三维立体多图层式无人机实时定位监管装置制造方法
【专利摘要】三维立体多图层式无人机实时定位监管装置，它涉及无人机飞行监控管理系统【技术领域】，地面监控综合信息处理单元分别与地面监控无线移动通信单元北斗通信单元数据共享通信单元显示控制单元和终端定位单元相互连接。它采用全新的三维立体多图层式无人机动态实时监控管理模式，通过接入google等第三方地图数据，实现来自不同数据源的三维多图层立体叠加显示及无人机仿真三维模型对飞行实时动态监管，准确、直观、便捷，产品高度集成，功能强大，监管高效，系统定位无盲区，实现多无人机协同监控、覆盖全空域飞行的高精度实时连续无缝定位、无人机与地面监控终端间实时连续不间断通信并覆盖全空域的特点，系统运行可靠性高及稳定性强。
【专利说明】三维立体多图层式无人机实时定位监管装置
【技术领域】:
[0001]本实用新型涉及无人机飞行监控管理系统【技术领域】，尤其涉及一种三维立体多图层式无人机实时定位监管装置。
【背景技术】:
[0002]随着测绘、勘探、灾情预防、环境监测、农业灌溉、应急处理、森林防火、电力巡线、航空摄影等各领域不断涌现出对新技术手段的迫切需求，无人机凭借其成本低廉、机动灵活、可全天候工作等优点而在这些领域得到广泛使用。与此同时，如何能提高对作业过程中的无人机监控管理效率，全面确保无人机全空域安全飞行作业至关重要，才能满足多样化飞行区域作业的现状需求。
[0003]目前，国内外无人机监控管理的产品广泛采用的是基于二维数字地图的二维图形化监控管理模式，以二维曲线显示无人机飞行轨迹，飞行姿态以大量无人机运动参数显示，存在监管直观性、准确性较差、专业性太强、使用不方便、易出现误判断等缺点；在实时定位方面，采用单一的GPS卫星定位系统进行位置定位，如果GPS应用受到限制或干扰，即出现盲区，将导致系统无法定位，严重影响对飞行中的无人机实时监控管理；同时，在通信方面，仅采用无线移动通信网络进行数据信息传送，遇到无网络信号的通信盲区，就会失去对无人机飞行的实时监控管理能力，将大大增加无人机丢失或撞击等严重飞行事故的发生率，在盲区无人机的飞行安全就不能保障。由于以上种种弊端的存在，因此现有的监控管理系统根本无法满足多架无人机在全空域安全飞行作业监控管理的真实需求。
[0004]而且，随着空中作业的无人机的增加，用户需要同时对空域中多架无人机实时监管的需求日渐凸显，然而传统的产品仍局限于“一对一”的监管模式，无法满足多机协同飞行监管的需求；更为重要的是，空中作业无人机的增加，同一空域下多架无人机同时执行作业，势必造成空域资源的紧张，特别是给载人的民航客机带来潜在的碰撞威胁，而传统的产品则无法给空管部门提供一个妥善的解决方法。
[0005]目前，市场上现有的无入机监控管理系统(如智能鸟小型无人机地面监控系统、航信无人机地面站导航监控系统)，均采用二维图形化监控管理模式，来实现对无人机的飞行轨迹显示，即二维数字地图作为背景以二维曲线显示无人机飞行轨迹。二维曲线的飞行轨迹只由经纬度构成，并不能直观的体现飞行高度，因此当两架飞机所处位置的经纬度相同时，二维地图上将显示为两架飞机相互重叠的状态，极易给监控管理人员带来飞机碰撞的误判断。更为重要的是，飞行姿态是以实时的、大量的无人机运动参数显示，只能由监控管理人员通过对这些运动参数综合分析、判断，才能得出无人机飞行姿态状况，专业化太强、直观性差；并且这种方式对监控管理人员的专业技能要求较高，往往会因为专业飞行知识和经验的不足，造成错误判断，得到不正确的飞行姿态结果，这将给无人机飞行监控管理及飞行安全带来严重的后果。综上可知，该类产品对无人机飞行轨迹及姿态的监控管理直观性、准确性较差，用起来不够方便，易出现误判断，导致监控管理效率低，根本无法满足现今无人机快速发展、安全飞行高效监控管理、多样化的危险飞行区域作业的现状需求。实用新型内容:
[0006]本实用新型的目的是提供三维立体多图层式无人机实时定位监管装置，它采用全新的三维立体多图层式无人机动态实时监控管理模式，通过接入google等第三方地图数据，实现来自不同数据源的三维多图层立体叠加显示及无人机仿真三维模型对飞行实时动态监管，准确、直观、便捷，产品高度集成，功能强大，监管高效，系统定位无盲区，实现多无人机协同监控、覆盖全空域飞行的高精度实时连续无缝定位、无人机与地面监控终端间实时连续不间断通信并覆盖全空域的特点，系统运行可靠性高及稳定性强。
[0007]为了解决【背景技术】所存在的问题，本实用新型是采用以下技术方案:它包含机载定位通信装置1、地面监控通信装置2、无线移动通信网络3、北斗卫星4和GPS卫星5，其中机载定位通信装置I包含机载综合信息处理单元6、飞行数据集收集单元7、机载无线移动通信单元8、北斗通信单元9和北斗GPS双星数据融合定位单元10，地面监控通信装置2包含地面监控无线移动通信单元11、北斗通信单元12、数据共享通信单元13、地面监控综合信息处理单元14、显示控制单元15和终端定位单元16，机载综合信息处理单元6分别与飞行数据集收集单元7、机载无线移动通信单元8、北斗通信单元9和北斗GPS双星数据融合定位单元10相互连接，无线移动通信网络3分别与机载无线移动通信单元8和地面监控无线移动通信单元11相互连接，北斗卫星4分别与北斗通信单元9和北斗通信单元12相互连接，GPS卫星5与北斗GPS双星数据融合定位单元10相互连接，北斗GPS双星数据融合定位单元10与北斗卫星4连接，地面监控综合信息处理单元14分别与地面监控无线移动通信单元11、北斗通信单元12、数据共享通信单元13、显示控制单元15和终端定位单元16相互连接。
[0008]所述的机载定位通信装置I主要是依照地面控制指令将无人机实时飞行状态数据收集，并传输至地面监控通信装置2。
[0009]所述的地面监控通信装置2主要是完成发送控制指令、无人机飞行状态数据实时分析与显示、航迹实时跟踪、多机协同飞行监管、碰撞智能预报警等功能。
[0010]所述的机载综合信息处理单元6主要用于接收并响应地面监控终端的控制指令，并接收无人机实时飞行状态数据并保存，同时判断机载无线移动通信单元接收到的陆地上的基站信号强度是否能够正常通信，如果能够正常通信，则启动机载无线移动通信单元8，由机载无线移动通信单元8承担与地面监控终端的双向通信的功能，如果不能正常通信，则启动北斗通信单元9，由北斗通信单元9承担与地面监控终端双向通信的功能，确保无人机与地面监控终端间的实时连续不间断通信。
[0011]所述的飞行数据集收集单元7主要用于其他飞行数据传感器，如陀螺仪、三维加速传感器、全向磁场传感器、静压高度计等，同时将传感器所采集的相关数据，即无人机飞行姿态数据，传送至机载综合信息处理单元6。
[0012]所述的北斗通信单元9包括北斗通信天线和北斗收发信机，北斗通信单元9和机载无线移动通信单元8分别通过北斗卫星通信系统和民用无线移动通信网络实现与地面监控终端的双向通信，将无人机的实时飞行状态数据，包括经纬度、高度、飞行姿态数据等，转发给地面监控终端或将接收的地面监控终端的请求定位等控制指令转发给机载综合信息处理单元6。[0013]所述的北斗GPS双星数据融合定位单元10包括卫星信号接收天线、双星数据融合定位芯片以及数据处理模块，用于无人机的高精度实时连续无缝定位并将定位数据经纬度、高度等信息传给机载综合信息处理单元或者接收机载综合信息处理单元传来的请求定位指令。
[0014]所述的地面监控无线移动通信单元11分别与机载无线移动通信单元8和北斗通信单元9建立实时稳定的双向通信。
[0015]所述的数据共享通信单元13主要用于从数据共享平台下载获取所需空域的相邻无人机实时定位数据，同时，在权限允许的条件下，将自有无人机当前的实时定位数据上传至共享平台。
[0016]所述的地面监控综合信息处理单元14作为地面终端的数据处理中心，主要用于实现显示控制单元15与地面监控无线移动通信单元14或北斗通信单元12之间信息的双向传输，判断地面监控无线移动通信单元是否能够实现与特定序列号机载无线移动通信单元的连接，如果能够连接上，由地面监控无线移动通信单元14承担与上述的机载定位通信装置I的双向通信的功能，如果不能连接，则由北斗通信单元12通过北斗卫星通信系统承担与上述的机载定位通信装置I的无人机双向通信的功能，同时，地面监控综合信息处理单元14将接收到的同一空域内其它无人机的实时定位数据，与本系统监管的目标无人机数据结合并分析，建立任务区域的单元分解、机载传感器、网络通信在内的各组成要素的模型，提供无人机集群运动控制、多无人机避障规划和多无人机协同区域监视策略三大功能支持，同时，识别出潜在的具有一定碰撞威胁的无人机并向显示控制单元15提供无人机间碰撞预警信息。
[0017]所述的显示控制单元15是由三维地图显示模块、无人机状态处理模块和终端控制模块三大部分组成，用于提供输入界面供用户输入控制信息和显示无人机实时飞行状态，以三维矢量曲线显示无人机飞行轨迹、无人机仿真三维模型显示飞行姿态、控制指令信息等，向地面监控综合信息处理单元发送控制指令或接收综合信息处理单元发来的无人机实时飞行状态数据。
[0018]本实用新型的工作原理:地面监控通信装置2首先将控制指令通过分布于陆地的民用无线移动通信网络或者通过北斗卫星通信系统传给装备有机载定位通信装置I的无人机，无人机接到控制指令后，进入实时定位监控状态，启动北斗GPS双星数据融合定位单元10及收集实时飞行姿态等数据，然后将以上无人机实时飞行状态数据通过无线移动通信网络3或者北斗卫星通信系统传给装备有上述的地面监控通信装置2，最后通过显示控制单元15的仿真三维电子地图及无人机仿真三维模型，实时动态显示并监控管理无人机，同时，兼具航迹实时跟踪、对同一用户放飞的多架无人机基于同一监控终端的全局化同步监管、无人机间碰撞智能预报警等多功能于一体。
[0019]本实用新型采用基于Virtual Globe三维引擎技术,并结合google 二维/三维地图数据接口，创新性地构建了三维立体多图层式无人机动态实时监控管理模式，彻底解决了传统二维图形化监控管理模式下，对无人机飞行轨迹及姿态实时监控管理的直观性及便捷性差、准确性低的弊端，大幅提高对无人机监控管理效率。
[0020]本实用新型采用北斗GPS双星数据融合定位技术芯片，创新性地设计并实现了无人机覆盖全空域飞行的高精度实时连续无缝定位，率先达系统定位无盲区，有效提高系统定位的稳定性和可靠性，在无人机监控管理领域，突破性实现无需结合监管人员的目视即可对超低空、峡谷、靠山、高楼旁等传统高危飞行区域飞行的无人机实时准确、远程监控管理，实现了 “一对多”的监管方式设计，率先轻松实现对同一用户放飞的多架无人机基于同一监控终端的全局化同步监管。
[0021]本实用新型采用基于定位数据信息共享的无人机感知与规避技术，创新性地实现了无人机间碰撞智能预报警功能，有效规避同一空域中飞行的无人机间空中碰撞风险的发生，将无人机监控管理系统的智能化提到了更高的层次。
[0022]本实用新型采用无线移动通信网络与北斗通信网络相结合的通信方式，突破性实现无人机与地面监控终端间的实时连续不间断通信，有效解决了传统产品在无线移动通信网络盲区无法通信及无法实时监控管理的现实难题。
[0023]本实用新型采用小型化设计，将系统自身定位信息加入地图中，可实现在车辆部署终端，在移动中实时完成无人机监管作业。
[0024]本实用新型采用全新的三维立体多图层式无人机动态实时监控管理模式，通过接入google等第三方地图数据，实现来自不同数据源的三维多图层立体叠加显示及无人机仿真三维模型对飞行实时动态监管，准确、直观、便捷，产品高度集成，功能强大，监管高效，系统定位无盲区，实现多无人机协同监控、覆盖全空域飞行的高精度实时连续无缝定位、无人机与地面监控终端间实时连续不间断通信并覆盖全空域的特点，系统运行可靠性高及稳定性强。
【专利附图】
【附图说明】:
[0025]图1是本实用新型的结构示意图；
[0026]图2是本实用新型的系统结构示意图。
【具体实施方式】:
[0027]参照图1，图2，本【具体实施方式】采用以下技术方案:它包含机载定位通信装置1、地面监控通信装置2、无线移动通信网络3、北斗卫星4和GPS卫星5，其中机载定位通信装置I包含机载综合信息处理单元6、飞行数据集收集单元7、机载无线移动通信单元8、北斗通信单元9和北斗GPS双星数据融合定位单元10，地面监控通信装置2包含地面监控无线移动通信单元11、北斗通信单元12、数据共享通信单元13、地面监控综合信息处理单元14、显示控制单元15和终端定位单元16，机载综合信息处理单元6分别与飞行数据集收集单元
7、机载无线移动通信单元8、北斗通信单元9和北斗GPS双星数据融合定位单元10相互连接，无线移动通信网络3分别与机载无线移动通信单元8和地面监控无线移动通信单元11相互连接，北斗卫星4分别与北斗通信单元9和北斗通信单元12相互连接，GPS卫星5与北斗GPS双星数据融合定位单元10相互连接，北斗GPS双星数据融合定位单元10与北斗卫星4连接，地面监控综合信息处理单元14分别与地面监控无线移动通信单元11、北斗通信单元12、数据共享通信单元13、显示控制单元15和终端定位单元16相互连接。
[0028]所述的机载定位通信装置I主要是依照地面控制指令将无人机实时飞行状态数据收集，并传输至地面监控通信装置2。
[0029]所述的地面监控通信装置2主要是完成发送控制指令、无人机飞行状态数据实时分析与显示、航迹实时跟踪、多机协同飞行监管、碰撞智能预报警等功能。
[0030]所述的机载综合信息处理单元6主要用于接收并响应地面监控终端的控制指令，并接收无人机实时飞行状态数据并保存，同时判断机载无线移动通信单元接收到的陆地上的基站信号强度是否能够正常通信，如果能够正常通信，则启动机载无线移动通信单元8，由机载无线移动通信单元8承担与地面监控终端的双向通信的功能，如果不能正常通信，则启动北斗通信单元9，由北斗通信单元9承担与地面监控终端双向通信的功能，确保无人机与地面监控终端间的实时连续不间断通信。
[0031]所述的飞行数据集收集单元7主要用于其他飞行数据传感器，如陀螺仪、三维加速传感器、全向磁场传感器、静压高度计等，同时将传感器所采集的相关数据，即无人机飞行姿态数据，传送至机载综合信息处理单元6。
[0032]所述的北斗通信单元9包括北斗通信天线和北斗收发信机，北斗通信单元9和机载无线移动通信单元8分别通过北斗卫星通信系统和民用无线移动通信网络实现与地面监控终端的双向通信，将无人机的实时飞行状态数据，包括经纬度、高度、飞行姿态数据等，转发给地面监控终端或将接收的地面监控终端的请求定位等控制指令转发给机载综合信息处理单元6。
[0033]所述的北斗GPS双星数据融合定位单元10包括卫星信号接收天线、双星数据融合定位芯片以及数据处理模块，用于无人机的高精度实时连续无缝定位并将定位数据经纬度、高度等信息传给机载综合信息处理单元或者接收机载综合信息处理单元传来的请求定位指令。
[0034]所述的地面监控无线移动通信单元11分别与机载无线移动通信单元8和北斗通信单元9建立实时稳定的双向通信。
[0035]所述的数据共享通信单元13主要用于从数据共享平台下载获取所需空域的相邻无人机实时定位数据，同时，在权限允许的条件下，将自有无人机当前的实时定位数据上传至共享平台。
[0036]所述的地面监控综合信息处理单元14作为地面终端的数据处理中心，主要用于实现显示控制单元15与地面监控无线移动通信单元14或北斗通信单元12之间信息的双向传输，判断地面监控无线移动通信单元是否能够实现与特定序列号机载无线移动通信单元的连接，如果能够连接上，由地面监控无线移动通信单元14承担与上述的机载定位通信装置I的双向通信的功能，如果不能连接，则由北斗通信单元12通过北斗卫星通信系统承担与上述的机载定位通信装置I的无人机双向通信的功能，同时，地面监控综合信息处理单元14将接收到的同一空域内其它无人机的实时定位数据，与本系统监管的目标无人机数据结合并分析，建立任务区域的单元分解、机载传感器、网络通信在内的各组成要素的模型，提供无人机集群运动控制、多无人机避障规划和多无人机协同区域监视策略三大功能支持，同时，识别出潜在的具有一定碰撞威胁的无人机并向显示控制单元15提供无人机间碰撞预警信息。
[0037]所述的显示控制单元15是由三维地图显示模块、无人机状态处理模块和终端控制模块三大部分组成，用于提供输入界面供用户输入控制信息和显示无人机实时飞行状态，以三维矢量曲线显示无人机飞行轨迹、无人机仿真三维模型显示飞行姿态、控制指令信息等，向地面监控综合信息处理单元发送控制指令或接收综合信息处理单元发来的无人机实时飞行状态数据。
[0038]本【具体实施方式】的工作原理:地面监控通信装置2首先将控制指令通过分布于陆地的民用无线移动通信网络或者通过北斗卫星通信系统传给装备有机载定位通信装置I的无人机，无人机接到控制指令后，进入实时定位监控状态，启动北斗GPS双星数据融合定位单元10及收集实时飞行姿态等数据，然后将以上无人机实时飞行状态数据通过无线移动通信网络3或者北斗卫星通信系统传给装备有上述的地面监控通信装置2，最后通过显示控制单元15的仿真三维电子地图及无人机仿真三维模型，实时动态显示并监控管理无人机，同时，兼具航迹实时跟踪、对同一用户放飞的多架无人机基于同一监控终端的全局化同步监管、无人机间碰撞智能预报警等多功能于一体。
[0039]本【具体实施方式】采用基于Virtual Globe三维引擎技术,并结合google 二维/三维地图数据接口，创新性地构建了三维立体多图层式无人机动态实时监控管理模式，彻底解决了传统二维图形化监控管理模式下，对无人机飞行轨迹及姿态实时监控管理的直观性及便捷性差、准确性低的弊端，大幅提高对无人机监控管理效率。
[0040]本【具体实施方式】采用北斗GPS双星数据融合定位技术芯片，创新性地设计并实现了无人机覆盖全空域飞行的高精度实时连续无缝定位，率先达系统定位无盲区，有效提高系统定位的稳定性和可靠性，在无人机监控管理领域，突破性实现无需结合监管人员的目视即可对超低空、峡谷、靠山、高楼旁等传统高危飞行区域飞行的无人机实时准确、远程监控管理，实现了 “一对多”的监管方式设计，率先轻松实现对同一用户放飞的多架无人机基于同一监控终端的全局化同步监管。
[0041]本【具体实施方式】采用基于定位数据信息共享的无人机感知与规避技术，创新性地实现了无人机间碰撞智能预报警功能，有效规避同一空域中飞行的无人机间空中碰撞风险的发生，将无人机监控管理系统的智能化提到了更高的层次。
[0042]本【具体实施方式】采用无线移动通信网络与北斗通信网络相结合的通信方式，突破性实现无人机与地面监控终端间的实时连续不间断通信，有效解决了传统产品在无线移动通信网络盲区无法通信及无法实时监控管理的现实难题。
[0043]本【具体实施方式】采用小型化设计，将系统自身定位信息加入地图中，可实现在车辆部署终端，在移动中实时完成无人机监管作业。
[0044]本【具体实施方式】采用全新的三维立体多图层式无人机动态实时监控管理模式，通过接入google等第三方地图数据，实现来自不同数据源的三维多图层立体叠加显示及无人机仿真三维模型对飞行实时动态监管，准确、直观、便捷，产品高度集成，功能强大，监管高效，系统定位无盲区，实现多无人机协同监控、覆盖全空域飞行的高精度实时连续无缝定位、无人机与地面监控终端间实时连续不间断通信并覆盖全空域的特点，系统运行可靠性高及稳定性强。
【权利要求】
1.三维立体多图层式无人机实时定位监管装置，其特征在于它包含机载定位通信装置(I)、地面监控通信装置(2)、无线移动通信网络(3)、北斗卫星(4)和GPS卫星(5)，其中机载定位通信装置(I)包含机载综合信息处理单元(6)、飞行数据集收集单元(7)、机载无线移动通信单元(8)、北斗通信单元(9)和北斗GPS双星数据融合定位单元(10)，地面监控通信装置(2)包含地面监控无线移动通信单元(11)、北斗通信单元(12)、数据共享通信单元(13)、地面监控综合信息处理单元(14)、显示控制单元(15)和终端定位单元(16)，机载综合信息处理单元(6)分别与飞行数据集收集单元(7)、机载无线移动通信单元(8)、北斗通信单元(9)和北斗GPS双星数据融合定位单元(10)相互连接，无线移动通信网络(3)分别与机载无线移动通信单元(8)和地面监控无线移动通信单元(11)相互连接，北斗卫星(4)分别与北斗通信单元(9)和北斗通信单元(12)相互连接，GPS卫星(5)与北斗GPS双星数据融合定位单元(10)相互连接，北斗GPS双星数据融合定位单元(10)与北斗卫星(4)连接，地面监控综合信息处理单元(14)分别与地面监控无线移动通信单元(11)、北斗通信单元(12)、数据共享通信单元(13)、显示控制单元(15)和终端定位单元(16)相互连接。
2.根据权利要求1所述的三维立体多图层式无人机实时定位监管装置，其特征在于所述的北斗通信单元(9)包括北斗通信天线和北斗收发信机。
3.根据权利要求1所述的三维立体多图层式无人机实时定位监管装置，其特征在于所述的北斗GPS双星数据融合定位单元(10)包括卫星信号接收天线、双星数据融合定位芯片以及数据处理模块。
4.根据权利要求1所述 的三维立体多图层式无人机实时定位监管装置，其特征在于所述的显示控制单元(15)是由三维地图显示模块、无人机状态处理模块和终端控制模块三大部分组成。
【文档编号】G05D1/10GK203773355SQ201320789437
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】梁谋强 申请人:梁谋强