一种无人机通信质量控制方法、装置及系统与流程

本发明涉及飞行器通信控制技术领域，具体涉及一种无人机通信质量控制方法、装置及系统。

背景技术：

随着我国经济、社会的迅速发展和空域管理改革的持续推进，低空空域的逐渐开放，无人机机载端将会得到大力的发展和更加广泛的应用，例如，可以将无人机机载端应用到电力、通信、气象、农林、海洋、勘探、保险等领域，具体的如可以用于地球观测、森林防火和灭火、灾害检测、通信中继、海上监视、油气管道检查、农药喷洒、土地资源调查、野生动物监测、防汛抗旱监测、鱼群探测、影视航拍、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等方面。

但是现有技术中提供的无人机通信质量控制系统，都是通过机动式架站通信的方式，使用移动通信基础设施的少之又少，即使有也是使用固定加装的已有天线，指导无人机沿线执行飞行任务，无法保证远距离通信的可靠性。

技术实现要素：

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的无人机通信质量控制系统远距离通信的可靠性低。

为此，本发明实施例的一种无人机通信质量控制方法，应用于远程控制端，包括以下步骤：

判断与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态是否正常；

当与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态正常时，设置塔站云台控制端的网络配置参数和初始位配置参数；

利用移动通信网络从无人机机载端获取无人机的gps数据，从塔站云台控制端获取塔站云台的gps数据；

根据所述无人机的gps数据和塔站云台的gps数据进行角度解算，获得天线强覆盖区指向无人机时塔站云台需要转动的角度；

将包含所述角度的角度调整指令信息发送给塔站云台控制端，用于控制塔站云台按照所述角度转动；

从无人机机载端获取发送回来的包含信号质量值的信息；

根据所述信号质量值校准天线强覆盖区指向无人机的对准精确度，使塔站云台转动角度偏差值在预设可允许范围之内。

优选地，所述设置塔站云台控制端的网络配置参数和初始位配置参数的步骤包括：

根据预设的群组配置参数，通过与每个塔站云台控制端的单独发现，建立塔站云台控制网络；

从塔站云台控制端获取最新的网络拓扑信息；

根据所述网络拓扑信息和预设的无人机飞行作业航线，获得每个塔站云台的初始位配置参数；

将包含所述初始位配置参数的信息发送给相应的塔站云台控制端，用于控制塔站云台进行初始位配置。

优选地，所述根据所述无人机的gps数据和塔站云台的gps数据进行角度解算，获得天线强覆盖区指向无人机时塔站云台需要转动的角度的步骤包括：

将当前无人机的gps数据进行滤波处理，获得第一数据；

根据所述第一数据，预测t时间后无人机的gps数据，获得第二数据，其中，t为塔站云台转动到需要转动的角度所需时间；

将所述第二数据转换到地心直角坐标系中，获得第三数据；

将所述塔站云台的gps数据转换到地心直角坐标系中，获得第四数据；

根据所述第三数据和第四数据，计算塔站云台指向预测t时间后无人机位置的指向向量；

在地心直角坐标系中分别计算竖直向上方向向量和水平向北方向向量与所述指向向量之间的到位角度；

根据所述到位角度，计算获得塔站云台转动到所述到位角度需要转动的角度，获得天线强覆盖区指向无人机。

优选地，所述根据所述信号质量值校准天线强覆盖区指向无人机的对准精确度，使塔站云台转动角度偏差值在可允许范围之内的步骤包括：

在所述塔站云台需要转动的角度周围构建一个二维网络，检测获得塔站云台转动到每个网络线交叉点时对应的网格信号质量值；

将所述网格信号质量值进行滤波插值处理，获得所述网格信号质量值中的最大值；

计算塔站云台转动到所述最大值对应的网络线交叉点时的角度与所述塔站云台需要转动的角度之间的偏差值；

判断所述偏差值是否在预设可允许范围之内；

当所述偏差值在预设可允许范围之内时，获得天线强覆盖区指向无人机精确对准的校准结果。

本发明实施例的一种无人机通信质量控制装置，应用于远程控制端，包括：

第一判断单元，用于判断与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态是否正常；

参数设置单元，用于当与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态正常时，设置塔站云台控制端的网络配置参数和初始位配置参数；

gps数据获取单元，用于利用移动通信网络从无人机机载端获取无人机的gps数据，从塔站云台控制端获取塔站云台的gps数据；

角度解算单元，用于根据所述无人机的gps数据和塔站云台的gps数据进行角度解算，获得天线强覆盖区指向无人机时塔站云台需要转动的角度；

角度调整指令发送单元，用于将包含所述角度的角度调整指令信息发送给塔站云台控制端，用于控制塔站云台按照所述角度转动；

信号质量值获取单元，用于从无人机机载端获取发送回来的包含信号质量值的信息；

对准精确度校准单元，用于根据所述信号质量值校准天线强覆盖区指向无人机的对准精确度，使塔站云台转动角度偏差值在预设可允许范围之内。

优选地，所述参数设置单元包括：

塔站云台控制网络建立单元，用于根据预设的群组配置参数，通过与每个塔站云台控制端的单独发现，建立塔站云台控制网络；

网络拓扑信息获取单元，用于从塔站云台控制端获取最新的网络拓扑信息；

初始位配置参数获得单元，用于根据所述网络拓扑信息和预设的无人机飞行作业航线，获得每个塔站云台的初始位配置参数；

初始位配置参数发送单元，用于将包含所述初始位配置参数的信息发送给相应的塔站云台控制端，用于控制塔站云台进行初始位配置。

优选地，所述角度解算单元包括：

滤波处理单元，用于将当前无人机的gps数据进行滤波处理，获得第一数据；

gps数据预测单元，用于根据所述第一数据，预测t时间后无人机的gps数据，获得第二数据，其中，t为塔站云台转动到需要转动的角度所需时间；

第一数据转换单元，用于将所述第二数据转换到地心直角坐标系中，获得第三数据；

第二数据转换单元，用于将所述塔站云台的gps数据转换到地心直角坐标系中，获得第四数据；

第一计算单元，用于根据所述第三数据和第四数据，计算塔站云台指向预测t时间后无人机位置的指向向量；

第二计算单元，用于在地心直角坐标系中分别计算竖直向上方向向量和水平向北方向向量与所述指向向量之间的到位角度；

第三计算单元，用于根据所述到位角度，计算获得塔站云台转动到所述到位角度需要转动的角度，获得天线强覆盖区指向无人机。

优选地，所述对准精确度校准单元包括：

二维网络构建单元，用于在所述塔站云台需要转动的角度周围构建一个二维网络，检测获得塔站云台转动到每个网络线交叉点时对应的网格信号质量值；

滤波插值处理单元，用于将所述网格信号质量值进行滤波插值处理，获得所述网格信号质量值中的最大值；

偏差值计算单元，用于计算塔站云台转动到所述最大值对应的网络线交叉点时的角度与所述塔站云台需要转动的角度之间的偏差值；

第二判断单元，用于判断所述偏差值是否在预设可允许范围之内；

校准结果获得单元，用于当所述偏差值在预设可允许范围之内时，获得天线强覆盖区指向无人机精确对准的校准结果。

本发明实施例的一种无人机通信质量控制系统，包括：

无人机机载端，通过移动通信网络与远程控制端连接，用于将无人机的gps数据发送给远程控制端，并将包含信号质量值的信息发送给远程控制端；

塔站云台控制端，通过移动通信网络与远程控制端连接，用于在远程控制端的控制下设置网络配置参数和初始位配置参数，将塔站云台的gps数据发送给远程控制端，接收远程控制端发送的包含角度的角度调整指令信息并控制塔站云台转动所述角度；以及

远程控制端，包括上述的无人机通信质量控制装置。

优选地，无人机机载端通过2.6g无线通信网络和公网与远程控制端连接，塔站云台控制端通过4g无线路由与远程控制端连接。

本发明实施例的技术方案，具有如下优点：

本发明实施例提供的无人机通信质量控制方法、装置及系统，远程控制端通过gps数据解算云台转动量，无人机机载端获取信号质量值并发送给远程控制端，远程控制端通过信号质量值校准云台转动精度，保证云台转动角度和信号质量之间的正对应关系，保证无人机的飞行活动能够总是在天线强覆盖区内进行，实现天线对无人机的实时跟踪，保证远距离通信的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中无人机通信质量控制方法的一个具体示例的流程图；

图2为本发明实施例2中无人机通信质量控制装置的一个具体示例的原理框图；

图3为本发明实施例3中无人机通信质量控制系统的一个具体示例的原理框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通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。

在本发明的描述中，需要说明的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并非旨在限制本发明。除非上下文明确指出，否则如本文中所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”等意图也包括复数形式。使用“包括”和/或“包含”等术语时，是意图说明存在该特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件、和/或其他组合的存在或增加。术语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何和所有组合。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，然而可以理解的是，该示例性过程还可以由一个或多个模块来执行。另外，可以理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，处理器被专门配置成执行上述存储模块中存储的过程，从而执行一个或多个过程。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种无人机通信质量控制方法，应用于远程控制端，如图1所示，该方法包括以下步骤：

s1、判断与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态是否正常；当与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态正常时，进入塔站云台控制端的塔站云台状态设置界面，设置塔站云台的初始状态，进入步骤s2；当与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态不正常时，继续建立连接动作直至连接状态正常为止；

s2、设置塔站云台控制端的网络配置参数和初始位配置参数；

s3、利用移动通信网络从无人机机载端获取无人机的gps数据，从塔站云台控制端获取塔站云台的gps数据；

s4、根据无人机的gps数据和塔站云台的gps数据进行角度解算，获得天线强覆盖区指向无人机时塔站云台需要转动的角度；

s5、将包含角度的角度调整指令信息发送给塔站云台控制端，用于控制塔站云台按照角度转动；优选地，在控制塔站云台转动角度同时随时控制塔站云台转动的速度，实现云台转动保持在15度到30度每秒的速度，五公里以内近距离处以大于20度的速度转动，五公里以上以小于20度的速度转动，保证云台速度能够跟的上无人机盘旋速度。

s6、从无人机机载端获取发送回来的包含信号质量值的信息；

s7、根据信号质量值校准天线强覆盖区指向无人机的对准精确度，使塔站云台转动角度偏差值在预设可允许范围之内。

上述无人机通信质量控制方法，远程控制端通过gps数据解算云台转动量，无人机机载端获取信号质量值并发送给远程控制端，远程控制端通过信号质量值校准云台转动精度，保证云台转动角度和信号质量之间的正对应关系，保证无人机的飞行活动能够总是在天线强覆盖区内进行，实现天线对无人机的实时跟踪，保证远距离通信的可靠性。

优选地，上述步骤s2的设置塔站云台控制端的网络配置参数和初始位配置参数的步骤包括：

s2-1、根据预设的群组配置参数，通过与每个塔站云台控制端的单独发现，建立塔站云台控制网络；通过逻辑网络标识符确定塔站云台控制端属于远程控制端的控制对象，以便对无人机通信天线进行管理；远程控制端保管所有塔站云台控制端的网络配置信息，包括群组配置信息。远程控制端可以与所有塔站云台控制端通过4g通信网络形成控制组网。塔站云台控制端与远程控制端交流的信息可以包括云台状态信息和云台控制指令。

优选地，建立塔站云台控制网络的过程如下：远程控制端可以首先建立与第一个塔站云台控制端的连接。然后，第一个塔站云台控制端可以传递网络配置信息给第二个塔站云台控制端。类似地，第二个塔站云台控制端可以通过另一条连接传递网络配置信息给第三个塔站云台控制端；

s2-2、从塔站云台控制端获取最新的网络拓扑信息；优选地，每个塔站云台控制端组员节点可以沿着连接将最新的网络拓扑信息传递回给远程控制端；无人机飞行过程中，远程控制端可以类似地推送最新的网络拓扑信息给每个无人机机载端；或者，每个无人机机载端可以从远程控制端获取出最新的网络拓扑信息；优选地，塔站云台控制端网络拓扑信息可以是自动更新并根据网络配置发送到物理网络无人机机载端节点中去。

优选地，塔站云台控制端网络拓扑信息可以包括一个状态值，其对应每个塔站云台的初始状态信息；因此可以建立一个实时飞行中网络的状态序列，拓扑和状态信息可以传递给整个网络或者限制在每个群组中用于进行塔站云台角度的精确度调整。

s2-3、根据网络拓扑信息和预设的无人机飞行作业航线，获得每个塔站云台的初始位配置参数，完成每个塔站云台的初始角度设计；

s2-4、将包含初始位配置参数的信息发送给相应的塔站云台控制端，用于控制塔站云台进行初始位配置。

上述方法，通过组网的选择实现了最优化组网方案设计，实现资源的优化配置，节约了资源。通过根据预定航线设计塔站云台的初始角度，从而在飞行器飞行过程中只需进行实时跟踪的塔站云台小角度调整，提高了角度调整速度和效率，进一步提高了天线对无人机的实时跟踪能力，保证远距离通信的可靠性。

优选地，上述步骤s4的根据无人机的gps数据和塔站云台的gps数据进行角度解算，获得天线强覆盖区指向无人机时塔站云台需要转动的角度的步骤包括：

s4-1、将当前无人机的gps数据进行滤波处理，获得第一数据；

s4-2、根据第一数据，预测t时间后无人机的gps数据，获得第二数据，其中，t为塔站云台转动到需要转动的角度所需时间；

s4-3、将第二数据转换到地心直角坐标系中，获得第三数据；

s4-4、将塔站云台的gps数据转换到地心直角坐标系中，获得第四数据；

s4-5、根据第三数据和第四数据，计算塔站云台指向预测t时间后无人机位置的指向向量；

s4-6、在地心直角坐标系中分别计算竖直向上方向向量和水平向北方向向量与指向向量之间的到位角度；

s4-7、根据到位角度，计算获得塔站云台转动到到位角度需要转动的角度，获得天线强覆盖区指向无人机。通过上述步骤可以精确计算出塔站云台需要转动的角度，精度高。

优选地，上述步骤s7的根据信号质量值校准天线强覆盖区指向无人机的对准精确度，使塔站云台转动角度偏差值在可允许范围之内的步骤包括：

s7-1、在塔站云台需要转动的角度周围构建一个二维网络，检测获得塔站云台转动到每个网络线交叉点时对应的网格信号质量值；

s7-2、将网格信号质量值进行滤波插值处理，获得网格信号质量值中的最大值；

s7-3、计算塔站云台转动到最大值对应的网络线交叉点时的角度与塔站云台需要转动的角度之间的偏差值；

s7-4、判断偏差值是否在预设可允许范围之内；当偏差值在预设可允许范围之内时，进入步骤s7-5；当偏差值超出了预设可允许范围时，利用该偏差值对塔站云台需要转动的角度进行校正，并使用校正后的角度对塔站云台进行转动调整，以保证天线强覆盖区指向无人机。

s7-5、获得天线强覆盖区指向无人机精确对准的校准结果。

上述方法，通过构建二维网络寻求网格信号质量值最大值，计算获得塔站云台需要转动的角度与最大值之间的偏差值，根据偏差值的大小实施对准精度的调整，从而消除了由于波束零点和云台零点并不完全重合而带来的系统误差等影响，提高了对准精确度。

实施例2

对应于实施例1，本实施例提供一种无人机通信质量控制装置，应用于远程控制端，如图2所示，包括：

第一判断单元11，用于判断与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态是否正常；

参数设置单元12，用于当与塔站云台控制端之间的移动通信网络连接状态正常时，设置塔站云台控制端的网络配置参数和初始位配置参数；

gps数据获取单元13，用于利用移动通信网络从无人机机载端获取无人机的gps数据，从塔站云台控制端获取塔站云台的gps数据；

角度解算单元14，用于根据无人机的gps数据和塔站云台的gps数据进行角度解算，获得天线强覆盖区指向无人机时塔站云台需要转动的角度；

角度调整指令发送单元15，用于将包含角度的角度调整指令信息发送给塔站云台控制端，用于控制塔站云台按照角度转动；

信号质量值获取单元16，用于从无人机机载端获取发送回来的包含信号质量值的信息；

对准精确度校准单元17，用于根据信号质量值校准天线强覆盖区指向无人机的对准精确度，使塔站云台转动角度偏差值在预设可允许范围之内。

上述无人机通信质量控制装置，远程控制端通过gps数据解算云台转动量，无人机机载端获取信号质量值并发送给远程控制端，远程控制端通过信号质量值校准云台转动精度，保证云台转动角度和信号质量之间的正对应关系，保证无人机的飞行活动能够总是在天线强覆盖区内进行，实现天线对无人机的实时跟踪，保证远距离通信的可靠性。

优选地，参数设置单元包括：

塔站云台控制网络建立单元，用于根据预设的群组配置参数，通过与每个塔站云台控制端的单独发现，建立塔站云台控制网络；

网络拓扑信息获取单元，用于从塔站云台控制端获取最新的网络拓扑信息；

初始位配置参数获得单元，用于根据网络拓扑信息和预设的无人机飞行作业航线，获得每个塔站云台的初始位配置参数；

初始位配置参数发送单元，用于将包含初始位配置参数的信息发送给相应的塔站云台控制端，用于控制塔站云台进行初始位配置。

上述装置，通过组网的选择实现了最优化组网方案设计，实现资源的优化配置，节约了资源。通过根据预定航线设计塔站云台的初始角度，从而在飞行器飞行过程中只需进行实时跟踪的塔站云台小角度调整，提高了角度调整速度和效率，进一步提高了天线对无人机的实时跟踪能力，保证远距离通信的可靠性。

优选地，角度解算单元包括：

滤波处理单元，用于将当前无人机的gps数据进行滤波处理，获得第一数据；

gps数据预测单元，用于根据第一数据，预测t时间后无人机的gps数据，获得第二数据，其中，t为塔站云台转动到需要转动的角度所需时间；

第一数据转换单元，用于将第二数据转换到地心直角坐标系中，获得第三数据；

第二数据转换单元，用于将塔站云台的gps数据转换到地心直角坐标系中，获得第四数据；

第一计算单元，用于根据第三数据和第四数据，计算塔站云台指向预测t时间后无人机位置的指向向量；

第二计算单元，用于在地心直角坐标系中分别计算竖直向上方向向量和水平向北方向向量与指向向量之间的到位角度；

第三计算单元，用于根据到位角度，计算获得塔站云台转动到到位角度需要转动的角度，获得天线强覆盖区指向无人机。

优选地，对准精确度校准单元包括：

二维网络构建单元，用于在塔站云台需要转动的角度周围构建一个二维网络，检测获得塔站云台转动到每个网络线交叉点时对应的网格信号质量值；

滤波插值处理单元，用于将网格信号质量值进行滤波插值处理，获得网格信号质量值中的最大值；

偏差值计算单元，用于计算塔站云台转动到最大值对应的网络线交叉点时的角度与塔站云台需要转动的角度之间的偏差值；

第二判断单元，用于判断偏差值是否在预设可允许范围之内；

校准结果获得单元，用于当偏差值在预设可允许范围之内时，获得天线强覆盖区指向无人机精确对准的校准结果。

上述装置，通过构建二维网络寻求网格信号质量值最大值，计算获得塔站云台需要转动的角度与最大值之间的偏差值，根据偏差值的大小实施对准精度的调整，从而消除了由于波束零点和云台零点并不完全重合而带来的系统误差等影响，提高了对准精确度。

实施例3

本实施例提供一种无人机通信质量控制系统，如图3所示，包括：无人机机载端300（1、2、或者2个以上）、塔站云台控制端200（1、2、或者2个以上）以及远程控制端100等。

无人机机载端300通过移动通信网络与远程控制端连接，用于将无人机的gps数据发送给远程控制端，并将包含信号质量值的信息发送给远程控制端；塔站云台控制端200通过移动通信网络与远程控制端连接，用于在远程控制端的控制下设置网络配置参数和初始位配置参数，将塔站云台的gps数据发送给远程控制端，接收远程控制端发送的包含角度的角度调整指令信息并控制塔站云台转动角度；远程控制端100，包括实施例2的无人机通信质量控制装置10。

优选地，无人机机载端通过2.6g无线通信网络和公网与远程控制端连接，塔站云台控制端通过4g无线路由与远程控制端连接。初始连接时，远程控制端需先确定和塔站云台控制端之间的网络连接状态是否正常，在连接正常的情况下，远程控制端进入塔站云台控制端状态设置界面，设置云台初始状态。初始状态设置完成后，测试云台与无人机间的对准情况，无人机反馈其静态gps信息给远程控制端，远程控制端解算后得到云台需要转动的角度，进而带动天线指向无人机。无人机机载端将信号质量值反馈至地面控制端，若信号强度值处于信号最强覆盖值内，则云台跟踪状态正常，则可开启云台自动跟踪功能，进行无人机飞行作业。

上述无人机通信质量控制系统，远程控制端通过gps数据解算云台转动量，无人机机载端获取信号质量值并发送给远程控制端，远程控制端通过信号质量值校准云台转动精度，保证云台转动角度和信号质量之间的正对应关系，保证无人机的飞行活动能够总是在天线强覆盖区内进行，实现天线对无人机的实时跟踪，保证远距离通信的可靠性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。