一种无人机固定航路的超视距测控方法与流程

1.本发明涉及的是无人机控制技术领域，具体地说是一种无人机固定航路的超视距测控方法。


背景技术：

2.无人机是指不需要飞行员驾驶，利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的飞行器。无人机凭借其成本低、机动性强、零伤亡率等特点，在军事领域及民用领域，都发挥着不可替代的作用。随着近年来无人机技术的发展，其价格不断降低，应用领域得到不断拓展，随着无人机在诸如物流货运、应急救援、农业植保、遥感测绘、电力巡检、输油管道等应用领域的不断延伸和扩展，无人机控制和信息传输问题愈演愈烈，特别是边远地区、卫星信号薄弱地区，多山地区以及视距链路容易遮挡等地区，无人机实时控制难度较大，任务载荷获取的信息更是无法实现实时高速下传。
3.目前，无人机主要通过通讯卫星中继来解决超视距控制和视距遮挡问题，即在无人机使用前，根据信息传输带宽申请通讯卫星资源，信息传输速率越高，需申请的通讯卫星带宽越大，费用越高，且通讯卫星资源有限，带宽越大越难以申请，更不能解决卫星信号薄弱地区的高速信息传输问题。
4.5g作为一种新型移动通信网络，不仅能解决人与人通信，还能为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3d)视频等更加身临其境的极致业务体验，可以解决人与物、物与物通信问题，满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等物联网应用需求。随着5g通信技术的发展，5g将渗透到经济社会的各个行业及各个领域中，成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施领域。
5.由此可见，现有的无人机主要是通过通讯卫星提供信息支持，容易受到实际卫星资源的限制，而5g网络作为一种新型移动通信网络，可以为无人机提供信息支持，这样能够使延伸和扩展无人机的应用范围。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题是针对背景技术中存在的问题，提供一种超视距测控方法，用以改善现有技术中主要依赖于实际在轨运行的通讯卫星，从而受到实际卫星资源的限制，造成无人机的应用范围受限的问题，具体地说是一种无人机固定航路的超视距测控方法。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种无人机固定航路的超视距测控方法，所述测控方法是在无人机的固定航路上，通讯卫星信号薄弱地区，多山地区，以及视距链路容易遮挡地区的地面，部署地面5g基站，形成地面5g基站群，并在无人机及无人机地面显控系统分别装载5g通讯模块，使无人机、无人机地面显控系统和地面5g基站群之间通过5g通讯模块构成一个5g通讯网络，当无人机进入固定航路飞行时，无人机地面显控系统通过5g通讯网络实现对无人机的控制和状态显示，以及处理和显示获取的任务载荷
信息，并通过无人机地面显控系统反馈至无人机，完成对无人机超视距的测控控制。
8.进一步地，本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，其中所述无人机的固定航路是根据无人机作业任务确定，可以为直线型、折线型、圆环型、以及适合作业任务的其他线型航路。
9.进一步地，本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，其中所述无人机进入固定航路飞行时，无人机在作业段的固定航路是固定不变的，无人机可以沿着固定航路的航路进行往返飞行；无人机在固定航路飞行时，可以是视距范围内作业，或者是超视距范围作业。
10.进一步地，本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，其中所述地面5g基站的部署情况和分布数量根据无人机的固定航路的距离、地形地貌、无人机飞行速度、飞行高度、地面5g基站群发射功率、天线形式、天线波束朝向、天线波束角度以及天线增益相关技术参数综合决定，建立n个地面5g基站，构成地面5g基站群。
11.进一步地，本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，其中所述地面5g基站的天线形式为全向天线、定向天线或者其他组合及阵列形式天线中的任意一种。
12.进一步地，本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，其中所述地面5g基站的天线波束朝向设置为具有对地及对空方式的波束朝向。
13.进一步地，本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，其中在无人机的固定航路上，根据无人机的飞行高度，可调节地面5g基站的发射功率和天线波束方向。
14.进一步地，本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，其中无人机在固定航路飞行时，无人机及无人机地面显控系统都处在地面5g基站的网络覆盖范围之内；各相邻地面5g基站存在网络交叉覆盖，以满足对无人机的实时、不间断控制与信息传输。
15.进一步地，本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，其特征在于：所述地面5g基站构成的地面5g基站群，组成的通讯网络是一个独立的5g通讯网络，或者为可以连接5g蜂窝移动通信系统。
16.采用本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，与现有技术相比，其有益效果在于：利用构建的地面5g基站群，通过设置于无人机及无人机地面显控系统中的5g通讯模块，使无人机、无人机地面显控系统和地面5g基站群之间通过5g通讯模块构成一个5g通讯网络，通过构建的5g通讯网络给无人机提供信息支持，不仅解决了无人机在超视距飞行时，通讯卫星信号薄弱地区的实时控制和高速数据传输问题，还能有效缓解无人机在多山地区以及视距链路易受遮挡地区的卫星资源紧张，申请困难以及费用高昂等问题；还能有效改善现有技术中主要依赖于实际在轨运行的通讯卫星的限制，可以满足在偏远地区常规巡检，固定航路货运方面都有非常广泛的应用前景，从而使无人机的应用范围及应用领域得到不断拓展，从而满足人们对无人机的多样化需求。
附图说明
17.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
18.图1是本发明的流程示意图；图2是本发明的使用状态示意图。
具体实施方式
19.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
20.无人机在卫星信号薄弱、地形山貌复杂以及视距链路易受遮挡的固定航路段飞行，要求无人机与地面控制站之间的数据链能进行通讯，这就要求建立与无人机之间具有高速数据传输能力的通讯网络，无需通讯卫星中继，就能够实现无人机的实时控制和状态回传，同时可将无人机任务载荷获取的信息进行高速数据传输的方法。
21.为了实现上述目的，如图1和图2所示，本发明所采用的技术方案为，一种无人机固定航路的超视距测控方法，所述测控方法还包括以下步骤：(1)根据无人机的作业任务需求和地形地貌，提前确定无人机的固定航路及航路距离；(2)确定无人机在固定航路段的飞行速度及飞行高度范围的参数；(3)确定地面5g基站的天线形式、天线增益、波束朝向及发射功率相关参数；(4)根据无人机的固定航路及航路距离、地形地貌、无人机的飞行速度、飞行高度范围以及地面5g基站的发射功率及天线增益相关参数，综合确定地面5g基站的部署形式及数量，采取不同的间隔距离或相同的间隔距离，建立n个地面5g基站，形成地面5g基站群，确保各地面5g基站之间能组成一个独立的5g通讯网络，或者组成一个可以连接5g蜂窝移动通信系统；(5)在无人机地面显控系统提前装载5g通讯模块，确定无人机地面显控系统的位置，确保无人机地面显控系统处于由地面5g基站群组成的5g通讯网络中；(6)在无人机上提前装载5g通讯模块，确保无人机中的5g通讯模块处于由地面5g基站群组成的5g通讯网络中；(7)当无人机起飞后，进入确定的固定航路飞行时，要求无人机、无人机地面显控系统均处于5g通讯网络中，无人机地面显控系统可以通过5g通讯网络发送控制指令，对无人机进行实时控制；同时，无人机地面显控系统接收、处理、显示通过5g通讯网络传输至地面的无人机的工作状态信息；(8)无人机在固定航路段飞行时，任务载荷获取的信息可通过5g通讯网络实时传输至无人机地面显控系统进行处理和显示；(9)无人机在固定航路段飞行时，根据作业任务需求可以进行往复飞行，当飞行任务完成后，根据无人机地面显控系统反馈信息按预定计划返回。
22.在具体实施过程中，采用本发明所述的一种无人机固定航路的超视距测控方法，在无人机的固定航路上，特别是在通讯卫星信号薄弱地区，多山地区，以及视距链路容易遮挡地区的地面，部署地面5g基站，形成地面5g基站群，并在无人机及无人机地面显控系统分别装载5g通讯模块，使无人机、无人机地面显控系统和地面5g基站群之间通过5g通讯模块构成一个5g通讯网络，当无人机进入固定航路飞行时，无人机地面显控系统通过5g通讯网络实现对无人机的控制和状态显示，以及处理和显示获取的任务载荷信息，并通过无人机地面显控系统反馈至无人机，完成对无人机超视距的测控控制。
23.其中所述无人机的固定航路是根据无人机作业任务确定，可以为直线型、折线型、
圆环型、以及适合作业任务的其他线型航路。
24.其中所述无人机进入固定航路飞行时，无人机在作业段的固定航路是固定不变的，无人机可以沿着固定航路的航路进行往返飞行；无人机在固定航路飞行时，可以是视距范围内作业，或者是超视距范围作业。
25.其中所述地面5g基站的部署情况和分布数量根据无人机的固定航路的距离、地形地貌、无人机飞行速度、飞行高度、地面5g基站群发射功率、天线形式、天线波束朝向、天线波束角度以及天线增益相关技术参数综合决定，建立n个地面5g基站，构成地面5g基站群。
26.其中所述地面5g基站的天线形式为全向天线、定向天线或者其他组合及阵列形式天线中的任意一种；而所述地面5g基站的天线波束朝向设置为具有对地及对空方式的波束朝向；并在无人机的固定航路上，根据无人机的飞行高度，可调节地面5g基站的发射功率和天线波束方向。另外，无人机在固定航路飞行时，无人机及无人机地面显控系统都处在地面5g基站的网络覆盖范围之内；各相邻地面5g基站存在网络交叉覆盖，以满足对无人机的实时、不间断控制与信息传输；同时，所述地面5g基站构成的地面5g基站群，组成的通讯网络是一个独立的5g通讯网络，或者为可以连接5g蜂窝移动通信系统。
27.采用本发明所述的超视距测控方法，根据无人机固定航路距离、无人机固定航路航向、无人机飞行速度以及飞行高度等参数，结合地面5g基站的发射功率、天线形式、波束朝向等参数测算整个固定航路段的地面5g基站的部署形式和部署数量，形成整个无人机固定航路段的地面5g基站群，每相邻地面5g基站之间网络交叉覆盖。无人机地面显控系统也处于该地面5g基站群的网络覆盖区，当无人机在固定航路段飞行时，随时处于由地面5g基站群构建的网络覆盖区，无人机地面显控系统通过5g网络可实时控制无人机，同时无人机将机载设备的工作状态信息以及任务载荷获取的信息通过5g网络的大带宽实时高速打包处理和下传。
28.综上所述，采用本发明所述的超视距测控方法，不仅解决了无人机在超视距飞行时，通讯卫星信号薄弱地区的实时控制和高速数据传输问题，同时还能有效缓解无人机在多山地区以及视距链路易受遮挡地区的卫星资源紧张、申请困难以及费用高昂等问题；还能有效改善现有技术中主要依赖于实际在轨运行的通讯卫星的限制，可以满足在偏远地区常规巡检，固定航路货运方面都有非常广泛的应用前景，从而使无人机的应用范围及应用领域得到不断拓展，从而满足人们对无人机的多样化需求。
29.本发明的保护范围不仅限于具体实施方式所公开的技术方案，以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不限制本发明，凡是依据本发明的技术方案所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。