按照多旋翼无人机的空间结构、重屯、 平衡和流线设计等一体化设计的远程控制系统。该远程控制系统2是多旋翼无人机与地面 操控系统1进行远程数据通讯的唯一途径，也是多旋翼无人机地面操控平台对多旋翼无人 机进行远程控制的唯一方式。该系统的功能主要包括两个方面:其一是通过与无人机操控 主机21之间的数据通信，将多旋翼无人机采集的相关数据打包并发送给远程控制模块22， 然后经过银星通讯网络3回传运些数据。其二是将地面操控系统1通过银星通讯网络3发送 给多旋翼无人机的控制指令，通过远程控制模块22传送给无人机操控主机21，完成地面操 控系统1对多旋翼无人机的远程控制。因此，多旋翼无人机远程操控系统应由无人机操控主 机21、远程控制模块22和远程天线23,如图4所示。
[0061] 无人机操控主机21
[0062] 无人机操控主机21用于对远程控制模块22通过远程天线23接收的操控指令和其 他数据进行解析处理，完成规定的任务;并通过远程控制模块和远程天线向地面操控系统 发送探测信息和安全监控数据。
[0063] 远程控制模块22
[0064] 远程控制模块22是整个多旋翼无人机远程控制系统2收发数据和控制指令的核 屯、。其工作原理是将该模块本身接收到的数据转为可在银星通讯网络中识别和传输的数据 格式。该过程主要包括两个方面:其一通过与无人机操控主机21之间建立通信，接收多旋翼 无人机采集的相关数据、多旋翼自身的状态数据、地理信息、安全检测数据，然后将运些数 据转换成一定格式的数据流，并存储在一个缓存区内，最终通过远程天线23(银星通讯天 线），将该组数据W微波的形式传送给银星通讯网络3;其二是接收由多旋翼银星天线从银 星通讯网络所接收到的微波信号，解析成可W直接读取的肥姉马，并通过数据通讯线路传送 给无人机操控主机21，供其解析处理，从而完成规定的任务。
[00化]远程天线23
[0066] 远程天线23包括银星通讯天线和GPS天线。多旋翼无人机银星通讯天线是远程控 制模块2与银星通讯网络3建立数据通讯链路的硬件基础。本实用新型所研究的远程控制系 统2共有两个引线接口，分别为银星通讯接口和GPS数据传输接口。其中GI^接口负责实时向 远程控制模块回传当前多旋翼所在位置地理信息，银星通讯天线接口负责把远程控制模块 需要回传的探测信息和安全监控数据传送到银星通讯网络，二者共同完成多旋翼无人机数 据传输和安全监控的任务。
[0067] 通过上述描述，本领域技术人应当可W知悉本实用新型提供的多旋翼无人机通讯 和安全监测系统所具有的技术效果，具体包括：（1)多旋翼无人机在主控系统上电后就能够 及时接入银星通讯网络，建设好远程通讯链路；（2)多旋翼无人机在建立了数据传输链路之 后，能够保证该链路一直有效工作；（3)在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括坠毁、GPS 信息丢失、电源故障等，该通讯系统不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置信息，供 地面人员找回多旋翼；（4)多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传送链路之后，所执行 的所有指令操作、数据收发都能够被地面操控平台所监测。
[0068] 下面对本实用新型实施例提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统做进行进一 步详细说明。
[0069] 银星通讯模块的选择
[0070] 银星通讯模块是地面控制模块/远程控制模块的一部分。银星通讯模块（I洲)的主 要功能是负责与银星通网络建立数据通讯链路，缓存将要收发的数据，设定或者变更银星 通讯公司的服务业务模式。经过对模块体积、重量、双向数据传输、携带GPS、全球网络覆盖、 支持透明的数据传输、数据串口等性能的综合评判，考虑到9523支持语音和数据拨号功能， 同时数据传输能力满足要求，因此本实用新型选择Iridium 9523作为远程控制模块的银星 通讯模块。Iridi皿9523的关键特征如表2所示。
[0071]
[0072] 表2 Iridium 9523的关键特征
[0073] 远程控制模块的设计
[0074] 远程控制模块是与无人机操控主机配合使用共同完成对多旋翼无人机远程控制。 该远程控制模块与无人机操控主机之间采用串口通讯，一般采用中断或查询方式进行。该 部分是多旋翼无人机远程控制的核屯、部分，是连接银星通讯模块和多旋翼无人机主控计算 机的桥梁，它的稳定性直接关系到整个远程控制过程的成败，因此对此处控制忍片的选择 和控制电路板的设计也有格外严格的要求。本实用新型中把银星通信模块集成到该远程控 制模块上，银星通信模块9523通过一个40引脚0.5mm间距的Molex的板间连接器（53885- 0408)连接到远程控制模块上。
[00巧]本实用新型利用了银星通信模块9523的W下功能，分别是数据/传真接口（Data/ F'ax PortXSIM卡接口（SIM interface)、供电接口（Power)、天线信号接口化PI0, Antenna Conf iguration)、其余GPIO口（Other GPIO)，运5大功能均由银星远程控制模块上设计的相 应外围电路实现。通过运5个相应的外围电路模块，多旋翼无人机便可W通过银星远程控制 模块够实现与地面操控平台的通信、应答、电池电压的回传、位置信息的更新、传感器数据 的回传、探测数据的回传、任务指令的更新等预期安全检测工作。
[0076] 远程控制模块是连接银星通讯模块和多旋翼无人机主控计算机的桥梁，肩负着缓 存数据、建立通讯、对数据的转换解析、指令备份和应急等任务。其主要功能如下所示。
[0077] 1 )连接银星通讯模块和无人机操控主机。当需要实现银星远程控制多旋翼无人 机时，则需要将银星通讯模块解析出来的数据和指令暂存到一个临时缓冲区，确保接收数 据的稳定性和有效性，然后再将运些指令和数据转换成特定的格式传送给多旋翼无人机的 无人机操控主机。另一方面，当多旋翼无人机要将探测的数据通过银星通讯的方式发送给 地面操控系统时，也需要将采集的数据转换成特定格式、添加相应帖头帖尾，然后再经由银 星通讯模块和银星通讯天线发射出去。
[0078] 2 )缓存、解析和转换通讯数据。该功能主要体现在，当有数据或者指令通过银星 模块加载给多旋翼无人机时，由于多旋翼无人机的无人机操控主机可能会处于忙碌或者休 眠状态，进而不能正常进入远程控制指令加载的中断，所W需要将运些通过银星通讯网络 加载过来的数据和指令暂存在一个缓冲区内，待无人机操控主机被唤醒并能够正常进入中 断的时候在进行数据传输。另一方面，当多旋翼无人机需要将探测数据通过银星通讯网络 的方式回传数据时，如果数据量过大，则不能再一个数据帖内完成，所W需要将运些数据暂 存到一个缓冲区内，然后经过该远程控制模块对其打包处理，添加侦头侦尾W便正常发送。
[0079] 3 )完成地面操控系统对多旋翼无人机的远程遥控。该功能主要体现在，当多旋 翼无人机和当前地面操控系统之间处在地理障碍限制范围内时，地面电台数据链路、2.4G 手持遥控系统等点对点通信方式由于障碍物阻挡，遥控指令无法有效传输给多旋翼无人 机。由于银星通讯网络采用卫星中继通讯方式，不同于点对点的通讯方式，数据传输不受障 碍物的阻挡，因此当处于银星通讯网络的有效通信范围内时，运时可W由地面操控系统发 送指令，通过银星中继网络传输给多旋翼无人机上远程操控系统，W达到对多旋翼无人机 远程控制的目的。又或当多旋翼无人机和当前地面操控系统之间处在超视距范围，通信距 离超过当前地面电台数据链路、2.4G手持遥控系统等点对点通信方式的最大有效通信距 离，遥控指令无法有效传输给多旋翼无人机。由于银星通讯网络采用卫星中继通讯方式，不 同于点对点的通讯方式，数据传输不受距离的影响，因此运时可W由地面操控系统发送指 令，通过银星中继网络传输给多旋翼无人机上远程操控系统，W达到对多旋翼无人机远程 控制的目的。此处，对多旋翼无人机的远程遥控采用SBD短消息传输方式远程遥控多旋翼无 人机，银星通信模块SBD通信方式的最大移动发起消息大小是1960字节，远大于遥控指令数 据长度，足够满足使用要求。
[0080] 4 )接收多旋翼无人机远程遥测数据，并发送给地面操控系统。该功能主要体现 在，当多旋翼无人机和当前地面操控系统之间处在地理障碍限制范围内时，地面电台数据 链路、2.4G手持遥控系统等点对点通信方式由于障碍物阻挡，地面操控系统无法实时接收 多旋翼无人机回传的遥测数据。由于银星通讯网络采用卫星中继通讯方式，不同于点对点 的通讯方式，数据传输不受障碍物的阻挡，因此当处于银星通讯网络的有效通信范围内时， 运时多旋翼无人机上的远程操控系统可W通过银星中继网络把当前遥测数据回传给地面 操控系统，W达到实时接收遥测数据的目的。又或当多旋翼无人机和当前地面操控系统之 间处在超视距范围，通信距离超过当前地面电台数据链路、2.4G手持遥控系统等点对点通 信方式的最大有效通信距离，地面操控系统无法实时接收多旋翼无人机回传的遥测数据。 由于银星通讯网络采用卫星中继通讯方式，不同于点对点的通讯方式，数据传输不受距离 的影响，因此运时多旋翼无人机上的远程操控系统可W通过银星中继网络把当前遥测数据 回传给地面操控系统，W达到实时接收遥测数据的目的。此处，多旋翼无人机遥测数据回传 采用SBD短消息传输方式回传给地面操控系统，银星通信模块SBD通信方式的最大移动发起 消息大小是1960字节，远大于多旋翼无人机需要回传的遥测数据长度，足够满足使用要求。
[0081] 5 )指令备份、安全监测、应急操作。为确保多旋翼无人机能够准确无误地接收指 令，优选在银星远程控制模块内单独开辟了一个指令备份区，用于存储每一套完整操作指 令的模式和最常用最安全的一组指令，运些指令模式和常用指令组都按一定顺序准确排 列。当将要加载给无人机操控主机的指令被解析出来时，会和运些备份指令比较对照，待确 定准确无误后再传送给无人机操控主机。
[0082] 安全监测的功能体现在，当多旋翼无人机处于飞行任务时，会定时通过多旋翼无 人机远程操控系统向银星通讯网络发送当前机体姿态值，电压值，速度，飞行高度，地理坐 标等安全监测数据。地面操控系统通过银星通讯网络接受到运些数据之后，通过数据分析 了解到当前多旋翼无人机的飞行状态，从而达到安全监测的目标。多旋翼无人机安全监测 数据回传采用SBD短消息传输方式回传给地面操控系统，银星通信模块SBD通信方式的最大 移动发起消息大小是I960字节，远大于多旋翼无人机需要回传的安全监测数据长度，足够 满足使用要求。
[0083] 应急操作的功能主要体现在，当多旋翼无人机处于飞行任务时，地面飞行环境突 然改变，不再适合执行飞行任务，无人机如果继续飞行会有损坏的危险，运时通可W过多旋 翼无人机的地面操控系统向多旋翼无人机发布返航命令、盘旋命令、降落命令、开伞命令 等，并且多旋翼无人机远程操控系统会定时向地面操控系统发送当前地理坐标，W防紧急 情况出现，及时寻回无人机。又或者当多旋翼无人机处于飞行任务时，突然地面监测到前方 有障碍，当前飞行高度不适合飞行，无人机如果继续飞行会有损坏的危险，运时通可W通过 地面操控系统向多旋翼无人机发布爬升指令，并且多旋翼无人机上的远程操控系统会定时 向地面操控系统发送当前地理坐标，W防紧急情况出现，及时寻回无人机。此外对多旋翼无 人机的应急操作可W采用数据拨号方式，实时有效的和多旋翼无人机建立数据连接，远程 紧急操控无人机进行避险动作或者紧急开伞，使其能够安全降落。银星通信模块数据拨号 通信方式对通信数据量没有限制，数据延时基本可W忽略，足够满足我们动态实时操控无 人机的要求。
[0084] 另外，考虑到现实飞行环境的复杂性，风速和气流难W预测，为减小危险系数，我 们提出了一系列的应急措施形成相应的应急方案，W备不时之需。
[0085] 多旋翼无人机的地面操控系统和远程操控系统的配套使用共同实现了多旋翼无 人机通讯和安全监测系统的相应功能。
[0086] 远程控制模块设计
[0087] 多旋翼无人机的远程控制模块肩负着缓存数据、建立通讯、对数据的转换解析、指 令备份和应急等任务，是多旋翼无人机有效运行和应急处理的根本保障，因此对该部分的 设计要求也格外严格。本实用新型所使用的多旋翼无人机有作业时间长，能源功耗低等特 点，因此在选择银星远程控制模块忍片和电路板设计时，也要考虑到功耗低、稳定性好等特 点。为此，我们设计了如下方案。
[0088] 1 )远程控制模块电路设计
[0089] 多旋翼无人机银星远程控制模块采用集成、模块化设计思路，将主控CPU、外围电 路、银星9523模块、GPS模块、电平转换模块、SIM卡模块、电源模块等集成在一个壳体内，但 在物理上又划分为2个模块，I;ridium_CPU板和I;ridium_Powe;r板独立设计，并通过板间件双 排座连接。运样设计的好处是，信号处理部分和电源部分独立分开，减少对信号线的影响， 电源电压平稳可靠，波动较小;做成双层板连接，减小控制板所占的体积，使控制板整体较 为紧凑，尺寸大小最大仅为101 X 58mm，双层板最大高度处仅为23mm。
[0090] Ir idium_CPU板:包含主控CPU、接口电路、电平转换模块、SIM卡模块、GPS模块、板 内用二次电源、板间连接总线模块等，是远程控制模块的核屯、部分;Iridium_Power板:包含 银星9523模块、主电源供电模块(7-40V转5V)、VCC3供电模块巧V转3V3)、银星发射VOOST供 电模块巧V转28V)、对外接口模块(DB15插头）、板间连接总线模块等。
[0091] 远程控制模块结构集成遵循标准化、模块化、结构化的原则，方便用户使用、维护， 也能在一定程度上提高系统可靠性。根据模块化设计，结构上分为Iridium_CPU模块和 I;ridium_Powe;r模块(供电控制），二者在空间上呈层叠形式，并通过内部总线连接。如图3、 图4所示。IridiumJTU模块和I;ridium_Powe;r模块(供电控制)均设计为现场可更换单元，降 低现场维修时间，提高作业效率。
[0092] 多旋翼无人机远程控制模块硬件结构示意图如图5所示。上半部分为Iridium_CPU 板，中间部分为板间连接总线，下半部分为Iridium_Power板。银星远程控制模块系统架构 如图6所示主要包括:对外接口、电平转换模块、GPS模块、CPU模块、银星模块、SIM卡接口忍 片、SIM卡座、升压开关电源模块、开关电源模块、LDO电源等模块。
[0093] 多旋翼无人机银星通讯系统一体化设计，通讯模块与通讯天线一体化设计。因为 所有的银星通讯模块和通讯天线之间的连接都需要一段馈线，虽然馈线的选择一般都是屏 蔽线，对信号的衰减在3地W内。但考虑到如果快线过长，对信号的衰减会有所加大，影响银 星通讯的有效性和稳定性。同时考虑到如果馈线过长，当多旋翼无人机需要调控姿态产生 打开电机时，产生的强电流可会对数据传输产生干扰。鉴于W上原因，优选采用通信模块与 通讯天线一体化装配的设计，使馈线长度得到缩减，提高通讯有效性和稳定性，而且更加有 利于多旋翼无人机的整体装配和一体化设计。
[0094] 为了将地面银星通讯天线尽量安置在较为开阔、遮挡物尽量少的地方，同时也为 了给多旋翼无人机银星地面操控平台的操作人员尽量安排在较为安全、方便、舒适的工作 室内，我们要求该地面操控系统通讯数据延长线应尽可能的长。运也是方便用户能够在更 加安全、方便的场所操作多旋翼无人机银星通讯地面操控平台的必要选择。但考虑到多旋 翼无人机银星远程控制模块引出的数据线接口采用RS232的通讯方式，可知该地面操控平 台的数据通讯线延长线不能超过15米。为了更好的解决此问题，本实用新型提出了一种 RS232转RS485延长的方式，首先将从银星远程控制模块引出RS232接口，然后将RS232接口 用RS485接口转接，即可将RS232的TX/RX引线转换成A/B引线，从而可实现将数据信号延长 到百米W外(理论上可是延长到1200米）。
[00%]本实用新型记载并公开的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，能实现操作者对多 旋翼飞行器的实时地面遥控、参数调整、数据分析、安全监测W及紧急情况下应急控制、及 时寻回等功能，W达到在银星有效通讯范围内任何地点、任何时间、任何距离的实时安全监 测的目的。因此在设计多旋翼无人机银星通讯系统时，应考虑到及时性、稳定性、独立性、可 监测等问题。及时性就是要要求多旋翼无人机在主控系统上电后就能够及时的接入银星通 讯网络，为接下来的工作建设好链路;稳定就是要保证多旋翼无人机在建立了数据传输链 路之后，能够保证该链路一直有效工作，直至数据传送和指令接收等工作的结束;独立性就 是指在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括坠毁、GPS信息丢失、电源故障等，该通讯系统 不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置信息，供地面人员找回多旋翼;可监测就是指 多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传送链路之后，所执行的所有指令操作、数据收 发都能够被地面操控平台所监测。
[0096] 本领域普通技术人员可W理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可W 通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质 中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁 碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memoir ,ROM)或随机存储记忆体（Random Access Memory ,RAM)等。
[0097] W上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施只局限于运些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可W做出若干简单推演或替换，都应当视 为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，包括:接收并处理远程控制系 统通过铱星通讯网络传输的探测信息和安全监控数据，以及将操控指令发通过铱星通讯网 络向远程控制系统发送的地面操控系统，和位于多旋翼无人机上，通过铱星通讯网络向地 面操控系统发送探测信息和安全监控数据；以及接收地面操控系统通过铱星通讯网络发送 的操控指令，并进行解析处理，完成规定的任务的远程控制系统;地面操控系统和远程控制 系统通过铱星通讯网络连接； 其中，所述地面操控系统包括： 通过通讯数据延长线与地面控制模块连接，用于建立地面操控系统和位于多旋翼无人 机上的远程控制系统之间的铱星通讯网络数据传输通路，接收并处理远程控制系统发送、 经过铱星通讯网络和地面控制模块回传的数据，以及将操控指令发送给地面控制模块，然 后再通过地面天线向远程控制系统发送的地面操控主机； 连接地面操控主机和地面控制模块，用于使地面操控主机和地面控制模块在地理位置 上分离的通讯数据延长线； 与地面天线连接，用于将地面操控主机发送的操控指令转换成一定格式的数据流，并 储在一个缓存区内，然后通过地面天线将该数据流以微波的形式传送给铱星通讯网络；以 及将地面天线所接收到的微波信号，解析成可以直接读取的代码，并通过数据延长线传送 给地面操控主机，供其解析处理的地面控制模块； 地面GPS天线和地面铱星通讯天线组成的地面天线;地面GPS天线用于接收多旋翼无人 机当前地理位置信息;地面铱星通讯天线用于接收远程控制系统回传的探测信息和安全监 控数据、以及向远程控制系统发送操控指令； 所述远程控制系统包括:无人机操控主机、远程控制模块和远程天线； 与远程控制模块连接，用于对远程控制模块通过远程天线接收的操控指令进行解析处 理，完成规定的任务;并通过远程控制模块和远程天线向地面操控系统发送探测信息和安 全监控数据的无人机操控主机； 与远程天线、无人机操控主机连接，接收无人机操控主机采集的探测信息和安全监控 数据，将该数据转换成一定格式的数据流，并存储在一个缓存区内，通过远程天线将该数据 流以微波的形式传送给铱星通讯网络；以及将远程天线从铱星通讯网络所接收到的微波信 号解析成可以直接读取的代码，发送给无人机操控主机，供其解析处理的远程控制模块； 由远程GPS天线和远程铱星通讯天线组成的远程天线;远程GPS天线用于接收当前地理 位置信息；远程铱星通讯天线用于接收地面操控系统发送的操控指令、以及向地面操控系 统发送探测信息和安全监控数据。2. 如权利要求1所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述远程控制 系统与接收多旋翼无人机当前地理位置信息的GPS天线连接，并通过铱星通讯网络将所述 当前地理位置信息发送给地面操控系统。3. 如权利要求2所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述通讯数据 延长线采用RS232转RS485延长的方式，使地面操控主机和地面控制模块之间的距离在20米 以上。4. 如权利要求2或3所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述地面 控制模块将地面天线所接收到的微波信号，解析成可以直接读取的代码，以及远程控制模 块将远程天线从铱星通讯网络所接收到的微波信号解析成可以直接读取的代码中，所述可 以直接读取的代码是HEX码。5. 如权利要求2或3所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述探测 信息包括:多旋翼无人机上的传感器、探测器获取的数据;所述安全监控数据包括:多旋翼 无人机当前姿态值、电压值、速度值、飞行高度值以及当前地理位置信息。6. 如权利要求3所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述远程天线 与所述远程控制模块中的通信模块一体化装配，且远程天线与通信模块之间通过馈线连 接。
【文档编号】G05D1/10GK205721375SQ201620129211
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年2月19日
【发明人】黄荣辉, 张欣, 李勋, 王松, 陈万里, 李大伟, 裴慧坤, 姚森敬, 周伟才
【申请人】深圳供电局有限公司, 北京航空航天大学
【专利摘要】本实用新型提供一种多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，包括：地面操控系统和位于多旋翼无人机上的远程控制系统；地面操控系统和远程控制系统通过铱星通讯网络连接；地面操控系统接收并处理远程控制系统通过铱星通讯网络传输的探测信息和安全监控数据，以及将操控指令和其他数据发通过铱星通讯网络向远程控制系统发送；远程控制系统通过铱星通讯网络向地面操控系统发送探测信息和安全监控数据；以及接收地面操控系统通过铱星通讯网络发送的操控指令和其他数据，并进行解析处理，完成规定的任务。本实用新型公开的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，实现在铱星有效通讯范围内任何地点实时安全监测的目的。
【专利说明】
-种多旋翼无人机通巧和安全监测系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于飞行器应急控制和安全监测领域，尤其设及多旋翼无人机通讯和 安全监测系统。
【背景技术】
[0002] 多旋翼无人机飞行器(UAV)因其架构简单、操纵性佳、制造成本低、稳定性好、较弱 的巧螺效应W及良好的空间操作灵活性等特点成为了目前的研究热点。同时，又由于其多 变量、非线性、强禪合、欠驱动的特性，对控制模型W及参数的设定有非常严格的要求。
[0003] 随着航空工业的发展W及电池续航能力的提升，多旋翼无人机的巡航速度、续航 半径、续航时间W及飞行高度都有较大的提升。目前已有的远程监控系统包括无线电高速 数传系统、图传系统、2.4G手持遥控系统等，有效监测范围从IOOm到22km不等，其中美国 900MHz Xtend无线数传模块最远增益距离为22km，一般有效距离为3km左右。现有的远程监 控系统监测范围的有限性，已经无法满足多旋翼无人机飞行半径和飞行高度的要求，无法 有效实现多旋翼无人机的地面遥控、参数调整、数据分析W及安全检测等，从而在多旋翼无 人机遇到紧急突发情况时(包括电池电压过低，风速过大，紧急避障)无法控制多旋翼无人 机的空中开伞、姿态调整、飞行速度及高度调整，容易造成多旋翼无人机机体损坏、设备损 伤、人身伤害等各种突发性安全问题。
[0004] 另一方面，银星系统(又称银星计划)是美国摩托罗拉公司提出的第一代真正依靠 卫星通信系统提供联络的全球个人通信方式，旨在突破现有基于地面的蜂窝无线通信的局 限，通过太空向任何地区、任何人提供语音、数据、传真及寻呼信息。其最大特点是，通过卫 星之间的接力来实现全球通信，相当于把地面蜂窝移动电话系统搬到了天上.它与目前使 用的静止轨道卫星通信系统比较有两大优势：一是轨道低，传输速度快，信息损耗小，通信 质量大大提高;二是银星系统不需要专口的地面接收站，地球上人迹罕至的不毛之地，通信 落后的边远地区，自然灾害现场通讯都变得杨通无阻。
[0005] 通过银星通讯网络的全方位的数据通信能力，地面控制设备可W更好地对多旋翼 无人机进行安全监测及应急控制。在多旋翼无人机出现飞行故障、机体损伤、地面数据链路 丢失等突发情况，通过GPS卫星定位可W及时寻回多旋翼无人机，W免造成更大损失。此外 借助于银星通讯网络，在银星有效通讯范围内多旋翼无人机通信上的空间限制将不再存 在，通信范围不再受地理环境等外部因素影响，使得多旋翼无人机在地震救援、抢险救灾、 大气监测、海洋监测、地理勘测等领域拥有更加广泛的应用。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型记载并公开了一套能在多旋翼飞行器飞行过程中进行无线通讯和数 据分析的远程通讯系统，实现操作者对多旋翼飞行器的实时地面遥控、参数调整、数据分 析、安全监测W及紧急情况下应急控制、及时寻回等功能，W达到在银星有效通讯范围内任 何地点、任何时间、任何距离的实时安全监测的目的。因此在设计多旋翼无人机银星通讯系 统时，应考虑到及时性、稳定性、独立性、可监测等问题。及时性就是要要求多旋翼无人机在 主控系统上电后就能够及时的接入银星通讯网络，为接下来的工作建设好链路;稳定就是 要保证多旋翼无人机在建立了数据传输链路之后，能够保证该链路一直有效工作，直至数 据传送和指令接收等工作的结束;独立性就是指在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括 坠毁、GPS信息丢失、电源故障等，该通讯系统不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置 信息，供地面人员找回多旋翼;可监测就是指多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传 送链路之后，所执行的所有指令操作、数据收发都能够被地面操控平台所监测。
[0007] 为此，本实用新型提供一种多旋翼无人机通讯和安全监测系统，包括:地面操控系 统和位于多旋翼无人机上的远程控制系统;地面操控系统和远程控制系统通过银星通讯网 络连接；
[0008] 所述地面操控系统接收并处理远程控制系统通过银星通讯网络传输的探测信息 和安全监控数据，W及将操控指令发通过银星通讯网络向远程控制系统发送；
[0009] 所述远程控制系统通过银星通讯网络向地面操控系统发送探测信息和安全监控 数据；W及接收地面操控系统通过银星通讯网络发送的操控指令，并进行解析处理，完成规 定的任务；
[0010] 其中，所述地面操控系统包括:地面操控主机、通讯数据延长线、地面控制模块和 地面天线；
[0011] 所述地面操控主机通过通讯数据延长线与地面控制模块连接，用于建立地面操控 系统和位于多旋翼无人机上的远程控制系统之间的银星通讯网络数据传输通路，接收并处 理远程控制系统发送、经过银星通讯网络和地面控制模块回传的数据，W及将操控指令发 送给地面控制模块，然后再通过地面天线向远程控制系统发送；
[0012] 所述通讯数据延长线连接地面操控主机和地面控制模块，用于使地面操控主机和 地面控制模块在地理位置上分离；
[0013] 所述地面控制模块与地面天线连接，用于将地面操控主机发送的操控指令转换成 一定格式的数据流，并储在一个缓存区内，然后通过地面天线将该数据流W微波的形式传 送给银星通讯网络；W及将地面天线所接收到的微波信号，解析成可W直接读取的代码，并 通过数据延长线传送给地面操控主机，供其解析处理；
[0014] 地面天线包括地面GI^天线和地面银星通讯天线;地面GI^天线用于接收当前地理 位置信息；地面银星通讯天线用于接收远程控制系统回传的探测信息和安全监控数据、W 及向远程控制系统发送操控指令；
[0015] 其中，所述远程控制系统包括:无人机操控主机、远程控制模块和远程天线；
[0016] 所述无人机操控主机与远程控制模块连接，用于对远程控制模块通过远程天线接 收的操控指令进行解析处理，完成规定的任务;并通过远程控制模块和远程天线向地面操 控系统发送探测信息和安全监控数据；
[0017] 远程控制模块与远程天线、无人机操控主机连接，接收无人机操控主机采集的探 测信息和安全监控数据，将该数据转换成一定格式的数据流，并存储在一个缓存区内，通过 远程天线将该数据流W微波的形式传送给银星通讯网络；W及将远程天线从银星通讯网络 所接收到的微波信号解析成可W直接读取的代码，发送给无人机操控主机，供其解析处理；
[0018] 远程天线包括远程GI^天线和远程银星通讯天线;远程GI^天线用于接收当前地理 位置信息;远程银星通讯天线用于接收地面操控系统发送的操控指令、W及向地面操控系 统发送探测信息和安全监控数据。
[0019] 其中，所述远程控制系统还通过GPS天线接收多旋翼无人机当前地理位置信息，并 通过银星通讯网络将所述当前地理位置信息发送给地面操控系统。其中，所述通讯数据延 长线采用RS232转RS485延长的方式，使地面操控主机和地面控制模块之间的距离在20米W 上。
[0020] 其中，所述地面控制模块将地面天线所接收到的微波信号，解析成可W直接读取 的代码，W及远程控制模块将远程天线从银星通讯网络所接收到的微波信号解析成可W直 接读取的代码中，所述可W直接读取的代码是HEX码。
[0021] 其中，所述探测信息包括:多旋翼无人机上的传感器、探测器获取的数据;所述安 全监控数据包括:多旋翼无人机当前姿态值、电压值、速度值、飞行高度值W及当前地理位 置信息。
[0022] 其中，所述远程天线与所述远程控制模块中的通信模块一体化装配，且远程天线 与通信模块之间通过馈线连接。
[0023] 综上，本实用新型记载并公开了一套能在多旋翼飞行器飞行过程中进行无线通讯 和数据分析的远程通讯系统，实现操作者对多旋翼飞行器的实时地面遥控、参数调整、数据 分析、安全监测W及紧急情况下应急控制、及时寻回等功能，W达到在银星有效通讯范围内 任何地点、任何时间、任何距离的实时安全监测的目的，解决了多旋翼无人机需要在任何飞 行时刻都能够顺利完成与地面操控平台的通信、应答问题，并附带电池电压的回传、位置信 息的更新、GPS信息的回传、传感器数据的回传、探测数据的回传、任务指令的更新等工作。
【附图说明】
[0024] 为了更清楚地说明本实用新型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 是本实用新型的一些实施例，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W根据运些附图获得其他的附图。
[0025] 图1为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统第一实施例结构示意 图；
[0026] 图2为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统第二实施例结构示意 图；
[0027] 图3为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统中地面操控系统结构 示意图；
[0028] 图4为本实用新型提供的多旋翼无人机远程操控系统结构示意图；
[0029] 图5为本实用新型提供的多旋翼无人机远程控制模块硬件结构示意图；
[0030] 图6为本实用新型提供的银星远程控制模块系统架构示意图。
【具体实施方式】
[0031] 本实用新型记载并公开了一套能在多旋翼飞行器飞行过程中进行无线通讯和数 据分析的远程通讯系统，实现操作者对多旋翼飞行器的实时地面遥控、参数调整、数据分 析、安全监测W及紧急情况下应急控制、及时寻回等功能，W达到在银星有效通讯范围内任 何地点、任何时间、任何距离的实时安全监测的目的。因此在设计多旋翼无人机银星通讯系 统时，应考虑到及时性、稳定性、独立性、可监测等问题。及时性就是要要求多旋翼无人机在 主控系统上电后就能够及时的接入银星通讯网络，为接下来的工作建设好链路;稳定就是 要保证多旋翼无人机在建立了数据传输链路之后，能够保证该链路一直有效工作，直至数 据传送和指令接收等工作的结束;独立性就是指在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括 坠毁、GPS信息丢失、电源故障等，该通讯系统不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置 信息，供地面人员找回多旋翼;可监测就是指多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传 送链路之后，所执行的所有指令操作、数据收发都能够被地面操控平台所监测。
[0032] 参见图1，为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统第一实施例结 构示意图，如图1所示，该系统包括:地面操控系统1和位于多旋翼无人机上的远程控制系统 2。地面操控系统1和远程控制系统2通过银星通讯网络3连接。
[0033] 地面操控系统1接收并处理远程控制系统2通过银星通讯网络3传输的探测信息和 安全监控数据，并将操控指令和其他数据发通过银星通讯网络3向远程控制系统2发送。远 程控制系统2通过银星通讯网络3向地面操控系统1发送探测信息和安全监控数据；W及接 收地面操控系统1通过银星通讯网络3发送的操控指令和其他数据，并进行解析处理，完成 规定的任务。
[0034] 进一步的，本实用新型实施例提供的远程控制系统2还通过GPS天线接收多旋翼无 人机当前地理位置信息，并通过银星通讯网络3将所述当前地理位置信息发送给地面操控 系统1。
[0035] 参见图2,为本实用新型提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统第二实施例结 构示意图。在本实施例中，将更为详细的描述该系统各个功能模块的结构和功能。如图2所 示，该系统包括:地面操控系统1和位于多旋翼无人机上的远程控制系统2。地面操控系统1 和远程控制系统2通过银星通讯网络3连接。
[0036] 地面操控系统1接收并处理远程控制系统2通过银星通讯网络3传输的探测信息和 安全监控数据，并将操控指令和其他数据发通过银星通讯网络3向远程控制系统2发送。远 程控制系统2通过银星通讯网络3向地面操控系统1发送探测信息和安全监控数据；W及接 收地面操控系统1通过银星通讯网络3发送的操控指令和其他数据，并进行解析处理，完成 规定的任务。
[0037] 更为具体的，所述地面操控系统1包括:地面操控主机11、通讯数据延长线12、地面 控制模块13和地面天线14。
[0038] 所述地面操控主机11通过通讯数据延长线12与地面控制模块13连接。地面操控主 机11用于建立地面操控系统11和位于多旋翼无人机上的远程控制系统2之间的银星通讯网 络数据传输通路，接收并处理远程控制系统2发送、经过银星通讯网络3和地面控制模块13 回传的数据，W及将操控指令和其他数据发送给地面控制模块13,然后再通过地面天线14 向远程控制系统2发送。
[0039] 所述通讯数据延长线12连接地面操控主机11和地面控制模块13,用于使地面操控 主机11和地面控制模块13在地理位置上分离。具体的，在本实用新型实施例中，通讯数据延 长线12采用RS232转RS485延长的方式，W使地面操控主机U和地面控制模块13之间的距离 在20米W上。
[0040] 所述地面控制模块13与地面天线14连接，用于将地面操控主机11发送的操控指令 转换成一定格式的数据流，并储在一个缓存区内，然后通过地面天线14将该数据流W微波 的形式传送给银星通讯网络3; W及将地面天线14所接收到的微波信号，解析成可W直接读 取的代码(该代码优选肥X码），并通过数据延长线传送给地面操控主机11，供其解析处理。
[0041] 地面天线14包括地面GPS天线和地面银星通讯天线;地面GI^天线用于接收当前地 理位置信息;地面银星通讯天线用于接收远程控制系统2回传的探测信息和安全监控数据、 W及向远程控制系统2发送操控指令和其他数据.。
[0042] 所述远程控制系统2包括:无人机操控主机21、远程控制模块22和远程天线23。
[0043] 所述无人机操控主机21与远程控制模块22连接。无人机操控主机21用于对远程控 制模块22通过远程天线23接收的操控指令和其他数据进行解析处理，完成规定的任务;并 通过远程控制模块22和远程天线23向地面操控系统1发送探测信息和安全监控数据。
[0044] 远程控制模块22与远程天线23、无人机操控主机21连接。远程控制模块22接收无 人机操控主机21采集的探测信息和安全监控数据，将该数据转换成一定格式的数据流，并 存储在一个缓存区内，通过远程天线将该数据流W微波的形式传送给银星通讯网络3; W及 将远程天线23从银星通讯网络3所接收到的微波信号解析成可W直接读取的代码(该代码 优选肥X码），发送给无人机操控主机21供其解析处理。
[0045] 远程天线23包括远程GPS天线和远程银星通讯天线;远程GI^天线用于接收多旋翼 无人机当前地理位置信息；远程银星通讯天线用于接收地面操控系统1发送的操控指令及 其他数据、W及向地面操控系统1发送探测信息和安全监控数据。更为具体的，所述探测信 息包括:多旋翼无人机上的传感器、探测器获取的数据;所述安全监控数据包括:多旋翼无 人机当前姿态值、电压值、速度值、飞行高度值W及当前地理位置信息。
[0046] 进一步的，本领域技术人员可W理解的是，本实用新型要解决的技术问题是，多旋 翼无人机需要在任何飞行时刻都能够顺利完成与地面操控平台的通信、应答、电池电压的 回传、位置信息的更新、GPS信息的回传、传感器数据的回传、探测数据的回传、任务指令的 更新等工作，因此在设计多旋翼无人机银星通讯系统时，应考虑到及时性、稳定性、独立性、 可监测等问题。及时性就是要要求多旋翼无人机在主控系统上电后就能够及时的接入银星 通讯网络，为接下来的工作建设好链路;稳定就是要保证多旋翼无人机在建立了数据传输 链路之后，能够保证该链路一直有效工作，直至数据传送和指令接收等工作的结束;独立性 就是指在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括坠毁、GPS信息丢失、电源故障等，该通讯系 统不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置信息，供地面人员找回多旋翼;可监测就是 指多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传送链路之后，所执行的所有指令操作、数据 收发都能够被地面操控平台所监测。为达到上述技术效果，本实用新型实施例提供了一种 基于银星通讯网络和GI^定位多旋翼无人机通讯和安全监测系统。
[0047] 该系统总体结构示意图如图2所示，按组成部分可分为:地面操控系统1和远程控 制系统2,前者是建设在固定场所的地面操控平台，后者是与多旋翼无人机机体机构一体化 安装的。
[004引地面操控系统1是对多旋翼无人机远程操控的核屯、，也是对多旋翼无人机工作状 态及时观测的关键。因此该地面操控系统1应具备能与银星通讯网络3随时建立数据链路的 能力、对多旋翼无人机加载远程操控指令的能力、对多旋翼无人机反馈数据准确解析的能 力W及软件部分可更新升级的能力等。因此该多旋翼无人机通讯和安全监测系统中，地面 操控系统1应由地面操控主机11、通讯数据延长线12、地面控制模块13和地面天线14等构 成。
[0049] 地面操控主机11
[0050] 地面操控主机11是整个地面操控系统1的核屯、。该地面操控主机11通过一个USB接 口经过USB转串口的连接线，再通过通讯数据线延长线12最终与远程控制模块13相连，建立 数据传输通路，负责接收由多旋翼无人机发送经过银星通讯网络后最终通过地面银星远程 控制模块回传的数据，W及将地面操控平台发送的指令和其他数据发送给地面银星远程控 制模块，然后再通过银星通讯网络将数据发送出去，如图3所示。
[0051] 同时地面操控主机11还是运行多旋翼无人机通讯和安全监测系统的基础，为该系 统的人性化窗口设计、多旋翼远程控制指令的加载、多旋翼通过银星通讯网络反馈数据的 接收与处理W及将解析出来的GPS等地理信息轨迹化显示等功能提供服务。因此地面操控 主机11的性能应满足表1要求。
[0化2]
[0053] ~表1地面操控主机性能要求
[0054] 通讯数据线延长线12
[0055] 地面操控系统1的数据通讯延长线12是连接地面控制模块13和地面操控主机11的 数据通讯桥梁。为了将地面天线14尽量安置在较为开阔、遮挡物尽量少的地方，同时也为了 给多旋翼无人机银星地面操控平台的操作人员尽量安排在较为安全、方便、舒适的工作室 内，该通讯数据延长线12应尽可能的长。本实用新型实施例中优选使用一种RS232转RS485 延长的方式，从而可实现将数据信号延长到百米W外(理论上可是延长到1200米）。
[0化6] 地面控制模块13
[0057]地面控制模块13是整个地面操控系统1收发数据和控制指令的核屯、。其工作原理 是将该模块本身接收到的数据转为可在银星通讯网络3中识别和传输的数据格式。该过程 主要包括两个方面，一是将地面所发送的多旋翼无人机操控指令转换成一定格式的数据 流，并存储在一个缓存区内，然后通过地面天线14中的银星通讯天线，将该组数据W微波的 形式传送给银星通讯网络的数据缓冲区；另一方面是将地面天线14中的银星通讯天线所接 收到的微波信号，解析成可W直接读取的肥抽马，并通过通讯数据延长线12传送给地面操控 主机11，供其解析处理。
[0化引地面天线14
[0059] 地面天线14包括地面GPS天线和地面银星通讯天线。该地面天线14是地面操控系 统1统接收多旋翼无人机回传数据W及发送控制指令和参数的必要条件，也是地面控制模 块13与银星通讯网络3连接到一起的硬件基础。本实用新型所研究的地面操控系统1共有两 个引线接口，分别为银星通讯接口和GPS数据传输接口。GPS天线负责接收当前地理位置信 息，银星通讯天线负责接收多旋翼无人机回传的探测信息和安全监控数据传送到银星通讯 网络、向多旋翼无人机发送控制指令和参数的任务。
[0060] 远程控制系统2是装配在多旋翼无人机上，并按照多旋翼无人机的空间结构、重屯、 平衡和流线设计等一体化设计的远程控制系统。该远程控制系统2是多旋翼无人机与地面 操控系统1进行远程数据通讯的唯一途径，也是多旋翼无人机地面操控平台对多旋翼无人 机进行远程控制的唯一方式。该系统的功能主要包括两个方面:其一是通过与无人机操控 主机21之间的数据通信，将多旋翼无人机采集的相关数据打包并发送给远程控制模块22， 然后经过银星通讯网络3回传运些数据。其二是将地面操控系统1通过银星通讯网络3发送 给多旋翼无人机的控制指令，通过远程控制模块22传送给无人机操控主机21，完成地面操 控系统1对多旋翼无人机的远程控制。因此，多旋翼无人机远程操控系统应由无人机操控主 机21、远程控制模块22和远程天线23,如图4所示。
[0061] 无人机操控主机21
[0062] 无人机操控主机21用于对远程控制模块22通过远程天线23接收的操控指令和其 他数据进行解析处理，完成规定的任务;并通过远程控制模块和远程天线向地面操控系统 发送探测信息和安全监控数据。
[0063] 远程控制模块22
[0064] 远程控制模块22是整个多旋翼无人机远程控制系统2收发数据和控制指令的核 屯、。其工作原理是将该模块本身接收到的数据转为可在银星通讯网络中识别和传输的数据 格式。该过程主要包括两个方面:其一通过与无人机操控主机21之间建立通信，接收多旋翼 无人机采集的相关数据、多旋翼自身的状态数据、地理信息、安全检测数据，然后将运些数 据转换成一定格式的数据流，并存储在一个缓存区内，最终通过远程天线23(银星通讯天 线），将该组数据W微波的形式传送给银星通讯网络3;其二是接收由多旋翼银星天线从银 星通讯网络所接收到的微波信号，解析成可W直接读取的肥姉马，并通过数据通讯线路传送 给无人机操控主机21，供其解析处理，从而完成规定的任务。
[00化]远程天线23
[0066] 远程天线23包括银星通讯天线和GPS天线。多旋翼无人机银星通讯天线是远程控 制模块2与银星通讯网络3建立数据通讯链路的硬件基础。本实用新型所研究的远程控制系 统2共有两个引线接口，分别为银星通讯接口和GPS数据传输接口。其中GI^接口负责实时向 远程控制模块回传当前多旋翼所在位置地理信息，银星通讯天线接口负责把远程控制模块 需要回传的探测信息和安全监控数据传送到银星通讯网络，二者共同完成多旋翼无人机数 据传输和安全监控的任务。
[0067] 通过上述描述，本领域技术人应当可W知悉本实用新型提供的多旋翼无人机通讯 和安全监测系统所具有的技术效果，具体包括：（1)多旋翼无人机在主控系统上电后就能够 及时接入银星通讯网络，建设好远程通讯链路；（2)多旋翼无人机在建立了数据传输链路之 后，能够保证该链路一直有效工作；（3)在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括坠毁、GPS 信息丢失、电源故障等，该通讯系统不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置信息，供 地面人员找回多旋翼；（4)多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传送链路之后，所执行 的所有指令操作、数据收发都能够被地面操控平台所监测。
[0068] 下面对本实用新型实施例提供的多旋翼无人机通讯和安全监测系统做进行进一 步详细说明。
[0069] 银星通讯模块的选择
[0070] 银星通讯模块是地面控制模块/远程控制模块的一部分。银星通讯模块（I洲)的主 要功能是负责与银星通网络建立数据通讯链路，缓存将要收发的数据，设定或者变更银星 通讯公司的服务业务模式。经过对模块体积、重量、双向数据传输、携带GPS、全球网络覆盖、 支持透明的数据传输、数据串口等性能的综合评判，考虑到9523支持语音和数据拨号功能， 同时数据传输能力满足要求，因此本实用新型选择Iridium 9523作为远程控制模块的银星 通讯模块。Iridi皿9523的关键特征如表2所示。
[0071]
[0072] 表2 Iridium 9523的关键特征
[0073] 远程控制模块的设计
[0074] 远程控制模块是与无人机操控主机配合使用共同完成对多旋翼无人机远程控制。 该远程控制模块与无人机操控主机之间采用串口通讯，一般采用中断或查询方式进行。该 部分是多旋翼无人机远程控制的核屯、部分，是连接银星通讯模块和多旋翼无人机主控计算 机的桥梁，它的稳定性直接关系到整个远程控制过程的成败，因此对此处控制忍片的选择 和控制电路板的设计也有格外严格的要求。本实用新型中把银星通信模块集成到该远程控 制模块上，银星通信模块9523通过一个40引脚0.5mm间距的Molex的板间连接器（53885- 0408)连接到远程控制模块上。
[00巧]本实用新型利用了银星通信模块9523的W下功能，分别是数据/传真接口（Data/ F'ax PortXSIM卡接口（SIM interface)、供电接口（Power)、天线信号接口化PI0, Antenna Conf iguration)、其余GPIO口（Other GPIO)，运5大功能均由银星远程控制模块上设计的相 应外围电路实现。通过运5个相应的外围电路模块，多旋翼无人机便可W通过银星远程控制 模块够实现与地面操控平台的通信、应答、电池电压的回传、位置信息的更新、传感器数据 的回传、探测数据的回传、任务指令的更新等预期安全检测工作。
[0076] 远程控制模块是连接银星通讯模块和多旋翼无人机主控计算机的桥梁，肩负着缓 存数据、建立通讯、对数据的转换解析、指令备份和应急等任务。其主要功能如下所示。
[0077] 1 )连接银星通讯模块和无人机操控主机。当需要实现银星远程控制多旋翼无人 机时，则需要将银星通讯模块解析出来的数据和指令暂存到一个临时缓冲区，确保接收数 据的稳定性和有效性，然后再将运些指令和数据转换成特定的格式传送给多旋翼无人机的 无人机操控主机。另一方面，当多旋翼无人机要将探测的数据通过银星通讯的方式发送给 地面操控系统时，也需要将采集的数据转换成特定格式、添加相应帖头帖尾，然后再经由银 星通讯模块和银星通讯天线发射出去。
[0078] 2 )缓存、解析和转换通讯数据。该功能主要体现在，当有数据或者指令通过银星 模块加载给多旋翼无人机时，由于多旋翼无人机的无人机操控主机可能会处于忙碌或者休 眠状态，进而不能正常进入远程控制指令加载的中断，所W需要将运些通过银星通讯网络 加载过来的数据和指令暂存在一个缓冲区内，待无人机操控主机被唤醒并能够正常进入中 断的时候在进行数据传输。另一方面，当多旋翼无人机需要将探测数据通过银星通讯网络 的方式回传数据时，如果数据量过大，则不能再一个数据帖内完成，所W需要将运些数据暂 存到一个缓冲区内，然后经过该远程控制模块对其打包处理，添加侦头侦尾W便正常发送。
[0079] 3 )完成地面操控系统对多旋翼无人机的远程遥控。该功能主要体现在，当多旋 翼无人机和当前地面操控系统之间处在地理障碍限制范围内时，地面电台数据链路、2.4G 手持遥控系统等点对点通信方式由于障碍物阻挡，遥控指令无法有效传输给多旋翼无人 机。由于银星通讯网络采用卫星中继通讯方式，不同于点对点的通讯方式，数据传输不受障 碍物的阻挡，因此当处于银星通讯网络的有效通信范围内时，运时可W由地面操控系统发 送指令，通过银星中继网络传输给多旋翼无人机上远程操控系统，W达到对多旋翼无人机 远程控制的目的。又或当多旋翼无人机和当前地面操控系统之间处在超视距范围，通信距 离超过当前地面电台数据链路、2.4G手持遥控系统等点对点通信方式的最大有效通信距 离，遥控指令无法有效传输给多旋翼无人机。由于银星通讯网络采用卫星中继通讯方式，不 同于点对点的通讯方式，数据传输不受距离的影响，因此运时可W由地面操控系统发送指 令，通过银星中继网络传输给多旋翼无人机上远程操控系统，W达到对多旋翼无人机远程 控制的目的。此处，对多旋翼无人机的远程遥控采用SBD短消息传输方式远程遥控多旋翼无 人机，银星通信模块SBD通信方式的最大移动发起消息大小是1960字节，远大于遥控指令数 据长度，足够满足使用要求。
[0080] 4 )接收多旋翼无人机远程遥测数据，并发送给地面操控系统。该功能主要体现 在，当多旋翼无人机和当前地面操控系统之间处在地理障碍限制范围内时，地面电台数据 链路、2.4G手持遥控系统等点对点通信方式由于障碍物阻挡，地面操控系统无法实时接收 多旋翼无人机回传的遥测数据。由于银星通讯网络采用卫星中继通讯方式，不同于点对点 的通讯方式，数据传输不受障碍物的阻挡，因此当处于银星通讯网络的有效通信范围内时， 运时多旋翼无人机上的远程操控系统可W通过银星中继网络把当前遥测数据回传给地面 操控系统，W达到实时接收遥测数据的目的。又或当多旋翼无人机和当前地面操控系统之 间处在超视距范围，通信距离超过当前地面电台数据链路、2.4G手持遥控系统等点对点通 信方式的最大有效通信距离，地面操控系统无法实时接收多旋翼无人机回传的遥测数据。 由于银星通讯网络采用卫星中继通讯方式，不同于点对点的通讯方式，数据传输不受距离 的影响，因此运时多旋翼无人机上的远程操控系统可W通过银星中继网络把当前遥测数据 回传给地面操控系统，W达到实时接收遥测数据的目的。此处，多旋翼无人机遥测数据回传 采用SBD短消息传输方式回传给地面操控系统，银星通信模块SBD通信方式的最大移动发起 消息大小是1960字节，远大于多旋翼无人机需要回传的遥测数据长度，足够满足使用要求。
[0081] 5 )指令备份、安全监测、应急操作。为确保多旋翼无人机能够准确无误地接收指 令，优选在银星远程控制模块内单独开辟了一个指令备份区，用于存储每一套完整操作指 令的模式和最常用最安全的一组指令，运些指令模式和常用指令组都按一定顺序准确排 列。当将要加载给无人机操控主机的指令被解析出来时，会和运些备份指令比较对照，待确 定准确无误后再传送给无人机操控主机。
[0082] 安全监测的功能体现在，当多旋翼无人机处于飞行任务时，会定时通过多旋翼无 人机远程操控系统向银星通讯网络发送当前机体姿态值，电压值，速度，飞行高度，地理坐 标等安全监测数据。地面操控系统通过银星通讯网络接受到运些数据之后，通过数据分析 了解到当前多旋翼无人机的飞行状态，从而达到安全监测的目标。多旋翼无人机安全监测 数据回传采用SBD短消息传输方式回传给地面操控系统，银星通信模块SBD通信方式的最大 移动发起消息大小是I960字节，远大于多旋翼无人机需要回传的安全监测数据长度，足够 满足使用要求。
[0083] 应急操作的功能主要体现在，当多旋翼无人机处于飞行任务时，地面飞行环境突 然改变，不再适合执行飞行任务，无人机如果继续飞行会有损坏的危险，运时通可W过多旋 翼无人机的地面操控系统向多旋翼无人机发布返航命令、盘旋命令、降落命令、开伞命令 等，并且多旋翼无人机远程操控系统会定时向地面操控系统发送当前地理坐标，W防紧急 情况出现，及时寻回无人机。又或者当多旋翼无人机处于飞行任务时，突然地面监测到前方 有障碍，当前飞行高度不适合飞行，无人机如果继续飞行会有损坏的危险，运时通可W通过 地面操控系统向多旋翼无人机发布爬升指令，并且多旋翼无人机上的远程操控系统会定时 向地面操控系统发送当前地理坐标，W防紧急情况出现，及时寻回无人机。此外对多旋翼无 人机的应急操作可W采用数据拨号方式，实时有效的和多旋翼无人机建立数据连接，远程 紧急操控无人机进行避险动作或者紧急开伞，使其能够安全降落。银星通信模块数据拨号 通信方式对通信数据量没有限制，数据延时基本可W忽略，足够满足我们动态实时操控无 人机的要求。
[0084] 另外，考虑到现实飞行环境的复杂性，风速和气流难W预测，为减小危险系数，我 们提出了一系列的应急措施形成相应的应急方案，W备不时之需。
[0085] 多旋翼无人机的地面操控系统和远程操控系统的配套使用共同实现了多旋翼无 人机通讯和安全监测系统的相应功能。
[0086] 远程控制模块设计
[0087] 多旋翼无人机的远程控制模块肩负着缓存数据、建立通讯、对数据的转换解析、指 令备份和应急等任务，是多旋翼无人机有效运行和应急处理的根本保障，因此对该部分的 设计要求也格外严格。本实用新型所使用的多旋翼无人机有作业时间长，能源功耗低等特 点，因此在选择银星远程控制模块忍片和电路板设计时，也要考虑到功耗低、稳定性好等特 点。为此，我们设计了如下方案。
[0088] 1 )远程控制模块电路设计
[0089] 多旋翼无人机银星远程控制模块采用集成、模块化设计思路，将主控CPU、外围电 路、银星9523模块、GPS模块、电平转换模块、SIM卡模块、电源模块等集成在一个壳体内，但 在物理上又划分为2个模块，I;ridium_CPU板和I;ridium_Powe;r板独立设计，并通过板间件双 排座连接。运样设计的好处是，信号处理部分和电源部分独立分开，减少对信号线的影响， 电源电压平稳可靠，波动较小;做成双层板连接，减小控制板所占的体积，使控制板整体较 为紧凑，尺寸大小最大仅为101 X 58mm，双层板最大高度处仅为23mm。
[0090] Ir idium_CPU板:包含主控CPU、接口电路、电平转换模块、SIM卡模块、GPS模块、板 内用二次电源、板间连接总线模块等，是远程控制模块的核屯、部分;Iridium_Power板:包含 银星9523模块、主电源供电模块(7-40V转5V)、VCC3供电模块巧V转3V3)、银星发射VOOST供 电模块巧V转28V)、对外接口模块(DB15插头）、板间连接总线模块等。
[0091] 远程控制模块结构集成遵循标准化、模块化、结构化的原则，方便用户使用、维护， 也能在一定程度上提高系统可靠性。根据模块化设计，结构上分为Iridium_CPU模块和 I;ridium_Powe;r模块(供电控制），二者在空间上呈层叠形式，并通过内部总线连接。如图3、 图4所示。IridiumJTU模块和I;ridium_Powe;r模块(供电控制)均设计为现场可更换单元，降 低现场维修时间，提高作业效率。
[0092] 多旋翼无人机远程控制模块硬件结构示意图如图5所示。上半部分为Iridium_CPU 板，中间部分为板间连接总线，下半部分为Iridium_Power板。银星远程控制模块系统架构 如图6所示主要包括:对外接口、电平转换模块、GPS模块、CPU模块、银星模块、SIM卡接口忍 片、SIM卡座、升压开关电源模块、开关电源模块、LDO电源等模块。
[0093] 多旋翼无人机银星通讯系统一体化设计，通讯模块与通讯天线一体化设计。因为 所有的银星通讯模块和通讯天线之间的连接都需要一段馈线，虽然馈线的选择一般都是屏 蔽线，对信号的衰减在3地W内。但考虑到如果快线过长，对信号的衰减会有所加大，影响银 星通讯的有效性和稳定性。同时考虑到如果馈线过长，当多旋翼无人机需要调控姿态产生 打开电机时，产生的强电流可会对数据传输产生干扰。鉴于W上原因，优选采用通信模块与 通讯天线一体化装配的设计，使馈线长度得到缩减，提高通讯有效性和稳定性，而且更加有 利于多旋翼无人机的整体装配和一体化设计。
[0094] 为了将地面银星通讯天线尽量安置在较为开阔、遮挡物尽量少的地方，同时也为 了给多旋翼无人机银星地面操控平台的操作人员尽量安排在较为安全、方便、舒适的工作 室内，我们要求该地面操控系统通讯数据延长线应尽可能的长。运也是方便用户能够在更 加安全、方便的场所操作多旋翼无人机银星通讯地面操控平台的必要选择。但考虑到多旋 翼无人机银星远程控制模块引出的数据线接口采用RS232的通讯方式，可知该地面操控平 台的数据通讯线延长线不能超过15米。为了更好的解决此问题，本实用新型提出了一种 RS232转RS485延长的方式，首先将从银星远程控制模块引出RS232接口，然后将RS232接口 用RS485接口转接，即可将RS232的TX/RX引线转换成A/B引线，从而可实现将数据信号延长 到百米W外(理论上可是延长到1200米）。
[00%]本实用新型记载并公开的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，能实现操作者对多 旋翼飞行器的实时地面遥控、参数调整、数据分析、安全监测W及紧急情况下应急控制、及 时寻回等功能，W达到在银星有效通讯范围内任何地点、任何时间、任何距离的实时安全监 测的目的。因此在设计多旋翼无人机银星通讯系统时，应考虑到及时性、稳定性、独立性、可 监测等问题。及时性就是要要求多旋翼无人机在主控系统上电后就能够及时的接入银星通 讯网络，为接下来的工作建设好链路;稳定就是要保证多旋翼无人机在建立了数据传输链 路之后，能够保证该链路一直有效工作，直至数据传送和指令接收等工作的结束;独立性就 是指在多旋翼出现故障无法继续飞行时，包括坠毁、GPS信息丢失、电源故障等，该通讯系统 不受其影响仍然能够正常工作，返回当前位置信息，供地面人员找回多旋翼;可监测就是指 多旋翼无人机接入银星通讯网络建立数据传送链路之后，所执行的所有指令操作、数据收 发都能够被地面操控平台所监测。
[0096] 本领域普通技术人员可W理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可W 通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质 中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁 碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memoir ,ROM)或随机存储记忆体（Random Access Memory ,RAM)等。
[0097] W上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施只局限于运些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可W做出若干简单推演或替换，都应当视 为属于本实用新型的保护范围。
【主权项】
1. 一种多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，包括:接收并处理远程控制系 统通过铱星通讯网络传输的探测信息和安全监控数据，以及将操控指令发通过铱星通讯网 络向远程控制系统发送的地面操控系统，和位于多旋翼无人机上，通过铱星通讯网络向地 面操控系统发送探测信息和安全监控数据；以及接收地面操控系统通过铱星通讯网络发送 的操控指令，并进行解析处理，完成规定的任务的远程控制系统;地面操控系统和远程控制 系统通过铱星通讯网络连接； 其中，所述地面操控系统包括： 通过通讯数据延长线与地面控制模块连接，用于建立地面操控系统和位于多旋翼无人 机上的远程控制系统之间的铱星通讯网络数据传输通路，接收并处理远程控制系统发送、 经过铱星通讯网络和地面控制模块回传的数据，以及将操控指令发送给地面控制模块，然 后再通过地面天线向远程控制系统发送的地面操控主机； 连接地面操控主机和地面控制模块，用于使地面操控主机和地面控制模块在地理位置 上分离的通讯数据延长线； 与地面天线连接，用于将地面操控主机发送的操控指令转换成一定格式的数据流，并 储在一个缓存区内，然后通过地面天线将该数据流以微波的形式传送给铱星通讯网络；以 及将地面天线所接收到的微波信号，解析成可以直接读取的代码，并通过数据延长线传送 给地面操控主机，供其解析处理的地面控制模块； 地面GPS天线和地面铱星通讯天线组成的地面天线;地面GPS天线用于接收多旋翼无人 机当前地理位置信息;地面铱星通讯天线用于接收远程控制系统回传的探测信息和安全监 控数据、以及向远程控制系统发送操控指令； 所述远程控制系统包括:无人机操控主机、远程控制模块和远程天线； 与远程控制模块连接，用于对远程控制模块通过远程天线接收的操控指令进行解析处 理，完成规定的任务;并通过远程控制模块和远程天线向地面操控系统发送探测信息和安 全监控数据的无人机操控主机； 与远程天线、无人机操控主机连接，接收无人机操控主机采集的探测信息和安全监控 数据，将该数据转换成一定格式的数据流，并存储在一个缓存区内，通过远程天线将该数据 流以微波的形式传送给铱星通讯网络；以及将远程天线从铱星通讯网络所接收到的微波信 号解析成可以直接读取的代码，发送给无人机操控主机，供其解析处理的远程控制模块； 由远程GPS天线和远程铱星通讯天线组成的远程天线;远程GPS天线用于接收当前地理 位置信息；远程铱星通讯天线用于接收地面操控系统发送的操控指令、以及向地面操控系 统发送探测信息和安全监控数据。2. 如权利要求1所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述远程控制 系统与接收多旋翼无人机当前地理位置信息的GPS天线连接，并通过铱星通讯网络将所述 当前地理位置信息发送给地面操控系统。3. 如权利要求2所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述通讯数据 延长线采用RS232转RS485延长的方式，使地面操控主机和地面控制模块之间的距离在20米 以上。4. 如权利要求2或3所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述地面 控制模块将地面天线所接收到的微波信号，解析成可以直接读取的代码，以及远程控制模 块将远程天线从铱星通讯网络所接收到的微波信号解析成可以直接读取的代码中，所述可 以直接读取的代码是HEX码。5. 如权利要求2或3所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述探测 信息包括:多旋翼无人机上的传感器、探测器获取的数据;所述安全监控数据包括:多旋翼 无人机当前姿态值、电压值、速度值、飞行高度值以及当前地理位置信息。6. 如权利要求3所述的多旋翼无人机通讯和安全监测系统，其特征在于，所述远程天线 与所述远程控制模块中的通信模块一体化装配，且远程天线与通信模块之间通过馈线连 接。
【文档编号】G05D1/10GK205721375SQ201620129211
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年2月19日
【发明人】黄荣辉, 张欣, 李勋, 王松, 陈万里, 李大伟, 裴慧坤, 姚森敬, 周伟才
【申请人】深圳供电局有限公司, 北京航空航天大学
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