一种基于无人机平台中继通信系统及方法与流程

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于无人机平台中继通信系统及方法。

背景技术：

信息的传递已经成为当今社会生活必不可少的一部分，但在一些特殊地区通信网络的建设仍显的十分脆弱，尤其是出现自然灾害、以及战争时，由于通信设施损害或通讯中断会造成一些信息孤岛的出现。

针对区域内多个不同终端节点之间的通信问题，在现有技术中有多种解决方案，例如：通过同步轨道卫星通信系统、通过海事卫星通信终端、通过电台网络、通过wi-fi网络等等方式来实现不同终端节点之间的通信。但这些解决方案都存在一些不可忽略的缺点。同步轨道卫星通信系统能够提供较大的通信容量，但是其费用高昂，携带不便，不能支持大规模用户群体使用，而且传输链路延迟较大；海事卫星通信终端容量较小，只能保证基本语音通话，对视频和图片的传输则显得比较吃力；电台网络尽管能够支持大容量用户的相互通信需求，但是其覆盖的范围十分有限，同时，遇到高山等阻挡时，会造成网络信号覆盖中断；wi-fi网络同样具有覆盖范围小的弊端，而且信息传输安全无法保证(采用标准开放技术协议开发)。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种基于无人机平台中继通信系统及方法。

本发明提供了一种基于无人机平台中继通信系统，包括：地面通信终端和无人机载中继通信平台，所述无人机载中继通信平台设置在无人机上，用于转发不同地面通信终端之间的数据传输，所述无人机载中继通信平台采用160度波束宽度机载天线，增益为3～5dbi，射频功放功率为10瓦；所述无人机载中继通信平台至所述地面通信终端为单点对多点通信方式，采用基于时分复用方式传输数据，所述地面通信终端至所述无人机通信平台为多点对一点通信方式，采用tdma多址接入方式传输数据。

其中，所述地面通信终端包括单兵终端和车载终端，所述单兵终端包括收发信机设备，所述车载终端包括与所述无人机载中继通信平台通信的收发信机设备，所述单兵终端用于向其他地面通信终端发送数据，同时接收其他地面通信终端发送过来的数据。

其中，所述单兵终端还包括：控制模块，用于向所述无人机载中继通信平台和所述无人机发送控制指令，来控制所述无人机及所述无人机载中继通信平台上的各设备。

其中，所述无人机载通信平台为中继通信终端。

其中，所述无人机载中继通信平台包括电池、中频处理设备、射频处理设备、定向天线；

所述电池用于为所述中频处理设备和所述射频处理设备提供电源供应；

所述中频处理设备用于根据数据地址标识通过tdm方式将所述射频处理设备处理后的数据发送至其他地面通信设备终端；

所述射频处理设备用于对通过天线接收到的l波段信号的功率放大；

所述天线用于与所述地面通信终端进行通信。

其中，所述天线采用宽波束结合大增益结构，有效波束宽度为160度，增益为3～5dbi，圆极化，采用陶瓷介质材料制成。

其中，所述地面通信终端包括电池模块、中频处理模块、射频处理模块以及天线模块，其中：

所述电池模块用于为所述中频处理模块和所述射频处理模块提供电源供应；

所述中频处理模块用于根据数据地址标识通过tdma方式将所述射频处理模块处理后的数据发送至所述无人机载通信平台；

所述射频处理模块用于对通过天线接收到的l波段信号的功率放大；

所述天线用于与所述无人机载通信平台进行通信。

其中，所述天线采用宽波束结合大增益结构，有效波束宽度为160度，增益为3～5dbi，圆极化，采用陶瓷介质材料制成。

本发明又提供了一种基于无人机平台中继通信方法，包括：

步骤s1：当无人机升空后，所述无人机上的无人机载中继通信平台设备启动；

步骤s2：所述无人机载中继通信平台设备通过前向链路广播发送网络时间同步参考信号和每个基站的初始化时隙分配信息；

步骤s3：所述地面通信终端通过预先约定的通信参数接收网络时间同步参考信号和时隙分配信息；

步骤s4：所述地面通信终端判断是否成功接收网络时间同步参考信号和时隙分配信息，是则执行步骤s5，否则返回步骤s3；

步骤s5：所述地面通信终端判断是否有数据发送，是则执行s6，否则待机；

步骤s6：当不同的地面通信终端之间进行通信时，发送地面通信终端通过系统预分配的时隙发送数据至所述无人机载中继通信平台，等待分配数据发送时隙，发送时隙分配成功后所述无人机载中继通信平台通过所述发送时隙向接收地面通信终端发送数据。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的技术方案，采用基于无人机载中继通信平台与地面通信终端设备之间构成的无线通信网络，具有灵活机动，使用范围广泛，突破了传统无线通信系统受地形阻挡的限制，使得地面非视距终端之间也能够通过无人机载中继通信平台来实现地面上不同终端之间的通信；无人机载中继通信平台的天线模块突破了传统天线宽波束宽度与高增益之间的矛盾，使得本系统网络的有效通信覆盖面积大大增加，使通信网络系统内地面通信终端节点之间能够正常通信；本系统采用tdm/tdma通信体制，能够灵活分配系统资源，实时适应系统中地面通信终端数据的变化。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种基于无人机平台中继通信系统示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种基于无人机平台中继通信系统的数据传输实现示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种基于无人机平台中继通信系统的模块示意图；

图4为本发明实施例二提供的一种基于无人机平台中继通信方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一提供一种基于无人机平台中继通信系统，如图1所示，包括：地面通信终端和无人机载中继通信平台，其中，地面通信终端包括单兵终端和车载终端，单兵终端包括便携的收发信机设备，车载终端包括与无人机载中继通信平台通信的收发信机设备，单兵终端向其他地面通信终端发送数据，同时接收其他地面通信终端发送过来的数据，单兵终端还可包括控制模块，用于向无人机载中继通信平台和无人机发送控制指令，来控制无人机及无人机载中继通信平台上的各设备；无人机载中继通信平台设置在无人机上，用于转发不同地面通信终端之间的数据传输，通过无人机将无人机载中继通信平台悬空在离地面3千米的高空，使其能够覆盖超过1000平方千米的有效通信区域(例如图中的虚线椭圆部分)。优选的，本实施例中的无人机载中继通信平台为中继通信终端。本实施例中的无人机载中继通信平台采用160度波束宽度机载天线，增益为3～5dbi，射频功放功率为10瓦，同时结合dpd(digitalpre-distortion，数字预失真)技术，使得系统总效率提升一倍，可以成功覆盖超过1000平方千米的区域，而且该系统不受地面地形的限制，不会造成无线网络信号遮挡问题。

优选的，地面通信终端包括一台车载终端和多个单兵终端，车载终端可以通过其他附属通信设备与其他网络连接(如pstn网络)，实现单兵终端与其他网络之间的通信。本系统中的地面通信终端和无人机载中继通信平台均采用小型化结构设计，优选的，无人机载中继通信平台体积为20x15x7cm，重量控制在3.5kg以内；地面通信终端体积为14x8x6cm，重量控制在1.5kg以内，有效地解决了通信距离与设备便携性之间的矛盾。

本系统在通信体制方面采用tdm(时分多路复用)/tdma(时分多址接入)方式，无人机载中继通信平台至地面通信终端定义为前向链路，为单点对多点通信方式，采用基于时分复用(tdm)方式传输数据，如图1所示；地面通信终端至无人机载中继通信平台为多点对一点通信方式，采用tdma多址接入方式传输数据。本实施例的系统是一个动态网络，在每次组网过程中，地面通信终端的数量并不固定，tdm广播数据传输的形式能够很好的应对地面通信终端数量的变化；同样，通过调整tdma时隙分配应对地面通信终端的变化。

如图2所示，地面通信终端之间通过无人机载中继通信平台实现数据通信，即地面通信终端将数据发送给无人机载中继通信平台，无人机载中继通信平台再将该数据转发给其他地面通信终端，其中，双箭头虚线表示数据传输链路1，双箭头实线表示数据传输链路2，双箭头点划线飞控传输链路。例如当地面单兵终端_a向地面单兵终端_b发送业务消息时，首先单兵终端_a先将数据发送至无人机载中继通信平台，然后无人机载中继通信平台再发送至地面单兵终端_b，其中，无人机载中继通信平台不会对业务数据做任何改动，而直接透明转发。本实施例的系统可支持音频、视频、以及数据的传输，同时各地面通信终端均支持基于ip传输协议，支持因特网业务。

在本系统借助无人机，实现一种大覆盖区域无线通信网络系统，该系统布置便携，应用灵活，相对飞艇等其他平台更加机动灵活，而且成本更低。同时，该系统具有不受地形限制的优势，适用于军事应用、抢险救灾、救援等通信领域。

如图3所示，本实施例系统中的无人机载中继通信平台为一个相对独立的功能设备集合，包括电池、中频处理设备、射频处理设备、定向天线。其中：

电池：用于为中频处理设备和射频处理设备提供电源供应；

中频处理设备：用于根据数据地址标识通过tdm方式将射频处理设备处理后的数据发送至其他地面通信设备终端；

射频处理设备：用于对通过天线接收到的l波段信号的功率放大，该设备中射频功率放大器的有效增益为40dbm，同时，射频处理设备采用dpd(数字预失真)技术，效率提高30％～50％；

天线：用于与地面通信终端进行通信，该天线采用宽波束结合大增益结构，有效波束宽度(3db带宽)为160度，增益为3～5dbi，圆极化，采用陶瓷介质材料制成。

相应的，地面通信终端包括电池模块、中频处理，模块、射频处理模块以及天线模块，其中：

电池模块：用于为中频处理模块和射频处理模块提供电源供应；

中频处理模块：用于根据数据地址标识通过tdma方式将射频处理模块处理后的数据发送至无人机载中继通信平台。

射频处理模块：用于对通过天线接收到的l波段信号的功率放大，该模块中射频功率放大器的有效增益为40dbm，同时，射频处理模块采用dpd(数字预失真)技术，效率提高30％～50％；

天线：用于与无人机载中继通信平台进行通信，该天线采用宽波束结合大增益结构，有效波束宽度(3db带宽)为160度，增益为3～5dbi，圆极化，采用陶瓷介质材料制成；

由于地面通信终端中的各个模块均采用小型化、集成化结构设计，便于携带。

本实施例中的系统采用无人机的高空优势与宽波束天线相结合，将通信有效覆盖面积的大幅度提高；同时将无人机载中继通信平台作为一个转发平台，使得在复杂地形中进行应急通信变得更有效率和便捷，实现无线链路在非视距的情况下仍然能够正常通信。

实施例二

本发明实施例二提供一种基于无人机转发平台中继通信方法，如图4所示，包括：

步骤s1：当无人机升空后，无人机上的无人机载中继通信平台设备启动；

步骤s2：无人机载中继通信平台设备通过前向链路广播发送网络时间同步参考信号和每个基站的初始化时隙分配信息；

步骤s3：地面通信终端通过预先约定的通信参数(例如频率、调制编码方式、码片速率)接收网络时间同步参考信号和时隙分配信息；

具体的，在本实施例中，地面通信终端通过网络时间同步参考信号和时隙分配信息确定地面通信终端反向链路信息的发送开始时间和发送结束时间；

步骤s4：地面通信终端判断是否成功接收网络时间同步参考信号和时隙分配信息，是则执行步骤s5，否则返回步骤s3；

步骤s5：地面通信终端判断是否有数据发送，是则执行s6，否则待机；

步骤s6：当不同的地面通信终端之间进行通信时，发送地面通信终端通过系统预分配的时隙发送数据至无人机载中继通信平台，等待分配数据发送时隙，发送时隙分配成功后则无人机载中继通信平台通过该时隙向接收地面通信终端发送数据。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。