一种无人机监管方法、装置及系统与流程

本发明涉及基于移动通信的无人机监管技术，尤其涉及一种无人机监管方法、装置及系统。

背景技术：

无人机可广泛用于精确农业、能源矿业、房产建筑、救灾搜寻、航拍、快递、监控、治安巡逻等领域，因此，无人机市场规模会越来越大，对无人机的监管也变得越来越重要。

现有的技术手段对监管无人机存在一定的难度，从技术方面，无人机属于飞行高度低、飞行速度慢、体积小的目标，使得常规雷达系统难以探测到；从管理方面，目前已有的航空管制系统接近饱和，无法容纳和监管未来大量增加的无人机。

目前，已有技术侧重于与无人机安全数据连接、远程测控等，仅有一些监管无人机初步的方案；其中，

第一种方案，公开了一种无人机飞行监控系统，包括机载终端、地面终端和中心控制单元，其中，地面终端将飞行申请及相关信息发送给中心控制单元，中心控制单元向飞行许可及管理部门获取飞行许可后，将信息反馈给无人机系统。但是，此方案只提出了一种监管系统，对一些关键问题，如信息安全、信息交互方式、非授权无人机探测等都没有提出解决方法；

第二种方案，公开了一种无人机管控方法及管理平台，包括设置无人机飞行级别，按照所述飞行级别对所述无人机进行分级管控。此方案提出了一个无人机管理平台，其侧重于如何设置无人机飞行级别，按照所述飞行级别对无人机进行管理，但对一些关键问题，如信息安全、信息交互方式、非授权无人机探测等有都没有提出解决方法；

第三种方案，公开了一种基于移动通信网络的无人机数据链路，包括远程服务器、网络终端及至少一个移动通信模块，每个移动通信模块均位于与其对应的无人机，每个移动通信模块通过基站与蜂窝网络相连，实现双向通信，建立通信数据链路。但是，此方案仅提出了通过移动通信网络建立控制无人机的数据链路，并没有涉及到具体如何实现的技术和方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例期望提供一种无人机监管方法、装置及系统，能对无人机进行有效监管，避免在监控区域内可能发生的各种安全事故。

为达到上述目的，本发明实施例提供了一种无人机监管方法：

一种无人机监管方法，其特征在于，所述方法包括：

采用专用接入点名称apn接入移动通信网；

将授权无人机的相关信息和探测到的未授权无人机的位置信息上报无人机监管平台usp；

usp对上报信息进行分析，向授权无人机发送管理指令和参数配置指令。

其中，所述对上报信息进行分析，向授权无人机发送管理指令和参数配置指令，还包括：

如果授权无人机或未授权无人机出现在禁飞区域，对授权无人机发送警告信息和控制指令，并将未授权无人机的位置信息上报监管系统；

如果授权无人机飞行区域出现未授权无人机，对控制授权无人机的设备发送提示信息。

其中，所述采用apn接入移动通信网，包括：

所述授权无人机使用一个以上apn接入移动通信网；apn大于一个时，不同apn分别用于传输控制指令和传输信息。

其中，所述授权无人机的相关信息包括：基本信息、飞行申请信息、当前飞行信息；其中，

所述基本信息包括：无人机生产厂家、无人机类型、体积、自身重量、航程、用途、最大可持续飞行时间、最大载重；

所述飞行申请信息包括：飞行使用人、飞行目的、飞行起点、飞行终点、飞行起至时间、载重量；

所述当前飞行信息包括：飞行编号、当前飞行高度、当前经纬度、可持续飞行时间、当前飞行速度、预订飞行轨迹。

其中，将未授权无人机的位置信息上报之前，所述方法还包括：获取所述未授权无人机的位置信息；

所述获取未授权无人机的位置信息，包括：使用声传感器阵列获得未授权无人机的声音信号；采用强度判别方法、时间差判别方法或矩阵特征空间分解算法计算未授权无人机的到达方向；通过多传感器阵列融合方式获得未授权无人机的位置及轨迹。

其中，所述管理指令包括：分配飞行编号、分配飞行路线、禁飞区限定；所述参数配置指令包括：无人机上传信息频率、通信参数、apn参数。

其中，所述提示信息包括：区域内未授权无人机位置信息、其他授权无人机相关信息、区域内障碍物信息；

所述控制指令包括：悬停、盘旋、左转、右转、上升、下降。

本发明实施例提供了一种无人机监管装置及系统：

一种usp，其特征在于，所述usp包括：

第一接收模块，用于接收上报的授权无人机的相关信息和探测到的未授权无人机的位置信息；

分析模块，用于对接收到的上报信息进行分析；

第一发送模块，用于向授权无人机发送管理指令和参数配置指令。

其中，所述usp还包括：第一监管模块、第二监管模块和第三监管模块；其中，所述第一监管模块，用于根据第一接收模块接收的授权无人机的相关信息，确定授权无人机满足飞行要求时，向授权无人机控制设备和/或授权无人机发送飞行编号和路径信息；并在不允许飞行时，向授权无人机控制设备和/或无人机发送禁止飞行指令；

所述第二监管模块，用于根据第一接收模块接收的授权无人机的相关信息，确定无人机飞行不合法时，对授权无人机控制设备和/或授权无人机发出提示信息，并控制授权无人机在安全区域下降或离开禁区；确定存在碰撞可能时，向控制授权无人机设备发出提示信息；

所述第三监管模块，用于根据第一接收模块接收的探测到的未授权无人机的位置信息获取轨迹信息，上报监管系统并分析所述轨迹信息，存在碰撞可能时，向授权无人机发送提示信息。

其中，所述装置包括：

无人机移动通信设备，用于发送授权无人机的相关信息；接收管理指令和参数配置指令；

未授权无人机探测设备，用于探测未授权无人机的位置信息并上报。

其中，所述无人机移动通信设备还包括：第二接收模块、第二发送模块、信息收集模块、第一处理模块；其中，

第二接收模块，用于接收管理指令和参数配置指令；

第二发送模块，用于发送授权无人机的相关信息；

信息收集模块，用于收集授权无人机的相关信息；

第一处理模块，用于按照接收的管理指令和参数配置指令对授权无人机进行调整和控制。

其中，所述授权无人机的相关信息包括：基本信息、飞行申请信息、当前飞行信息，其中，

基本信息包括：无人机生产厂家、无人机类型、体积、自身重量、航程、用途、最大可持续飞行时间、最大载重；

飞行申请信息包括：飞行使用人、飞行目的、飞行起点、飞行终点、飞行起至时间、载重量；

当前飞行信息包括：飞行编号、当前飞行高度、当前经纬度、可持续飞行时间、当前飞行速度、预订飞行轨迹。

其中，其特征在于，所述未授权无人机探测设备包括：声传感器阵列模块、第二处理模块、多传感器阵列融合模块、第三发送模块；其中，

声传感器阵列模块，用于获得未授权无人机声音信号；

第二处理模块，用于计算未授权无人机到达方向；

多传感器阵列融合模块，用于获得未授权无人机位置及轨迹；

第三发送模块，用于上报未授权无人机位置信息。

其中，所述系统包括：无人机监管装置、授权无人机控制设备、usp、移动通信基站；其中，

无人机监管装置，用于将授权无人机的相关信息和探测到的未授权无人机的位置信息上报usp；接收usp向授权无人机发送的管理指令和参数配置指令；

授权无人机控制设备，用于控制授权无人机，接收授权无人机的相关信息和usp的管理指令和参数配置指令；

usp，用于对接收到的上报信息进行分析，并向授权无人机发送管理指令和参数配置指令；

移动通信基站，用于供usp、授权无人机控制设备和授权无人机采用apn接入移动通信网。

其中，其特征在于，所述usp为权利要求8或9所述的usp。

其中，其特征在于，所述无人机监管装置为权利要求10至13任一项的所述无人机监管装置。

本发明实施例提供的无人机监管方法、装置及系统，采用专用接入点名称(apn，accesspointname)接入移动通信网；将授权无人机的相关信息和探测到的未授权无人机的位置信息上报无人机监管平台(usp，unmannedaerialvehicleserviceplatform)；usp对上报信息进行分析，向授权无人机发送管理指令和参数配置指令。如此，基于移动通信网络的无人机监管系统实现机-机、机-地、机-平台之间的通信和协同操作，通过关键信息的分析、提取、共享和决策，对无人机进行监管，避免在监控区域内碰撞、冲突、进入飞行禁区等安全事故的发生；保证授权无人机安全正常的使用。

附图说明

图1为本发明实施例无人机监管方法的实现流程示意图；

图2为本发明实施例usp的组成结构示意图；

图3为本发明实施例无人机监管装置中无人机移动通信设备的组成结构示意图；

图4为本发明实施例无人机监管装置中未授权无人机探测设备的结构示意图；

图5为本发明实施例无人机监管中未授权无人机探测方法的结构示意图；

图6为本发明实施例无人机监管系统的结构示意图；

图7为本发明实施例无人机监管采用多基站定位授权无人机方法的示意图。

具体实施方式

为了能够更加详尽地了解本发明实施例的特点与技术内容，下面对本发明实施例的实现进行详细阐述。

图1为本发明实施例无人机监管方法的实现流程示意图，如图1所示，本发明实施例无人机监管方法包括：

步骤101：采用apn接入移动通信网；

这里，授权无人机采用专用apn接入移动通信网后，usp可以采用基于l2tp的隧道封装协议连接核心网；如此，可直接由核心网设备对授权无人机进行二次认证、radius认证、ip分配，同时还支持ipsec加密方法，使授权无人机的通信更加安全，提高对授权无人机的管理能力；

这里，授权无人机可以使用一个以上apn接入移动通信网；apn大于一个时，不同apn分别用于传输控制指令和传输信息；

步骤102：将授权无人机的相关信息和探测到的未授权无人机的位置信息上报usp；

这里，所述授权无人机相关信息包括：基本信息、飞行申请信息、当前飞行信息；其中，

所述基本信息包括：无人机生产厂家、无人机类型、体积、自身重量、航程、用途、最大可持续飞行时间、最大载重；

所述飞行申请信息包括：飞行使用人、飞行目的、飞行起点、飞行终点、飞行起至时间、载重量；

所述当前飞行信息包括：飞行编号、当前飞行高度、当前经纬度、可持续飞行时间、当前飞行速度、预订飞行轨迹。

进一步的，所述将未授权无人机的位置信息上报之前，该方法还包括：获取所述未授权无人机的位置信息；

所述获取所述未授权无人机的位置信息具体包括：使用声传感器阵列获得未授权无人机的声音信号；采用强度判别方法、时间差判别方法或矩阵特征空间分解算法计算未授权无人机的到达方向；通过多传感器阵列融合方式获得未授权无人机的位置及轨迹。

步骤103：usp对上报信息进行分析，向授权无人机发送管理指令和参数配置指令；

这里，所述管理指令包括：分配飞行编号、分配飞行路线、禁飞区限定；所述参数配置指令包括：无人机上传信息频率、通信参数、apn参数。

本步骤还包括：

如果授权无人机或未授权无人机出现在禁飞区域，对授权无人机发送警告信息和控制指令，并将未授权无人机的位置信息上报监管系统；其中，所述控制指令包括：悬停、盘旋、左转、右转、上升、下降；

如果授权无人机飞行区域出现未授权无人机，对控制授权无人机的设备发送提示信息；其中，所述提示信息包括：区域内未授权无人机位置信息、其他授权无人机相关信息、区域内障碍物信息。

基于图1所述的方法，本发明实施例在实际应用中，各个授权无人机可以先通过专用apn分别接入移动通信网，建立一个授权无人机专用通信网络，此专用通信网络可以保护授权无人机的信息安全，屏蔽来自其他网络的干扰；各个授权无人机通过此专用通信网络与usp连接，各个授权无人机可实时向usp上传授权无人机的相关信息；usp对接收到的授权无人机相关信息以及未授权无人机探测设备上传的未授权无人机位置信息进行分析，如果授权无人机所在位置处于禁飞区域，则对授权无人机发送提示信息并控制授权无人机在安全区域降落；如果授权无人机所在区域出现未授权无人机并存在碰撞的可能，则对授权无人机发送提示信息，进而在监管区域内避免各种可能发生的安全事故。

图2为本发明实施例usp的组成结构示意图，如图2所示，所述usp包括：第一接收模块201、分析模块202和第一发送模块203；其中，

第一接收模块201，用于接收无人机监管装置204上报的授权无人机的相关信息和探测到的未授权无人机的位置信息；

这里，usp从授权无人机获取相关信息，分析授权无人机飞行是否符合规则、是否存在碰撞等安全事故的可能；

分析模块202，用于对接收到的上报信息进行分析；

具体的，所述分析模块202包括：第一监管模块、第二监管模块、第三监管模块；其中，

第一监管模块，用于根据第一接收模块201接收的授权无人机的相关信息，确定授权无人机满足飞行要求时，向授权无人机控制设备和/或授权无人机发送飞行编号和路径信息；并在不允许飞行时，向授权无人机控制设备和/或无人机发送禁止飞行指令；

这里，飞行要求包括授权无人机是否可能进入飞行禁区、是否可能和其他无人机发生碰撞的可能、是否可能和静态建筑物碰撞；

所述第二监管模块，用于根据第一接收模块201接收的授权无人机的相关信息，确定无人机飞行不合法时，对授权无人机控制设备和/或授权无人机发出提示信息，并控制授权无人机在安全区域下降或离开禁区；确定存在碰撞可能时，向控制授权无人机设备发出提示信息；

所述第三监管模块，用于根据第一接收模块201接收的探测到的未授权无人机的位置信息获取轨迹信息，上报监管系统并分析所述轨迹信息，存在碰撞可能时，向授权无人机发送提示信息；

第一发送模块203，用于向授权无人机205、授权无人机控制设备207发送管理指令和参数配置指令；

这里，所述第一发送模块203还将未授权无人机位置信息上报至监管系统206；

在实际应用中，所述第一接收模块201、分析模块202、第一发送模块203、以及第一监管模块、第二监管模块和第三监管模块均可由位于usp上的中央处理器(cpu，centralprocessingunit)、或微处理器(mpu，microprocessorunit)、或数字信号处理器(dsp，digitalsignalprocessor)、或现场可编程门阵列(fpga，fieldprogrammablegatearray)实现。

图3为本发明实施例无人机监管装置中无人机移动通信设备的组成结构示意图，如图3所示，所述无人机移动通信设备包括：信息收集模块301、第二发送模块302、第二接收模块304、第一处理模块303；其中，

信息收集模块301，用于收集授权无人机的相关信息；

第二发送模块302，用于发送授权无人机的相关信息；

第二接收模块304，用于接收管理指令和参数配置指令；

第一处理模块303，用于按照接收的管理指令和参数配置指令对授权无人机进行调整和控制；

基于各个组成模块的功能，无人机移动通信设备可以实现授权无人机与usp之间信息交互，其中，授权无人机向usp发送的相关信息包括：基本信息、飞行申请信息、当前飞行信息；其中，

所述基本信息包括：无人机生产厂家、无人机类型、体积、自身重量、航程、用途、最大可持续飞行时间、最大载重；

所述飞行申请信息包括：飞行使用人、飞行目的、飞行起点、飞行终点、飞行起至时间、载重量；

所述当前飞行信息包括：飞行编号、当前飞行高度、当前经纬度、可持续飞行时间、当前飞行速度、预订飞行轨迹；

usp向授权无人机发送的管理指令包括：分配飞行编号、分配飞行路线、禁飞区限定；参数配置指令包括：无人机上传信息频率、通信参数、apn参数。

在实际应用中，所述信息收集模块301、第二发送模块302、第二接收模块304、第一处理模块303均可由位于无人机移动通信设备上的cpu、或mpu、或dsp、或fpga实现。

图4为本发明实施例无人机监管装置中未授权无人机探测设备的结构示意图，如图4所示，所述未授权无人机探测设备包括：声传感器阵列模块401、多传感器阵列融合模块402、第二处理模块403、第三发送模块404；其中，

声传感器阵列模块401，用于获得未授权无人机声音信号；

多传感器阵列融合模块402，用于获得未授权无人机位置及轨迹；

第二处理模块403，用于计算未授权无人机到达方向；

第三发送模块404，用于上报未授权无人机位置信息；

在实际应用中，所述第二处理模块403、第三发送模块404均可由位于未授权无人机探测设备上的cpu、或mpu、或dsp、或fpga实现；

由于对未授权无人机的位置信息无法通过通信手段获得，而无人机属于飞行高度低、速度慢、体积小的目标，使用常规的雷达手段无法对这类型的目标进行有效探测，因此，本发明实施例采用声传感器阵列模块对未授权无人机进行探测，其中，声传感器阵列模块一般放置在无人机航道或重点监控区域附近；另一方面，为了在安装声传感器阵列模块时提供便利，声传感器阵列可以放置在通信基站上或相关建筑物的顶层。

如图5所示，声传感器阵列模块由多个传声器组成，以便获得未授权无人机飞行时的声音信号s1(t)s2(t)...sn(t)，第二处理模块采用强度判别方法、时间差判别法或基于矩阵特征空间分解法对未授权无人机到达方向进行估算，多传感器阵列融合模块通过采用多传感器融合的方式获得未授权无人机的位置信息，最后，未授权无人机探测设备将未授权无人机位置通过第三发送模块上传至usp。

图6为本发明实施例无人机监管系统的结构示意图，如图6所示，所述无人机监管系统包括：无人机监管装置601、授权无人机控制设备602、usp603、移动通信基站604；其中，

无人机监管装置601，用于将授权无人机的相关信息和探测到的未授权无人机的位置信息上报usp；接收usp向授权无人机发送的管理指令和参数配置指令；

授权无人机控制设备602，用于控制无人机，同时还可以接收无人机相关信息和usp管理指令和参数配置指令；

移动通信基站604，用于供usp、授权无人机控制设备和授权无人机采用apn接入移动通信网；usp603，用于对接收到的上报信息进行分析，并向授

权无人机发送管理指令和参数配置指令；

其中，如图2所示，usp，包括：第一接收模块201，用于接收上报的授权无人机的相关信息和探测到的未授权无人机的位置信息；分析模块202，用于对接收到的上报信息进行分析；第一发送模块203，用于向授权无人机发送管理指令和参数配置指令；

所述usp分析模块202还包括：第一监管模块、第二监管模块和第三监管模块；其中，

所述第一监管模块，用于根据第一接收模块接收的授权无人机的相关信息，确定授权无人机满足飞行要求时，向地面控制站和/或授权无人机发送飞行编号和路径信息；并在不允许飞行时，向地面控制站和/或无人机发送禁止飞行指令；

所述第二监管模块，用于根据第一接收模块接收的授权无人机的相关信息，确定无人机飞行不合法时，对地面控制站和/或授权无人机发出提示信息，并控制授权无人机在安全区域下降或离开禁区；确定存在碰撞可能时，向控制授权无人机设备发出提示信息；

所述第三监管模块，用于根据第一接收模块接收的探测到的未授权无人机的位置信息获取轨迹信息，上报监管系统并分析所述轨迹信息，存在碰撞可能时，向授权无人机发送提示信息。

其中，如图3所示，所述无人机监管装置中的无人机通信设备，包括：

第二接收模块304，用于接收管理指令和参数配置指令；

第二发送模块302，用于发送授权无人机的相关信息；

信息收集模块301，用于收集授权无人机的相关信息；

第一处理模块303，用于按照接收的管理指令和参数配置指令对授权无人机进行调整和控制；

其中，无人机的相关信息包括：基本信息、飞行申请信息、当前飞行信息；其中，

基本信息包括：无人机生产厂家、无人机类型、体积、自身重量、航程、用途、最大可持续飞行时间、最大载重；

飞行申请信息包括：飞行使用人、飞行目的、飞行起点、飞行终点、飞行起至时间、载重量；

当前飞行信息包括：飞行编号、当前飞行高度、当前经纬度、可持续飞行时间、当前飞行速度、预订飞行轨迹；

如图4所示，所述无人机监管装置中的未授权无人机探测设备，包括：

声传感器阵列模块401，用于获得未授权无人机声音信号；

第二处理模块403，用于计算未授权无人机到达方向；

多传感器阵列融合模块402，用于获得未授权无人机位置及轨迹；

第三发送模块404，用于上报未授权无人机位置信息。

所述移动通信基站，还可以用于在授权无人机gps信号较弱，无法有效对授权无人机进行定位的时候，可使用多基站定位的方式，如图7所示，x1、x2、x3、x4为通信信号强度、信号到达时间等参数，现假设采用通信信号强度对无人机进行定位，首先，四个通信基站在各自所覆盖范围内获取无人机的测量信息，如x1、x2、x3、x4，其中，x1位无人机所在位置的第一基站服务小区的标识id、信号强度，x2、x3、x4以此类推；将所述收集的测量信息和信号特征与运营商基站数据库中的各特征信息进行匹配，获得与收集测量信息匹配的特征信息；最后，根据匹配的特征信息确定无人机的地理位置信息；其中，特征信息地理位置信息以及所述地理位置信息对应的第二基站服务小区的id、信号强度、与第二基站相邻小区的第三基站服务小区的id、信号强度、与第三基站相邻小区的第四基站服务器小区的id、信号强度，此方法通过无人机的测量信息和信号特征数据库中的各特征信息进行匹配，获得与测量信息匹配的特征信息，最终，根据匹配的特征信息确定无人机的地理位置信息。

如上所述，本发明实施例的无人机监管系统是以移动通信网络为基础，usp为核心进行搭建，通过对授权无人机相关信息、探测到的未授权无人机信息以及区域内障碍物信息进行分析、提取、共享及决策，对区域内无人机进行监管，避免碰撞或进入飞行禁区等安全事故的发生。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。