一种基于北斗报文链的无人机控制方法与流程

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于北斗报文链的无人机控制方法。

背景技术：

目前，国内所研制无人机的远程控制及状态监测都是通过视距数据链或者卫星数据链两种方式来实现的，这两种通讯方式可以在正常的情况下实时传输大容量的数据，包括对无人机飞行控制设备以及无人机上搭载的任务载荷设备的控制指令，机体及载荷的状态反馈，实时视频数据和图像数据的传输等。指挥人员根据反馈得到的无人机数据了解机体状态以及任务信息，根据无人机的实时状态对无人机机体以及搭载的载荷进行远程控制，规划各种任务并发布至无人机，无人机上的飞行控制器向各个任务载荷发送控制命令，各载荷按照指令执行指定动作。

现有技术的缺陷：对无人机进行远程状态监视和控制，对无人机与地面控制站之间通信的距离和信息传输的质量有较高的要求。采用无线通信方式进行数据交互通信距离有限，对地面控制站天线依赖性强，且通常超出控制范围即失联，无线通信方式绕射性不好，在有遮挡情况下通信效果较差，并且，无线通信方式易受干扰，在有同频段电波干扰时通信效果较差，可能会出现数据包丢失、通信短暂中断甚至通信失联等情况。此时，无人机的状态信息不能及时回传至地面控制站，此时地面控制站的指挥人员不能得知无人机的实时位置和状态信息，不能进行有效判断，同时地面控制站下发的任务指令不能及时下达至无人机，地面控制站会失去对无人机的控制，可能会发生未知的危险。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于北斗报文链的无人机控制方法，解决了在视距数据链和卫星数据链失效的情况下无法控制无人机而导致无人机丢失的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：一种基于北斗报文链的无人机控制方法，包括地面控制站，所述地面控制站通过北斗短报文数据链与北斗卫星进行信息交换，其中北斗卫星将地面控制站的数据信息通过北斗短报文数据链传输给无人机，其中无人机上采集的信息通过北斗短报文数据链以及北斗卫星传输回地面控制站，从而实现无人机的控制与信息的反馈。

其中，地面控制站包括控制台，控制台主要用来对无人机发送操控指令以及无人机机体状态信息的视觉显示，由控制台发送的控制指令传输到北斗短报文编码器进行编码操作，北斗短报文编码器将编成的含有控制指令的北斗短报文传输到地面北斗终端机，地面北斗终端机通过地面北斗通信天线将含有控制指令的北斗短报文传输到北斗卫星，北斗卫星将接收到的含有控制指令的北斗短报文通过无人机上的机载北斗通信天线传输到机载北斗终端机上，机载北斗终端机将含有控制指令的北斗短报文传输到北斗短报文译码器上，北斗短报文译码器将接收到的含有控制指令的北斗短报文翻译为飞行控制器可以识别的控制指令，从而控制无人机与武器系统。

其中，无人机包括光电舱，光电舱主要采集任务地的视图数据，光电舱将采集到的视图数据传输到视觉识别系统，视觉识别系统根据其中存储的数据对视图数据进行分析处理，视觉识别系统将处理好的视觉信息传输到北斗短报文编码器上，其中北斗短报文编码器将视觉信息进行编码处理为含有视觉信息的北斗短报文，北斗短报文编码器将处理好的含有视觉信息的北斗短报文传输到机载北斗终端机上，机载北斗终端机通过机载北斗通信天线将含有视觉信息的北斗短报文传输到北斗卫星，北斗卫星将接收到的含有视觉信息的北斗短报文通过地面北斗通信天线传输到地面北斗终端机，地面北斗终端机将接收到的含有视觉信息的北斗短报文传输到北斗短报文译码器上，北斗短报文译码器将接收到的含有视觉信息北斗短报文信息处理为视觉信息数据，北斗短报文译码器将视觉数据传输到场景虚拟还原器，场景虚拟还原器根据视觉信息结合内置的虚拟地图与位置信息及视觉识别系统所识别的目标所结合输出视图数据，场景虚拟还原器输出的视图数据显示在视觉显示器上，给控制人员发送控制指令提供依据。

视觉识别系统主要进行视频中目标特征的提取(比如：视图中人的个数、视图中车辆的类型及数量、视图中目标的相对特征)，提取后储存为简单的视觉信息方便后期的转换。

场景虚拟还原器内置全球虚拟地图、虚拟人物、虚拟车辆、常见的虚拟场景等。场景虚拟还原器接收由北斗短报文译码器所翻译的视觉信息以及地理位置信息，然后将其特征相结合，生成虚拟场景并且将其显示在视觉显示器上，以达到可以直观观看的效果，给指挥人员发送相应指令做参考。

其中，无人机还包括机体状态信息采集器，机体状态信息采集器采集机体及任务载荷的状态信息，所述状态信息传输到北斗短报文编码器，北斗短报文编码器将状态信息进行编码处理为含有状态信息的北斗短报文，北斗短报文编码器将处理好的含有状态信息的北斗短报文传输到机载北斗终端机上，机载北斗终端机通过机载北斗通信天线将含有状态信息的北斗短报文传输到北斗卫星，北斗卫星将接收到的含有状态信息的北斗短报文通过地面北斗通信天线传输到地面北斗终端机，地面北斗终端机将接收到的含有状态信息的北斗短报文传输到北斗短报文译码器上，北斗短报文译码器将接收到的含有状态信息的北斗短报文信息处理为状态信息，状态信息传输到控制台上的仪表或者显示器上，给控制人员发送控制指令提供依据。

所述的地面北斗终端机和机载北斗终端机还可以通过北斗卫星为指挥人员提供无人机的实时位置信息。

其中北斗短报文译码器主要是将北斗短报文进行“翻译”为无人机控制指令或者作业任务的状态信息。

其中北斗短报文编码器主要是将控制指令或者作业任务的状态信息“翻译”为北斗短报文。

本发明的一种基于北斗报文链的无人机控制方法具有以下优点：在视距数据链和卫星数据链通信中断的情况下可以准确接收到无人机的位置及状态信息，还可以对无人机实行有效的操控，操作载荷设备、执行任务以及返航等，北斗短报文通信使用加密传输，信息传输安全性更高。

附图说明

图1为本发明一种基于北斗报文链的无人机控制方法的信息传输示意图；

图2为本发明一种基于北斗报文链的无人机指挥控制方法的原理图；

图3为本发明北斗短报文译码器的原理图；

图4为本发明北斗短报文编码器的原理图；

图中，1、无人机；2、北斗短报文数据链；3、地面控制器；4、控制台；5、地面北斗终端机；6、地面北斗通信天线；7、机载北斗通信天线；8、机载北斗终端机；9、北斗短报文译码器；10、北斗短报文编码器；11、飞行控制器；12、武器发射系统；13、机体状态信息采集器；14、视觉识别系统；15、光电舱；16、场景虚拟还原器；17、视觉显示器。

具体实施方式

为了更好地了解本发明的目的及功能，下面结合附图，对本发明一种基于北斗报文链的无人机指挥控制方法做进一步详细的描述。

如图1所示，本发明一种基于北斗报文链的无人机控制方法，包括地面控制站3，所述地面控制站3通过北斗短报文数据链2与北斗卫星进行信息交换，其中北斗卫星将地面控制站3的数据信息再通过北斗短报文数据链2传输给无人机1，其中无人机1上采集的信息通过北斗短报文数据链2以及北斗卫星传输回地面控制站3，从而实现无人机1的控制与信息的反馈。

如图2所示，地面控制站3包括控制台4，控制台4主要用来对无人机1发送操控指令以及无人机机体状态信息的视觉显示，由控制台4发送的控制指令传输到北斗短报文编码器10进行编码操作，北斗短报文编码器10将编成的含有控制指令的北斗短报文传输到地面北斗终端机5，地面北斗终端机5通过地面北斗通信天线6将含有控制指令的北斗短报文传输到北斗卫星，北斗卫星将接收到的含有控制指令的北斗短报文通过无人机1上的机载北斗通信天线7传输到机载北斗终端机8上，机载北斗终端机8将含有控制指令的北斗短报文传输到北斗短报文译码器9上，北斗短报文译码器9将接收到的含有控制指令的北斗短报文翻译为飞行控制器11可以识别的控制指令，从而控制无人机1与武器系统12。

如图2所示，无人机1包括光电舱15，光电舱15主要采集任务地的视图数据，光电舱15将采集到的视图数据传输到视觉识别系统14，视觉识别系统14根据其中存储的数据对视图数据进行分析处理，视觉识别系统14将处理好的视觉信息传输到北斗短报文编码器10上，其中北斗短报文编码器10将视觉信息进行编码处理为含有视觉信息的北斗短报文，北斗短报文编码器10将处理好的含有视觉信息的北斗短报文传输到机载北斗终端机8上，机载北斗终端机8通过机载北斗通信天线7将含有视觉信息的北斗短报文传输到北斗卫星，北斗卫星将接收到的含有视觉信息的北斗短报文通过地面北斗通信天线6传输到地面北斗终端机5，地面北斗终端机5将接收到的含有视觉信息的北斗短报文传输到北斗短报文译码器9上，北斗短报文译码器9将接收到的含有视觉信息北斗短报文信息处理为视觉信息数据，北斗短报文译码器9将视觉数据传输到场景虚拟还原器16，场景虚拟还原器16根据视觉信息结合内置的虚拟地图与位置信息及视觉识别系统14所识别的目标所结合输出视图数据，场景虚拟还原器16输出的视图数据显示在视觉显示器17上，给控制人员发送控制指令提供依据。

视觉识别系统14主要进行视频中目标特征的提取(比如：视图中人的个数、视图中车辆的类型及数量、视图中目标的相对特征)，提取后储存为简单的视觉信息方便后期的转换。

场景虚拟还原器16内置全球虚拟地图、虚拟人物、虚拟车辆、常见的虚拟场景等。场景虚拟还原器16接收由北斗短报文译码器9所翻译的视觉信息以及地理位置信息，然后将其特征相结合，生成虚拟场景并且将其显示在视觉显示器17上，以达到可以直观观看的效果，给指挥人员发送相应指令做参考。

如图2所示，无人机1还包括机体状态信息采集器13，机体状态信息采集器13采集机体及任务载荷的状态信息，所述状态信息传输到北斗短报文编码器10，北斗短报文编码器10将状态信息进行编码处理为含有状态信息的北斗短报文，北斗短报文编码器10将处理好的含有状态信息的北斗短报文传输到机载北斗终端机8上，机载北斗终端机8通过机载北斗通信天线7将含有状态信息的北斗短报文传输到北斗卫星，北斗卫星将接收到的含有状态信息的北斗短报文通过地面北斗通信天线6传输到地面北斗终端机5，地面北斗终端机5将接收到的含有状态信息的北斗短报文传输到北斗短报文译码器9上，北斗短报文译码器9将接收到的含有状态信息的北斗短报文信息处理为状态信息，状态信息传输到控制台4上的仪表或者显示器上，给控制人员发送控制指令提供依据。

如图3所示，北斗短报文译码器9主要是将北斗短报文进行“翻译”为无人机控制指令或者作业任务的状态信息。

如图4所示，北斗短报文编码器10主要是将控制指令或者作业任务的状态信息“翻译”为北斗短报文。

在视距数据链和卫星数据链正常使用的情况下，北斗终端机在此时能够为无人机1提供位置信息，还可以对视距数据链和卫星数据链的指令进行验证；在视距数据链和卫星数据链通信中断之后，可进入北斗短报文数据链2的通信控制模式，防止无人机1失联。

本发明一种基于北斗报文链的无人机控制方法中所使用到的北斗短报文短信有以下几个特点：目前北斗短报文通信支持每次560比特(40个汉字)的全球通信能力和每次14000比特(1000汉字)的区域通信能力，接收与发送周期最短为1s一次。

为保证远程控制的有效性，每个报文发送两遍，无人机1接收到两遍相同的报文即确认接收到的报文正确，开始执行。北斗短报文链路自身配有检测机制，一旦检测到发送报文有误，即从下一个节拍重新发送一遍。

由于北斗短报文链路通信带宽有限，在北斗短报文译码器9或者北斗短报文编码器10上预先编写一系列可参数化规定的流程动作集，北斗短报文译码器9或者北斗短报文编码器10收到执行动作的指令或者指定的参数时，即执行响应的动作流程或者对于相应的信息在地面控制站3的相应位置进行视觉化显示。

本发明的技术关键点在于：

1、针对北斗短报文通信传输数据量小的问题，对现有的协议进行简化缩写，定义一种新型简化版报文传输协议，利用有限的数据量增加传输信息，提高短报文的利用率；

2、明确通过北斗短报文链路传输的控制字和状态字范围，梳理信息传输流程，制定避免误码出现的机制。

实施例：

下面以一个实例进一步说明该发明的结构及特点:

在一次任务的过程中，视距数据链与卫星数据链失效，此时指挥人员立马切换为北斗短报文数据链2进行控制。

指挥人员在地面控制站3中的控制台4上发送控制指令，控制指令传输到北斗短报文编码器10上，北斗短报文编码器10将控制指令转换为含有控制指令的北斗短报文，接下来将含有控制指令的北斗短报文传输到地面北斗终端机5上，地面北斗终端机5通过地面北斗通信天线6与北斗卫星相连，经过北斗卫星的中转通过机载北斗通信天线7将含有控制指令的北斗短报文传输到机载北斗终端机8上，机载北斗终端机8将含有控制指令的北斗短报文传输到北斗短报文译码器9上，北斗短报文译码器9将含有控制指令的北斗短报文转换为飞行控制器11可以识别的控制指令，此时控制指令作用在飞行控制器11上，从而控制无人机1。

在执行任务的过程中，无人机1上的机体信息采集器13开始进行反馈工作，将其采集到的状态信息传输到北斗短报文编码器10上，北斗短报文编码器10将采集到的状态信息转换为含有状态信息的北斗短报文，然后将含有状态信息的北斗短报文传输到机载北斗终端机8上，机载北斗终端机8通过机载北斗通信天线7与北斗卫星连接，经过北斗卫星的中转通过地面北斗通信天线6将含有状态信息的北斗短报文传输到地面北斗终端机5上，地面北斗终端机5将含有状态信息的北斗短报文传输到北斗短报文译码器9上，北斗短报文译码器9将含有状态信息的北斗短报文转换为状态信息在控制台4上的仪表或者显示器上显示，从而对于控制人员已反馈，使其更好的进行下一步操作。

在到达任务点时，光电舱15采集任务点的视图数据，然后将视图数据传输到视觉识别系统14中进行分析处理总结为比较简单的视觉信息，该视觉信息传输到北斗短报文编码器10，北斗短报文编辑器10将其转换为含有视觉信息的北斗短报文并且传输到机载北斗终端机8，机载北斗终端机8通过机载通信天线7连接北斗卫星并且传输含有视觉信息的北斗短报文，北斗卫星通过地面北斗通信天线6将含有视觉信息的北斗短报文传输给地面北斗终端机5，北斗终端机5将含有视觉信息的北斗短报文传输到北斗短报文译码器9，北斗短报文译码器9将含有视觉信息的北斗短报文转换为视觉信息，视觉信息输入到场景虚拟还原器16，经过场景虚拟还原器16的模拟还原，输出带有位置信息的任务视图数据，该数据通过视觉显示器显示，从而给控制人员以提示，使其进行下一步操作及飞离、跟踪或者攻击。

当需要攻击目标时，操控人员通过操控台4发送攻击指令，进行逐步的操作，指令传输到飞行控制器11后，由飞行控制器11发送攻击指令给武器系统12，从而攻击目标，在攻击目标后，无人机会生成相应的视觉信息逐步反馈，使的指挥人员可以判断是否击中目标。

在任务结束后，操控人员通过控制台4发送返航指令，经过一系列的处理，最终无人机1接收指令，返航。