一种无人机组网通信系统及方法与流程

1.本发明实施例涉及无人机通信技术领域，特别涉及一种无人机组网通信系统及方法。


背景技术：

2.无人机，又称为无人驾驶飞机(unmanned aerial vehicle/drones，uav)，是一种能够利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置实现操纵的不载人飞机，或者，由车载计算机完全地或间歇地自主地操作的不载人飞机。
3.现如今，无人机在航拍、侦察、公安/消防/交通/应急救援、海关边防/海监巡查、实时转播/现场监控、电力巡线/管道巡线、植保等领域都得到了广泛应用，其中，无人机与地面端的通信主要是通过专用私有网络来进行数据传输，其特点是需要保证两端通视，容易受环境遮挡影响，此问题也导致了实际运用中，受环境的遮挡无人机所能覆盖的范围十分有限，限制了其使用。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种无人机组网通信系统及方法。
5.本发明实施例的目的是通过如下技术方案实现的：
6.为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种无人机组网通信系统，包括：无人机，用于采集多媒体数据；至少一个中继基站，一台所述中继基站仅与一架所述无人机专有连接以获取所述多媒体数据；地面基站，与中继基站链路中距离所述地面基站最近的中继基站专有连接以通过所述中继基站链路获取所述多媒体数据，其中，所述中继基站链路为所述无人机与所述地面基站实现通信连接的若干个中继基站组成的链路；控制终端，与所述地面基站无线通信连接以获取所述多媒体数据。
7.在一些实施例中，所述系统还包括：云服务器，通过公网与所述控制终端和各所述中继基站通信连接，所述云服务器配置为根据飞行任务控制中继基站链路中各所述中继基站的开关，且与所述控制终端进行数据交互。
8.在一些实施例中，各所述中继基站内存储有唯一标识，用于确定所述中继基站的身份信息；各所述中继基站内设置有差分定位模块，用于定位与所述中继基站连接的无人机。
9.在一些实施例中，各所述中继基站内设置有可充电电池。
10.为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种无人机组网通信方法，应用于第一方面所述的无人机组网通信系统，所述方法包括：根据飞行任务规划飞行路线并开启中继基站链路中的各中继基站；通过所述无人机采集多媒体数据并依次通过所述中继基站链路和所述地面基站将所述多媒体数据回传至所述控制终端。
11.在一些实施例中，所述开启中继基站链路中的各中继基站，包括：所述云服务器通过所述公网发送开启指令至所述中继基站链路中的各中继基站；所述中继基站链路中的各
中继基站接收到所述开启指令后打开。
12.在一些实施例中，在所述开启中继基站链路中的各中继基站之后，所述方法还包括：所述中继基站链路执行链路自检。
13.在一些实施例中，所述通过所述无人机采集多媒体数据并依次通过所述中继基站链路和所述地面基站将所述多媒体数据回传至所述控制终端，包括：所述无人机通过点到点专有网络连接将所述多媒体数据路由至与所述无人机连接的中继基站；所述与所述无人机连接的中继基站将所述多媒体数据通过所述中继基站链路将所述多媒体数据路由至距离所述地面基站最近的中继基站；所述距离所述地面基站最近的中继基站将所述多媒体数据路由至所述地面基站；所述地面基站通过无线通信连接将所述多媒体数据回传至所述控制终端。
14.在一些实施例中，所述方法还包括：所述控制终端获取用户的控制指令，并通过无线通信连接将所述控制指令发送至所述地面基站；所述地面基站通过点到点专有网络连接将所述控制指令发送至中继基站链路中距离所述地面基站最近的中继基站；所述距离所述地面基站最近的中继基站通过点到点专有网络连接将所述控制指令发送至与所述无人机专有连接的中继基站；所述与所述无人机专有连接的中继基站通过点到点专有网络连接将所述控制指令发送至所述无人机以使所述无人机执行飞行任务。
15.在一些实施例中，所述方法还包括：控制所述无人机连接至最近的中继基站并执行异地起降。
16.在一些实施例中，所述方法还包括：获取与所述无人机专有连接的中继基站的唯一标识，以确定所述无人机的所在位置范围；通过与所述无人机专有连接的中继基站中的差分定位模块，准确定位所述无人机。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种无人机组网通信系统及方法，该系统包括无人机、至少一个中继基站、地面基站和控制终端云服务器，一台所述中继基站仅与一架所述无人机专有连接以获取所述多媒体数据，各所述中继基站与中继基站链路上距离最近的两台中继基站建立专有连接，地面基站与中继基站链路中距离地面基站最近的所述中继基站专有连接以通过所述中继基站链路获取所述多媒体数据，控制终端与所述地面基站无线通信连接以获取所述多媒体数据，通过本发明实施例提供的组网通信系统及方法无人机可实现远距离的中继传输，且扩展性好、可覆盖范围大。
附图说明
18.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
19.图1是本发明实施例一提供的一种无人机组网通信系统的结构示意图；
20.图2是本发明实施例二提供的一种无人机组网通信方法的流程示意图；
21.图3是图2所示无人机组网通信方法中步骤s20的一子流程示意图；
22.图4是本发明实施例二提供的另一种无人机组网通信方法的流程示意图；
23.图5是本发明实施例二提供的另一种无人机组网通信方法的流程示意图；
24.图6是本发明实施例二提供的又一种无人机组网通信方法的流程示意图；
25.图7是本发明实施例二提供的又一种无人机组网通信方法的流程示意图。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
27.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
28.需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。
29.除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。
30.此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
31.当前市面上主流的提高无人机覆盖范围的方案主要是通过组网的方式来扩展无人机的覆盖范围，目前存在两种主要组网技术方案，但都存在相应的不足：
32.方案1.由一架无人机做为中继，通过点对点的专有网络与其他多架无人机组网，增加无人机节点数，以扩大传输距离，此方法通过增加无人机的数量来增大无线通讯的距离，但受限于无人机电池的容量，充当中继节点的无人机无法长时间保持工作状态，必须在一定时间内更换电池，这样也影响了整个链路的稳定性；
33.方案2.通过3/4/5g网络来控制无人机方式进行组网来进行远距离的无人机飞行控制和实时的视频监控，此方法需要利用运营商的基站与无人机进行通讯，此方案中，无人机的飞行高度通常会比基站高，而基站的信号主要在水平方向上发射的，这导致基站与无人机之间信号较为不好，且一些山区等偏僻地方的基站部署较少，信号较弱，无法保证无人机与基站的稳定连接，此外，从经济层面考虑，通过运营商的服务来进行无人机图像传输，需要耗费巨大的流量，会增加使用成本。
34.本发明实施例提供了一种无人机组网通信系统及方法，通过设地面基站置及多个中继基站，灵活根据飞行任务及无人机的位置调整中继基站链路中的各个中继基站，以实现无人机与控制终端之间的通信，组网灵活，实现远距离覆盖。
35.具体地，下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
36.实施例一
37.本发明实施例提供了一种无人机组网通信系统，请参见图1，其示出了本发明实施
例提供的一种无人机组网通信系统的结构，所述无人机组网通信系统1包括：无人机10、至少一个中继基站20、地面基站30、控制终端40。进一步地，所述无人机组网通信系统1还包括云服务器50。
38.所述无人机10，用于采集多媒体数据；所述无人机(unmanned aerial vehicle/drones，uav)10用于执行探测工作，所述无人机10上搭载有雷达、摄像头等传感器，能够实现侦查、航拍等工作，且设置有通讯模块，能够实现与地面端上中继基站20的通信连接。所述无人机10与所述中继基站20通过专有连接技术实现数据的传输，具体可根据实际需要和场景选择相应的专有网络。
39.所述至少一个中继基站20包括多台中继基站20，图1中仅示出了三台中继基站20a、20b和20c，在实际应用场景中，中继基站20的数量可根据实际需要进行设置，且有，一台所述中继基站20仅与一架所述无人机10专有连接以获取所述多媒体数据；优选地，所述的专有连接为点到点专有网络连接，所述无人机10与中继基站链路上距离最近的中继基站20c连接，可以将多媒体数据发送至距离最近的中继基站20c，并依次通过中继基站链路将多媒体数据依次通过中继基站20b、中继基站20a后路由至地面基站30。
40.需要说明的是，在本发明实施例图1所示示例中，中继基站20a、中继基站20b和中继基站20c形成一条中继基站链路，在其他的一些实施例中，所述中继基站链路的数量，以及所述中继基站链路中中继基站20的数量及位置等，可根据实际需要进行设置，在选择构成中继基站链路的中继基站时，可综合考虑无人机传输信号的好坏以及传输路径的长短进行选择，不需要拘泥于本发明实施例的限定。
41.且有，各所述中继基站20内存储有唯一标识，所述控制终端40可通过所述唯一标识确定所述中继基站20的身份信息，确定所述无人机10当前连接的中继基站20，从而确定所述无人机10所在的位置范围，所述唯一标识可以是序列码等可识别所述中继基站20身份信息的数据，进一步地，与所述唯一标识相对应的中继基站20的身份、型号、大概位置、覆盖范围等信息可保存在所述云服务器50中，在需要查询时通过查表的方式根据所述唯一标识进行查询。
42.且有，各所述中继基站20内设置有差分定位模块(real-time kinematic，rtk)，用于定位与所述中继基站20连接的无人机10，该差分定位模块rtk采用实时动态载波相位差分技术，能够将基准站采集的载波相位发给控制终端40，进行求差解算坐标，从而得到所述无人机10和中继基站20的准确位置或相对位置，实现高精度定位。
43.且有，各所述中继基站20内设置有可充电电池，从而保证所述中继基站20可保持长时间工作不掉电，所述可充电电池可以是锂电池等高密度电池，可以是通过太阳能板充电的电池，在中继基站20未启动时配合中继基站20的低功耗模式关闭，在接收到开启指令后开机，从而尽量节省电能，具体地可根据实际需要选择所述可充电电池的类型和数量。
44.所述地面基站30，与中继基站链路中距离地面基站最近的所述中继基站20专有连接以通过所述中继基站链路获取所述多媒体数据，其中，所述中继基站链路为所述无人机10与所述地面基站30实现通信连接的若干个中继基站20组成的链路；优选地，所述的专有连接为点到点专有网络连接，所述地面基站30为与所述控制终端40距离最近的基站。且有，所述地面基站30能够同时与一台或者多台中继基站20通信连接，当存在两台以上的无人机10，两条以上的中继基站链路且都需要回传数据或者接收指令时，所述地面基站20也可同
时或交叉分时连接至两条以上的中继基站链路中距离所述地面基站30最近的中继基站20，从而实现数据传输，此时，所述地面基站30还可以控制与不同中继基站链路的连接的切换。
45.所述控制终端40，与所述地面基站30无线通信连接以获取所述多媒体数据；所述控制终端40为能够接收用户指令的终端，优选地，所述控制终端40上还可以设置有显示屏，以提供可视功能，所述控制终端40可以是遥控装置、平板、手机、电脑等，具体地，可根据实际需要进行设计。在本发明实施例中，所述控制终端40与所述地面基站30通过无线通信连接，例如，可以是通过wifi，蓝牙等实现无线通信连接，，具体可根据实际需要进行选择。
46.所述云服务器50，通过公网与所述控制终端40和各所述中继基站20通信连接，所述云服务器50配置在根据飞行任务控制中继基站链路中各所述中继基站20的开关，且与所述控制终端40进行数据交互。其中，所述云服务器50与所述控制终端40的连接可以是采用现有的运营商提供的各类公共网络/组网技术，例如，4g/5g无线网络、有线网络等，具体地，可根据实际需要进行设置。所述云服务器50具有数据存储以及数据处理/计算的功能，所述云服务器50能够进行路线规划，还能够根据所述控制终端40发送的查询指令查询数据库中中继基站及无人机等的数据，且还能够下发控制指令至各所述中继基站20以控制各所述中继基站20的开启或关闭。
47.实施例二
48.本发明实施例提供了一种无人机组网通信方法，请参见图2，其示出了本发明实施例提供的一种无人机组网通信方法的流程，所述无人机组网通信方法可应用于实施例一所述的无人机组网通信系统，所述方法包括但不限于以下步骤：
49.步骤s10：根据飞行任务规划飞行路线并开启中继基站链路中的各中继基站；
50.具体地，首先，由所述控制终端根据飞行任务规划飞行路线，并将所述飞行任务通过公网发送至所述云服务器。其次，在确定好飞行路线后，选择兼顾信号好、路径短的中继基站链路并确定组成该中继基站链路的各中继基站。最后，所述开启中继基站链路中的各中继基站，包括：所述云服务器通过所述公网发送开启指令至所述中继基站链路中的各中继基站；所述中继基站链路中的各中继基站接收到所述开启指令后打开。其中，各中继基站平时为低功耗模式，只有在飞行任务开启时才通过云端服务器打开，从而节省电能，保证其续航性。
51.步骤s20：通过所述无人机采集多媒体数据并依次通过所述中继基站链路和所述地面基站将所述多媒体数据回传至所述控制终端。
52.具体地，请参见图3，其示出了图2所示无人机组网通信方法中步骤s20的一子流程，所述通过所述无人机采集多媒体数据并依次通过所述中继基站链路和所述地面基站将所述多媒体数据回传至所述控制终端，包括但不限于以下步骤：
53.步骤s21：所述无人机通过点到点专有网络连接将所述多媒体数据路由至与所述无人机连接的中继基站；
54.步骤s22：所述与所述无人机连接的中继基站将所述多媒体数据通过所述中继基站链路将所述多媒体数据路由至距离所述地面基站最近的中继基站；
55.步骤s23：所述距离所述地面基站最近的中继基站将所述多媒体数据路由至所述地面基站；
56.步骤s24：所述地面基站通过无线通信连接将所述多媒体数据回传至所述控制终
端。
57.在本发明实施例中，请一并参见上述图1，所述无人机10在采集到多媒体数据之后发送至距离该无人机最接近的中继基站20c，然后通过中继基站链路传输至距离地面基站30最接近的中继基站20a，距离地面基站30最接近的中继基站20a将多媒体数据发送至地面基站30，地面基站30再将多媒体数据发送至控制终端40，用户再根据显示的多媒体数据执行下一步操作。
58.在一些实施例中，请参见图4，其示出了本发明实施例提供的另一种无人机组网通信方法的流程，在所述开启中继基站链路中的各中继基站之后，所述方法还包括：
59.步骤s30：所述中继基站链路执行链路自检。
60.在本发明实施例中，在无人机执行飞行任务前，会进行中继基站链路自检，从而保证链路畅通，确保无人机连接至链路中的任意一个中继基站皆能够将数据路由至控制终端。进一步地，在所述无人机飞行的期间各所述中继基站还会实时上报中继基站的工作状态。
61.在一些实施例中，请参见图5，其示出了本发明实施例提供的另一种无人机组网通信方法的流程，所述方法还包括：
62.步骤s41：所述控制终端获取用户的控制指令，并通过无线通信连接将所述控制指令发送至所述地面基站；
63.步骤s42：所述地面基站通过点到点专有网络连接将所述控制指令发送至中继基站链路中距离所述地面基站最近的中继基站；
64.步骤s43：所述距离所述地面基站最近的中继基站通过点到点专有网络连接将所述控制指令发送至与所述无人机专有连接的中继基站；
65.步骤s44：所述与所述无人机专有连接的中继基站通过点到点专有网络连接将所述控制指令发送至所述无人机以使所述无人机执行飞行任务。
66.在本发明实施例中，请继续参见上述图1，当用户需要操控控制终端40，使得所述无人机10执行相应的飞行任务时，确定与所述无人机10连接的中继基站20具体是哪一台，同时所述控制终端40根据用户的操作以及与所述无人机10连接的所述中继基站20c的位置生成控制指令并打包成数据包发送至地面基站30，然后地面基站30将数据包发送至距离最近的中继基站20a，中继基站20a通过中继基站链路将数据包发送至与无人机10连接的所述中继基站20c，与无人机10连接的所述中继基站20c再将数据包发送至无人机10，无人机10解码数据包、获得控制指令并执行。
67.在一些实施例中，请参见图6，其示出了本发明实施例提供的又一种无人机组网通信方法的流程，所述方法还包括：
68.步骤s50：控制所述无人机连接至最近的中继基站并执行异地起降。
69.在本发明实施例中，所述无人机在执行飞行任务的过程中，还可以不必从控制终端所在位置起飞，可以从靠近无人机的附近的任意一个中继基站附近的位置起飞，以执行异地起降。以上述图1为例，也即是，当无人机10在中继基站20b附近时，可以控制所述无人机10在所述中继基站20b附近执行异地起降。
70.在一些实施例中，请参见图7，其示出了本发明实施例提供的又一种无人机组网通信方法的流程，所述方法还包括：
71.步骤s61：获取与所述无人机专有连接的中继基站的唯一标识，以确定所述无人机的所在位置范围；
72.步骤s62：通过与所述无人机专有连接的中继基站中的差分定位模块，准确定位所述无人机。
73.在本发明实施例中，在需要获取无人机的位置信息，此时，可以通过获取与所述无人机专有连接的中继基站的唯一标识，以确定所述无人机专有连接的中继基站的位置，以及所述无人机的所在位置范围；进一步地，通过通过与所述无人机专有连接的中继基站中的差分定位模块，准确定位所述无人机，确定所述无人机与所述中继基站的相对位置或者在空间中的绝对位置。
74.本发明实施例中提供了一种无人机组网通信系统及方法，该系统包括无人机、至少一个中继基站、地面基站和控制终端云服务器，一台所述中继基站仅与一架所述无人机专有连接以获取所述多媒体数据，各所述中继基站与中继基站链路上距离最近的两台中继基站建立专有连接，地面基站与中继基站链路中距离地面基站最近的所述中继基站专有连接以通过所述中继基站链路获取所述多媒体数据，控制终端与所述地面基站无线通信连接以获取所述多媒体数据，通过本发明实施例提供的组网通信系统及方法无人机可实现远距离的中继传输，且扩展性好、可覆盖范围大。
75.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
76.通过以上的实施方式的描述，本领域普通技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程是可以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 memory,rom)或随机存储记忆体(random access memory,ram)等。
77.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。