长程无人机遥控装备的制作方法

长程无人机遥控装备的制作方法
【专利说明】长程无人机遥控装备
[0001]本发明涉及机动设备(后文通称为“无人机(drone)”)的数据交换和遥控驾驶。它们可能是飞行无人机，特别是旋翼无人机，例如，直升机，四轴飞行器以及诸如此类。但本发明不限于飞行设备的驾驶和数据交换;本发明也适用于在远程操作员控制下在地面行进的滚动装置，术语“无人机(drone)”当然必须以其最宽泛的含义来理解。
[0002]飞行无人机的一个典型的例子是法国巴黎Parrot SA公司的AR.Drone 2.0或Bebop(注册商标)，它们都是配备了一系列传感器(加速度计，陀螺仪，高度计)，捕捉无人机对准的场景的图像的前端视频相机，和捕捉溢出地面的图像的垂直视图相机的四轴飞行器。本发明可适用的另一种类型的无人机是同样来自Parrot SA公司的Jumping Sumo，这是一个遥控的滚动和跳跃的玩具，其配备有加速度计和陀螺仪传感器与前端相机。
[0003]前端相机可用于无人机的“沉浸模式”驾驶，S卩，其中操作者如同他自己在无人机上一样利用相机的图像。这可能也有助于捕捉该无人机朝向的场景的图像序列，操作者将无人机像相机一样使用，不是被握在手里，而是由无人机携带。收集到的图像可以被记录，放在网站上线，发送到其他互联网用户，共享在社交网络等。
[0004]WO 2010/061099A2，EP 2 364 757 Al及EP 2 450 862 Al (Parrot)描述通过具有集成加速度计的触摸屏多媒体电话或平板来驾驶无人机的原理，例如iPhone类型的智能手机或iPad(注册商标)类型的平板。
[0005]后文中，术语“平板”一般指的是这种装置，但该术语不能被狭义的理解;正相反，它还包括同等功能的设备，尤其是提供有至少一个视觉显示屏和无线数据交换装置的所有便携式设备，如智能手机，没有电话功能的多媒体播放器，游戏控制台等。
[0006]平板并入检测驾驶命令和通过直接与无人机建立的W1-Fi(IEEE802.11)的无线电链路或蓝牙无线局域网进行的双向数据交换所需要的各种控制元件。它的触摸屏显示无人机的前端相机捕捉的图像，叠加一定数量的允许飞行控制以及通过用户手指简单的接触触摸屏来激活命令的符号。
[0007]双向无线无线电链路包括上行链路(从平板到无人机)和下行链路(从无人机到平板)以传送数据帧，其包括:
[0008]-(从平板到无人机)驾驶命令，后文简称“命令”，在规则间隔且在系统基础上发送；
[0009]-(从无人机到平板)来自相机的视频流；
[0010]和
[0011]-(从无人机到平板)按照需要，由无人机建立的飞行数据或状态指标，例如:电池的水平，飞行阶段(起飞，自动稳定，降落在地面，等)，海拔，检测到的故障，等。
[0012]本发明更精确地涉及一种在增加的范围内的无人机和平板之间的这些命令和数据的双向传输。
[0013]事实上，通过一个如上述EP 2 450 862 Al描述的直接W1-Fi无线链路进行的遥控，具有有限的范围，最多大约在五十米左右，其对应于驾驶停留在操作人员直接查看的范围内的无人机
[0014]如果需要的更大范围，第一个解决方案是使用W1-Fi范围扩展器(中继器)，该范围扩展器是是作为继电器的收发器，其提供有功率放大器以允许增加在平板和接收器之间使用的无线信道上的辐射功率。该范围因此可以提高到200米。
[0015]然而这种技术存在由无线电链路的二进制速率或比特率的很高的变异性(此比特率常被称为“带宽”)带来的缺点。这个比特率尤其取决于无人机和平板之间的距离，以及取决于容易或多或少干扰无线电波的传输的障碍物的存在或不存在。当无人机远离平板移动时，可用的比特率迅速恶化，这将导致一个上行链路流(命令的发送)和下行链路流(主要是视频流)之间的冲突。
[0016]事实上，要考虑的一个重要参数是对下行链路的视频比特率的很高的需要，其比发送飞行命令和数据所需的比特率高很多。通常情况下，所需的视频带宽，即使对图像进行压缩之后，大约在2.5至3兆比特每秒(Mbps)的量级，相比而言，发送飞行指令和数据只需几千比特每秒(kbps)，这不是简单的数值。换句话说，通常视频占用超过95%的可用比特率。
[0017]这样，比特率的减少将影响分配给上行链路的命令的比特率，因此它将导致上行链路的传输的质量的恶化，以及由平板产生的包含命令的帧的偶尔丢失的风险，且作为后果，控制无人机变得非常困难。
[0018]为了弥补这个缺点，可能提供两种不同的链路，一个用于视频，而另一个用于飞行指令和数据:在这种情况下，无人机向平板返回的视频由W1-Fi链路来操作，其中由W1-Fi中继转发器作为中继器，而飞行指令和数据与专用的遥控设备(提供有操纵杆，鼠标，按钮等的箱)经由无线电链路进行交换，所述无线电链路仅适于与无人机交换飞行命令和数据，该链路与视频流的传输的W1-Fi链路相区别。
[0019]该解决方案(将在后文参考附图2更详细描述)补救了视频流以及飞行命令和数据流之间的冲突的风险。相反，它有三个主要的缺点:
[0020]-中继器的使用涉及无人机和平板之间的信道的时间共享，其将每侧(平板/中继器和中继器/无人机)的比特率限制在平板和无人机之间的直接W1-Fi链路获得的比特率的50% ；
[0021]-中继器是一种对称型的装备，如果它向无人机传送强有力的信号，它也将向平板传送强有力的信号，这将导致饱和的风险，因为平板远比无人机更接近于中继器；
[0022]-如果需要很大的范围，有必要使用非标准W1-Fi协议，特别是考虑到由距离产生的高等待时间。该协议的修改必须应用于整个链路，在平板/中继器侧或在中继器/无人机侧两者上，使得必须通过平板实现的W1-Fi将不再是标准W1-Fi。
[0023]DElO 2012 012 462 Al描述了一种配置，其包括遥控控制台、合并到该控制台的平板、和遥控模型。这三个元件的每一个都具有处理器和通信接口，该通信接口特别合并蓝牙型的无线通信模块。该配置可以进一步辅以(无线或通过电缆)对接到控制台以及平板和该模型的信号转换器。该转换器作为这三个元件之间的通信集线器。该模型可由控制台或平板同样地遥控，从而起到相对于由控制台形成的主要遥控的辅助或紧急遥控的作用。因此，在控制台或平板故障的情况下，用户仍然拥有可操作的遥控，该遥控允许它安全地将该模型带回到正确的位置。
[0024]本发明的目的是，通过提出一种新的通信网络体系结构，弥补以上提到的种种缺占.V.
[0025]-其提供给无人机为长距离优化(通过稳健的协议，简单的无线电调制，等)但使用的无线电信道没有时间分享的的W1-Fi链路，从而能够受益于所使用的信道的潜在的比特率的总数；
[0026]-其可以向无人机传输强有力的信号，从而能够与无人机在很长的范围内通信，该范围通常高达2千米，而既没有平板侧信号饱和的风险也不与附近的设备相互干扰；
[0027]-以及，在没有妥协也没有限制所述两个先前的目标外，确保与任何类型的平板的互操作性，其中平板根据根据非修改的W1-Fi协议操作。换句话说，平板所使用的W1-Fi必须保持是标准的W1-Fi，而不为长距离而优化，并保持使用平板显示飞行参数和通过在触摸屏上的动作来在短距离范围内发送命令的可能性，以与在视觉飞行的情况下相同的方式。
[0028]值得注意的，在此处以及在后文中，通过“长程”或“长距离”，它意味着百米范围，即，