基于分等级喷泉码引导直升机助降的通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电子信息技术领域，具体涉及一种基于分等级喷泉码引导直升机助降 的通信方法。
【背景技术】
[0002] 现有的直升机助降系统一般采用可见光标和旗语，更多时候是地面引导人员通过 无线电与飞行员沟通，依靠飞行员的个人技术来降落。但可见光易受自然光、大雨和重度雾 霾等天气因素的影响；利用无线电和旗语则要求地面引导人员和旗手实时给飞行员发送现 场信息，使得地面引导人员被"捆绑"在临时降落场，不能发挥更大的作用，使得在紧急情况 下本就紧缺的人力资源得不到充分利用，降低救灾效率。无线紫外光辅助起降技术是利用 紫外光散射特性进行复杂环境下全天候通信的一种直升机应急安全保障手段，满足野外行 动、城市突发事件、地震灾害等场合，无线紫外光通信由于其抗干扰能力强、全天候非视距、 便携、宽视场、保密性能力强等特点，在直升机辅助起降中能够充分发挥其优势。
[0003] 直升机携带接收端高速移动，地震灾后不稳定的受灾现场，树木、建筑物等阻挡造 成不稳定的信道环境，使得通信过程中数据接收延时较大，丢包严重，甚至通信中断。此时， 如果使用传统的前向纠错码（FEC)，较大的通信延时、巨大的丢包率使得反馈重传方式效率 极低。而喷泉码是一类无固定码率码，发送端可以产生任意多个编码包，接收端只要获得足 够多的编码符号就能够成功恢复出信息符号，无需反馈，通信中断时可通过后续接收编码 包恢复出完整文件。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于分等级喷泉码引导直升机助降的通信方法，解决了 现有直升机在不稳定的信道环境中助降通信时存在的通信可靠性低的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，基于分等级喷泉码引导直升机助降的通信方法，具 体按照以下步骤实施：
[0006] 步骤1、信标安放
[0007] 首先将四个信标固定于降落标识"H"的四角，然后启动四个信标，并检查信标的各 个传感器工作是否正常，对所需数据的测量是否正常；同时FPGA模块解析各个传感器采集 的数据，并对不同波段紫外光所发送的数据帧信息进行封装，并进行相应码长和相应等级 的分等级喷泉码编码，最后经过驱动电路采用不同波段的紫外光以广播形式发送，等待直 升机的到来；
[0008] 其中四个信标包括3个发射端a和一个发射端b :
[0009] 发射端a内部集成有分别与FPGA信息处理模块连接的串口摄像头、数字矩阵键 盘、坡度传感器、风速传感器、位置传感器、电源系统，FPGA信息处理模块还通过驱动电路与 紫外LED阵列连接；
[0010] 发射端b内部集成有分别与FPGA信息处理模块连接的串口摄像头、数字矩阵键 盘、坡度传感器、风速传感器、位置传感器、电源系统，FPGA信息处理模块还通过驱动电路与 半球形MIMO通信结构连接；
[0011] 步骤2、直升机搜寻定位信标
[0012] 直升机携带接收端，当直升机进入降落场区域上空200米左右高度，打开安装在 直升机上的接收端，光电探测器、FPGA信息处理模块、接收光强指示灯阵列以及液晶屏幕 开始工作，搜索地面信标发送的紫外光信号，当光电探测器接收到对应波段紫外光信号后， FPGA信息处理模块解析该波段发送的位置数据以及二值图形数据，直到直升机的接收端解 析出信标位置后停止搜寻定位信标，同时将解析出的二值图像显示在液晶屏幕上，为飞行 员提供降落场大致场景图；
[0013] 其中接收端包括光电探测器，光电探测器与光电转换器连接，光电转换器与FPGA 信息处理模块连接，FPGA信息处理模块还分别连接有液晶屏幕和接收光强指示灯阵列、电 源系统；
[0014] 步骤3、直升机对准信标
[0015] 根据步骤2中直升机的接收端解析出的信标位置信息，直升机到达停机坪上方， 此时主要探测接收到的紫外光强度，FPGA信息处理模块根据紫外光强度信息控制接收光强 指示灯阵列显示，飞行员根据接收光强指示灯阵列中各个指示灯的显示情况相应的调整直 升机位姿；当调整直升机到最佳位姿后，飞行员通过观察接收光强指示灯阵列保持最佳对 准状态，准备降落；
[0016] 步骤4、直升机微调着陆
[0017] 步骤3中完成直升机的接收端与信标对准后，直升机缓慢调整降落，飞行员根据 液晶屏幕显示的地面坡度信息及直升机需要补偿的角度、净空环境图像，飞行员实时对直 升机位姿进行微调，完成直升机的安全降落。
[0018] 本发明的特点还在于，
[0019] 步骤1中分等级喷泉码编码等级分为0级、1级、2级；
[0020] 喷泉码编码的不同等级主要依据编码包产生时度为1的编码包所占总编码包的 不同比例进行划分：
[0021] 其中，度为1的编码包占总编码包的比例区间为0-0. 2时为分等级喷泉码的0级 编码；
[0022] 度为1的编码包所占总编码包的比例区间为0. 2-0. 24时为分等级喷泉码的1级 编码；
[0023] 度为1的编码包所占总编码包的比例区间为0. 24-0. 27时为分等级喷泉码的2级 编码。
[0024] 步骤1中半球形MIMO通信结构采用波分复用，半球形MIMO通信结构从最顶端到 最低端的四排分为三层紫外LED，半球形MMO通信结构的最顶端为第一层紫外LED，第一层 紫外LED采用270nm波长的日盲段紫外光，采用长码长分等级喷泉码的0级编码，发送降落 环境全彩图像数据及地表坡度信息；半球形MIMO通信结构的中间两排为中间层紫外LED， 中间层紫外LED采用250nm波长的紫外光，采用长码长分等级喷泉码的1级编码，发送降落 环境灰度图像数据及风速、地貌种类的数据信息；半球形MIMO通信结构的最下面一排为最 低层紫外LED，最低层紫外LED采用240nm波长的紫外光，采用短码长分等级喷泉码的2级 编码，发送降落环境二值图像数据及降落场位置坐标的数据信息。
[0025] 步骤1中信标中发送的数据帧格式如表1所示：
[0026] 表1数据帧格式
[0027]
【主权项】
1. 基于分等级喷泉码引导直升机助降的通信方法，其特征在于，具体按照以下步骤实 施： 步骤1、信标安放 首先将四个信标固定于降落标识"H"的四角，然后启动四个信标，并检查信标的各个传 感器工作是否正常，对所需数据的测量是否正常；同时FPGA模块解析各个传感器采集的数 据，并对不同波段紫外光所发送的数据帧信息进行封装，并进行相应码长和相应等级的分 等级喷泉码编码，最后经过驱动电路采用不同波段的紫外光以广播形式发送，等待直升机 的到来；