无人机通讯系统、无人机漫游基站以及远端设备站的制作方法

本申请涉及无人机技术领域，尤其涉及一种无人机通讯系统、无人机漫游基站以及远端设备站。

背景技术：

现如今，在无人机应用中，图传、数传已经成为无人机中的核心部件，尤其是在安防、巡检等应用的无人机中，如图1所示，一般接收端a设备会集成到地面控制台，无人机通过机载发射端b将图像数据通过无线链路发射，接收端设备接收该图像数据，操作人员直接在地面控制台操控即可对无人机进行控制以及观测无人机的轨迹图像。接收端设备和控制台与天线b之间通过射频同轴线缆(或称为馈线a)进行连接传递信号。

在一些特定场景，如高楼林立的城市中，为了防止天线信号被障碍物遮挡，影响使用，需要将天线架高，例如将天线架设在具有一定高度的楼顶是多数用户的选择，将图传或者数传天线架设到楼顶，可以保证天线有足够的视距，降低城市里障碍物对无线信号的遮挡。同时更为方便的是，无人机可以选择在城市中的楼顶起降，将楼顶作为无人机的起降平台。但是，将天线架高后，如果仍然选择天线与设备之间采用馈线连接，这样会导致天线的馈线很长，而馈线越长，其信号衰减越大，信号质量越差，可操作距离也越短，同时成本越高，并且选择衰减强度越小的线缆，其价格越昂贵，成本越高，同时馈线越长，布线安装越困难，维护也不便。例如，假如设备要在城市中使用，天线架设高度要求50米，那么采用馈线拉远连接的形式几乎不能实现或者信号传递效果很差，首先50米的三根馈线价格不菲，其次50米的馈线对信号衰减很大(不同线材衰减不同，rg316大概1db，rg142大概0.5db，lmr400大概0.2db)，再有三根50米的线缆布线也很困难。甚至，如果天线距接收端有几百米甚至几千米的距离的情况下，还是使用馈线连接，那么更将无法满足用户需求。

技术实现要素：

本申请提供了一种无人机通讯系统、无人机漫游基站以及远端设备站，以解决由于天线架高，导致天线与接收端的连接馈线过长，而引起的信号衰减过大、信号质量较差、成本较高、布线安装困难、维护不便等问题。

本申请第一方面提供了一种无人机通讯系统，包括：

天线；和

与所述天线通过馈线通讯连接的图传接收端，其接收所述无人机发射的图像数据和通讯数据；及

与所述图传接收端网络连接的地面控制站，其接收所述图传接收端传输的所述图像数据和所述通讯数据；

所述图传接收端到所述地面控制站的距离大于所述图传接收端到所述天线的距离。

与现有技术相比，本申请所提供的无人机通讯系统的图传接收端到地面控制站的距离大于图传接收端到天线的距离，其将架设于高楼楼顶、塔台等处的天线和与其相对邻近的图传接收端通过馈线通讯连接，而该图传接收端与位于远端的地面控制站网络连接，这样，该馈线可以选择较短长度的馈线，只需用馈线将相邻近的天线与图传接收端通讯相连即可，而图传接收端与位于远端的地面控制站具体可以采用网线拉长的方式或者可采用局域网的方式连接，解决了由于馈线过长导致的信号衰减过大、信号质量较差、成本较高、布线安装困难、维护不便的问题，极大的降低了信号在馈线上的衰减，保证了信号质量，同时也节省了成本。

进一步的，所述无人机通讯系统还包括：

rtk天线；和

与所述rtk天线通过馈线通讯连接的rtk基准站，其还与所述地面控制站网络连接，

所述rtk基准站到所述地面控制站的距离大于所述rtk基准站到所述rtk天线的距离。

该rtk基准站是利用rtk载波相位差分技术，提高了定位精度，极大地提高了作业效率。

进一步的，所述无人机通讯系统还包括：

分别与所述图传，和所述rtk基准站通讯连接的网络交换模块，其还与所述地面控制站网络连接，

用于接收所述图传接收端传输的所述图像数据和所述通讯数据，及接收所述rtk基准站传输的rtk数据，并将所述图像数据、所述通讯数据及所述rtk数据合路传输给所述地面控制站。

该网络交换模块可以将图像数据、通讯数据及rtk数据合路通过一根网线或一个网络接口传输给地面控制站，这样更进一步的节省了网络连接链路及接口，还方便连接，不易与其他线路混用。

进一步的，所述图传接收端、所述rtk基准站和所述网络交换模块集成一体为远端设备站；或

所述天线、所述图传接收端、所述rtk基准站、所述rtk天线和所述网络交换模块集成一体为远端设备站。

将各部件集成处理后，这样更方便携带及使用，还提高空间利用率，尽可能的缩小设备整体体积，还可进行独立包装售卖等。

进一步的，所述网络连接为通过以太网连接，

所述图传接收端通过所述以太网与所述网络交换模块通讯连接。

该以太网相比于其他局域网，其物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容等更为规范，应用更为普遍、广泛，更好匹配，方便使用。

进一步的，所述远端设备站采用poe网口连接，同时采用poe供电模块供电。

采用poe供电设备和poe网口连接的方式，可同时解决网络连接和供电的问题，方便简单易操作，且提高设备使用效率。且这种方式只需通过网线将远端设备站与专用设备站中的网口连接即可，可以将电源和网络信号线合到一根网线中，这样既可以节省线缆数量，还方便维护，减少故障率。

更进一步的，所述poe供电模块包括poe受电器和为所述poe受电器供电的poe供电设备，

所述网络交换模块通过所述以太网与所述poe受电器通讯连接，所述poe受电器通过网线与所述poe供电设备连接，所述poe供电设备通过所述以太网与所述地面控制站通讯连接；

所述图传接收端与所述所述网络交换模块通电相连，所述网络交换模块和所述rtk基准站分别与所述poe受电器通电相连。

这种具体的连接方式可以保证poe网络连接通畅及poe供电正常进行，连接方便简洁。

更进一步的，所述poe供电设备与所述地面控制站集成一体为地面接收站；和/或

所述poe受电器集成设置于所述远端设备站内。

集成结构方便携带、连接、整体体积小，占用空间小。

更进一步的，所述rtk基准站通过串口将所述rtk数据传输给所述网络交换模块。

其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信(可以直接利用电话线作为传输线)，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信。

进一步的，所述天线采用全向天线和/或定向天线。

全向天线即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是无方向性天线，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大，覆盖范围大。定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，增强信号强度，增加抗干扰能力。

本申请第二方面提供了一种无人机漫游基站，包括多个通讯基站，每个所述通讯基站包括前述任一项所述天线和所述图传接收端，且相邻两个所述通讯基站的距离为小于或等于所述无人机发射的通讯距离。

通过这种漫游基站的设置方式在解决馈线过长所导致的问题的基础上，还可以解决图传本身通讯距离的限制问题。

本申请第三方面提供了一种远端设备站，用于与地面控制站网络连接，包括：

与天线通过馈线接口连接的图传接收端，其接收无人机发射的图像数据和通讯数据，其与所述地面控制站通过网络接口连接，并将接收到的所述图像数据和所述通讯数据传输给所述地面控制站。

该远端设备站可以独立配置使用，可邻近天线设置，减少信号衰减损失，方便携带，便于安装。

进一步的，所述的远端设备站，还包括：

与rtk天线通过馈线接口连接的rtk基准站；和

分别与所述图传接收端和所述rtk基准站网络连接的网络交换模块；

所述网络交换模块与所述地面控制站网络连接。

利用rtk载波相位差分技术，提高了定位精度，极大地提高了作业效率；并且网络交换模块可将图像数据、通讯数据及rtk数据统一传输给地面控制站，节省了网络连接链路及接口，还方便连接，不易与其他线路混用。

更进一步的，所述网络交换模块通过poe网口与所述地面控制站实现所述网络连接；所述poe网口包括：poe传输单元、数据传输单元；所述poe传输单元与所述地面控制站通讯相连，所述数据传输单元与所述网络交换模块通讯相连。

poe网口可传输数据信号和直流电，其中poe传输单元与地面控制站进行数据信号的传输，数据传输单元与网络交换模块通信相连，进行内部数据信号的传输。远端设备站既可以为poe供电端，也可以为poe受电端。

更进一步的，所述远端设备站为poe受电端；

所述poe网口还包括：供电输出单元；

所述供电输出单元与poe供电设备相连，以接收来自所述poe供电设备的电能；所述供电输出单元分别与所述网络交换模块、所述rtk基准站通电相连，所述网络交换模块与所述图传接收端通电相连；

所述poe供电设备与所述地面控制站通信相连，或，所述poe供电设备与所述地面控制站集成一体为地面接收站。

采用poe网口连接的方式，可同时解决远端设备站网络连接和供电的问题，方便简单易操作，且提高设备使用效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为现有技术的一种实施例的无人机通讯系统的结构示意图。

图2为本申请一种实施例所提供的无人机通讯系统的结构示意图；

图3为本申请另一种实施例所提供的无人机通讯系统的结构示意图；

图4为本申请一种实施例所提供的供电方式的结构示意图；

图5为本申请实施例所提供的无人机通讯系统的应用场景示意图；

图6为本申请又一种实施例所提供的无人机通讯系统的结构示意图；

图7为本申请实施例所提供的无人机漫游基站的结构示意图。

附图标记：

1-无人机通讯系统；

11-天线；

12-rtk天线；

21-馈线；

30-远端设备站；

31-图传接收端；

32-rtk基准站；

33-网络交换模块；

34-poe受电器；

341-poe传输单元；

342-供电输出单元；

343-数据传输单元；

40-地面接收站；

41-地面控制站；

42-poe供电设备；

51-网线；

52-局域网；

60-专用设备站；

201-1号通讯基站；

202-2号通讯基站；

203-3号通讯基站；

3-无人机；

4-某办公大楼。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图2所示，本申请实施例提供了一种无人机通讯系统1，其包括可以架设于高处的天线11，该高处可以是楼顶、塔台等可以满足视距高度的建筑物顶上，该天线11具体可以是图传天线；和邻近该天线11设置、并与该天线11通过馈线21通讯连接的图传接收端31，该图传接收端31用于接收无人机3发射的图像数据和通讯数据，馈线又称射频同轴线缆，起传输信号的作用，通过它将天线接收的信号传给用户端；还包括远离前述天线11及图传接收端31设置的地面控制站41，该地面控制站41可设置于楼内控制室、地面站等位置，该地面控制站41和图传接收端31网络连接，具体可以通过网线51直接连接，该地面控制站41接收前述图传接收端31传输的图像数据和通讯数据，该图传接收端31到该地面控制站41的距离大于该图传接收端31到该天线11的距离。该网络连接具体可以是通过楼内等地的局域网52连接，该局域网52具体可以是以太网(简称eth)，该以太网相比于其他局域网，其物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容等更为规范，应用更为普遍、广泛，更好匹配，方便使用。

与现有技术相比，本申请实施例所提供的无人机通讯系统的图传接收端到地面控制站的距离大于图传接收端到天线的距离，其将架设于高楼楼顶、塔台等处的天线和与其相对邻近的图传接收端通过馈线通讯连接，而该图传接收端与位于远端的地面控制站网络连接，这样，该馈线可以选择较短长度的馈线，只需用馈线将相邻近的天线与图传接收端通讯相连即可，而图传接收端与位于远端的地面控制站具体可以采用网线拉长的方式或者可采用局域网的方式连接，解决了由于馈线过长导致的信号衰减过大、信号质量较差、成本较高、布线安装困难、维护不便的问题，极大的降低了信号在馈线上的衰减，保证了信号质量，同时也节省了成本。

进一步的，如图3所示，该无人机通讯系统1还可以包括同样架设于楼顶、塔台等高处的rtk(real-timekinematic，实时动态)天线12，和邻近该rtk天线12设置、并与该rtk天线12通过馈线21通讯连接的rtk基准站32，该rtk基准站32到该地面控制站41的距离大于该rtk基准站32到该rtk天线12的距离。该基准站32是利用rtk(real-timekinematic，实时动态)载波相位差分技术，是实时处理测量站载波相位观测量的差分方法，是将rtk基准站采集的载波相位发给用户接收端，进行求差解算坐标的gps定位技术，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，而rtk载波相位差分技术是能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法，极的提高了定位精度，极大地提高了作业效率。

前述实施例中的rtk基准站32一种方式是可以直接与地面控制站41通讯连接，如图3所示，还有一种方式是：与该图传接收端31和该rtk基准站32邻近可设置有网络交换模块33，该网络交换模块33分别与该图传接收端31和该rtk基准站32接口通讯连接，其还与地面控制站41网络连接，具体可通过网线51连接，该网络交换模块33用于接收该图传接收端31传输的图像数据和通讯数据，及接收rtk基准站32传输的rtk数据，并将图像数据、通讯数据及rtk数据合路通过一根网线51或一个网络接口传输给地面控制站41，这样更进一步的节省了网络连接链路及接口，还方便连接，不易与其他线路混用。

更进一步的，前述的图传接收端31、rtk基准站32和网络交换模块33可以集成处理为一体模块，可称为远端设备站30。或者，前述的天线11、图传接收端31、rtk基准站32、rtk天线12和网络交换模块33集成一体为远端设备站30。这样更方便携带及使用，还提高空间利用率，尽可能的缩小设备整体体积，还可进行独立包装售卖等。前述的图传接收端31和该rtk基准站32的接口具体可采用sma接口，该sma接口可通过n头与该馈线21连接。再有该rtk基准站32可以通过串口(串行接口的简称)也就是串行通信接口将rtk数据传输给网络交换模块33，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信(可以直接利用电话线作为传输线)，从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信。

一种具体的实施例是，某办公机构需要无人机在特定区域内定期巡检，要求飞行半径为10km，操作人员在室内的控制中心，控制中心可以实时显示无人机采集的图像并操控无人机。巡检区域位于城区，要想满足飞行半径10km的要求，天线必须架高到30m的高空，否则在城区内无法满足飞行半径10km的巡检任务，图传会受到城市建筑物的影响，而使传输距离无法达到10km。某办公机构的办公大楼的总层高12层，总高度39.6m，楼顶为理想的天线架设点，并且楼顶可作为无人机起降平台。

由上，如图3-6所示，可以采用本申请实施例所提供的无人机通讯系统1，将天线11架设于某办公大楼4的楼顶，具体可以架设两个图传天线和一个rtk天线12，以及可以将远端设备站30同样安设于楼顶处，同时楼顶还可以作为无人机起降平台。并且楼顶还内设有220v市电和楼内局域网52网络接口的专用设备站60。

优选的，本申请实施例优先采用poe网口连接，同时采用poe供电模式给远端设备站30供电，采用poe供电设备和poe网口连接的方式，可同时解决网络连接和供电的问题，方便简单易操作，且提高设备使用效率。且这种方式只需通过网线将远端设备站30与专用设备站60中的网口连接即可，并可将电源和网络信号线合到一根网线中，这样既可以节省线缆数量，并且专用设备站60和远端设备站30只需要一根网线连接即可，这样还方便维护，减少故障率，且该poe供电设备可设置于该专用设备站内，图6中的供电设备包括图传接收端31、rtk基准站32和网络交换模块33等，具体的，如图3所示，前述poe供电模块可以包括poe受电器34和用于给该poe受电器34供电的poe供电设备42，该poe供电设备42可以与地面控制站42集成一体设置成一个模块，可称为地面接收站40，该poe受电器可集成设置于前述远端设备站30内，集成结构方便携带、连接、整体体积小，占用空间小。具体连接时，该图传接收端31可以通过以太网与网络交换模块33通讯连接，该网络交换模块33通过以太网与poe受电器34通讯连接，poe受电器34通过网线51或局域网52与poe供电设备42连接，poe供电设备42通过以太网与地面控制站30通讯连接，图传接收端31与网络交换模块33通电相连，网络交换模块33和rtk基准站32分别与poe受电器34通电相连，该poe供电设备42输出电能给poe受电器34，poe受电器34输出电能给网络交换模块33及rtk基准站32，网络交换模块33输出电能于图传接收端，上述通电连接具体可采用12v输入电压。这种具体的连接方式可以保证poe网络连接通畅及poe供电正常进行，连接方便简洁。再有，该poe受电器的电压输入端可与防水网口连接器相连接，以保证poe受电器通电连接的安全。

具体的，poe网口可包括：poe传输单元341、供电输出单元342和数据传输单元343；所述poe传输单元341与所述地面控制站相连，所述数据传输单元343与所述网络交换模块33通讯相连，所述供电输出单元342分别与所述网络交换模块33、所述rtk基准站32通电相连，所述网络交换模块33与所述图传接收端32通电相连。

此外，如图4所示，远端设备站除了可以使用poe供电设备的供电方式外，还可以使用直流电源直接供电(12～24vdc)，直流电源输出可以有两种方式，一种是ac转dc，一种是用电池。电池使用起来不好维护，需要定期更换电池，ac转dc的方式只能适用于有220v市电的地方。

继而，前述实施例中的远端设备站30架设好后，远端设备站30已经接入到楼内部的局域网52网络中，地面接收站40的设备可安设在楼内的指挥中心，地面接收站40只需要将网口接入到楼内的指挥中心的局域网52网络接口即可，远端设备站30和地面接收站40通过局域网52互连，控制人员就可以在指挥中心直接控制无人机3，并且可以在控制中心处的地面接收站40观看无人机3回传的视频图像。

前述实施例中的天线11具体可采用全向天线和/或定向天线，全向天线即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是无方向性天线，在垂直方向图上表现为有一定宽度的波束，一般情况下波瓣宽度越小，增益越大，覆盖范围大。定向天线是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。采用定向发射天线的目的是增加辐射功率的有效利用率，增加保密性，增强信号强度，增加抗干扰能力。

本申请实施例还提供了一种无人机漫游基站，其包括多个通讯基站，每个通讯基站均包括前述的远端设备站30，相邻两个通讯基站的距离为小于或等于无人机3发射的通讯距离。如图7所示，为一种具体的实施例，图传为30km的通讯距离，无人机作业距离为90km，这样具体可设有3个通讯基站，分别为1号通讯基站201、2号通讯基站202和3号通讯基站203，相邻两个通讯基站之间距离为30km，无人机3通过判断发射端与通讯基站的信号强度来自动切换选择与就近的通讯基站连接，例如，当1号通讯基站201与无人机3信号连接强度最早时，也就是无人机3距1号通讯基站201的距离最近，那么发射端就会自动选择与1号通讯基站连接。通过这种漫游基站的设置方式在解决馈线过长所导致的问题的基础上，还可以解决图传本身通讯距离的限制问题。

本申请实施例还提供了一种远端设备站30，用于与地面控制站41网络连接，包括与天线11通过馈线接口连接的图传接收端31，其接收无人机3发射的图像数据和通讯数据，其与地面控制站41通过网络接口连接，并将接收到的图像数据和通讯数据传输给地面控制站41。该远端设备站可以独立配置使用，可邻近天线设置，减少信号衰减损失，方便携带，便于安装。进一步的，该远端设备站还可以包括前述天线11，将天线集到远端设备站中，进一步提高了设备的独立性及功能性，且进一步降低了天线与图传接收端的信号传输衰减，提高了信号传输质量，还方便维护。

进一步的，该远端设备站30还可以包括与rtk天线12通过馈线接口连接的rtk基准站32，和分别与图传接收端31和rtk基准站32网络连接的网络交换模块33，且该网络交换模块33与该地面控制站41网络连接。利用rtk载波相位差分技术，提高了定位精度，极大地提高了作业效率；并且网络交换模块可将图像数据、通讯数据及rtk数据统一传输给地面控制站，节省了网络连接链路及接口，还方便连接，不易与其他线路混用。更进一步的，该网络交换模块31与poe网口连接，图传接收端31与网络交换模块33通电连接，网络交换模块和rtk基准站与poe供电接口连接。采用poe供电设备和poe网口连接的方式，可同时解决网络连接和供电的问题，方便简单易操作，且提高设备使用效率。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。