本发明涉及无人机通信领域，尤其涉及基于蓝牙与wi-fi的四旋翼无人机通信方法和系统。
背景技术：
在信息化的当代社会，随着微机电、微电子和微导航等技术的广泛使用，无人机技术迅速成为研究热点，并且得到了快速的发展。而四旋翼无人机因为相邻的旋翼转向相反，从而抵消反扭矩，因此不用专门设计尾桨来平衡旋翼反扭矩，具有垂直升降、悬停及快速改变姿态等飞行特性，与普通的无人机相比具有体积小、机动性好、性价比高等优点，因此在军事和民用方面具有巨大的应用价值。
地面站是无人机系统的重要组成部分，它负责对飞行器进行控制并对飞行器的信息进行采集和处理，具有控制、指挥、通信、监视和侦察等综合功能。随着小型飞行器功能日益丰富以及对飞行要求越来越高，对地面站也提出了更高的要求。传统的小型飞行器地面信息釆集系统多为桌面系统，操作不方便且体积大不便于携带。安卓系统是一种以linux与java为基础的开放源代码操作系统，主要使用于便携设备。安卓系统作为手机操作系统，使手机的款式多样化，功能更加便捷多样，能够满足不同消费者的需求。安卓地面站是一种新兴的地面站，与传统地面站相比，既实现了地面站主要功能，又兼有工作时间长、易于携带、操作方便及移植性强等优点，将在旋翼型无人机系统上得到广泛应用。
通信系统是无人机系统信息控制与传输的核心,提供地面站和无人机之间的数据链路(上行和下行)。上行链路传输操控人员的命令和指令到无人机上，下行链路传输无人机的状态数据到地面站。安卓地面站与四旋翼无人机之间的通信系统主要采用安卓操作终端usbotg(on-the-go)功能连接usb数传电台实现。该通信方式对安卓操作终端、数传电台的接口功能有一定要求，且数传电台的性能指标有限，影响无人机系统长距离使用。目前市场上也有基于4g网络和基于wi-fi的通信系统。这些通信都是以网络作为通信基础，容易受到当地网络的信号强度的影响。而且在偏远地区网络信号传输不稳定，也会影响系统的可靠使用。同时，wi-fi通信系统还存在通信距离限制。
综上，目前的安卓地面站与四旋翼无人机之间通信链路具有可靠性不足且距离受限的问题。
技术实现要素：
本发明的实施例提供基于蓝牙与wi-fi的四旋翼无人机通信方法和系统，该通信方法和系统无需网络辅助，能够通过蓝牙、wi-fi与数传电台相结合来实现数据传输，具有作用距离长、工作稳定性好的优点。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
基于蓝牙与wi-fi的四旋翼无人机通信方法，包括:
s1、安卓地面站发送指令队列至蓝牙通信模块和wi-fi通信模块；
s2、所述蓝牙通信模块和wi-fi通信模块接收所述指令队列，再通过串口通信传输至地面测控终端控制器；
s3、所述地面测控终端控制器采集所述蓝牙通信模块和所述wi-fi通信模块上传的所述指令队列并进行校验判断，判断后得出蓝牙有效帧和wi-fi有效帧，所述地面测控终端控制器将所述蓝牙有效帧和所述wi-fi有效帧进行融合，得到有效遥控指令队列，并将所述有效遥控指令队列发送至地面数传模块；
s4、所述地面数传模块采集所述有效遥控指令队列，并通过无线通信的方式将所述有效遥控指令队列发送至机载数传模块；
s5、所述机载数传模块采集所述有效遥控指令队列，并对其中的射频信号进行放大、解调，得到控制指令，所述机载数传模块再将所述控制指令发送至四旋翼无人机控制器；
s6、所述四旋翼无人机控制器采集所述控制指令，并根据所述控制指令的内容控制机载平台,然后进入下一个控制周期,重复所述s1-s6。。
进一步的,所述指令队列的校验和判断采用累加和校验或者crc校验。
进一步的，s3中，所述蓝牙有效帧和所述wi-fi有效帧的融合包括：
s301、所述蓝牙有效帧和所述wi-fi有效帧根据指令权值控制规则，得到蓝牙指令权值矩阵和wi-fi指令权值矩阵；
s302、所述蓝牙指令权值矩阵和所述wi-fi指令权值矩阵求和得到指令权值矩阵；
s303、将所述指令权值矩阵中的元素与指令有效阈值相对比，若大于所述有效阈值则置1，否则置0，将得到的新矩阵作为指令控制字；
s304、根据所述指令控制字与指令掩码形成有效指令控制字,其中,指令控制字与指令掩码进行位与(&)运算；
s305、根据所述有效指令控制字，从指令集调取对应的指令码，将指令码进行组帧、编码，得到所述有效遥控指令队列。
进一步的,所述指令有效阈值取值范围为0.5～1,建议取0.8。
进一步的，所述指令掩码由上一控制周期得到的所述有效指令控制字进行位取反(～)，再与指令类型字取或(|)运算得到，并且初始值为单位向量。
进一步的，在指令集中，若第i个指令的指令类型为单次执行指令，则对应的指令类型字相应位为0；若为连续执行指令，则对应的指令类型字相应位为1；其中，所述指令集中的指令总数为ns,i＝1,2,3…ns。
进一步的，所述指令权值控制规则包括：
在所述wi-fi指令队列中,所述wi-fi有效帧的总数为nw,在所述蓝牙指令队列中,所述蓝牙有效帧的总数为nb,所述指令集中共有ns个指令,ns为正整数,所述wi-fi有效帧和所述蓝牙有效帧中的每一帧和所述指令集中的某一个指令相对应,其中,所述wi-fi指令队列中和第i个指令对应的帧数为nwi，其中，i＝1,2,3…ns,所述蓝牙指令队列中和第i个指令对应的帧数为nbi，则第i个指令对于所述wi-fi指令队列的指令权值为
本发明还提供了基于蓝牙与wi-fi的四旋翼无人机通信系统，包括地面端和机载端，所述地面端包括安卓地面站、蓝牙通信模块、wi-fi通信模块、地面测控终端控制器、地面数传模块，所述安卓地面站通过无线方式和所述蓝牙通信模块、wi-fi通信模块通信，所述蓝牙通信模块和wi-fi通信模块连接所述地面测控终端控制器，所述地面测控终端控制器连接所述地面数传模块；所述机载端包括机载数传模块、无人机控制器和机载平台并依次连接，所述地面数传模块和所述机载数传模块通过无线方式通信。
本发明实施例提供的基于蓝牙与wi-fi的四旋翼无人机通信方法和系统，通过蓝牙链路和wi-fi链路相配合，解决了通信链路可靠性不足的问题，而且机载端和地面端通过无线通信方式交互，避免了距离受限的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的通信系统结构框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例提供基于蓝牙与wi-fi的四旋翼无人机通信方法包括：
s1、安卓地面站发送指令队列至蓝牙通信模块和wi-fi通信模块，通过wi-fi与蓝牙两种通讯方式，并行、高速接收安卓地面站发出的指令队列；
s2、所述蓝牙通信模块和wi-fi通信模块接收所述指令队列，再通过串口通信传输至地面测控终端控制器；
s3、所述地面测控终端控制器采集所述蓝牙通信模块和所述wi-fi通信模块上传的所述指令队列并进行校验判断，判断后得出蓝牙有效帧和wi-fi有效帧，所述地面测控终端控制器将所述蓝牙有效帧和所述wi-fi有效帧进行融合，得到有效遥控指令队列，并将所述有效遥控指令队列发送至地面数传模块；
s4、所述地面数传模块采集所述有效遥控指令队列，并通过无线通信的方式将所述有效遥控指令队列发送至机载数传模块；
s5、所述机载数传模块采集所述有效遥控指令队列，并对其中的射频信号进行放大、解调，得到控制指令，所述机载数传模块再将所述控制指令发送至四旋翼无人机控制器；
s6、所述四旋翼无人机控制器采集所述控制指令，并根据所述控制指令的内容控制机载平台。
进一步的，s3中，所述蓝牙有效帧和所述wi-fi有效帧的融合过程包括：
s301、所述蓝牙有效帧和所述wi-fi有效帧根据指令权值控制规则，得到蓝牙指令权值矩阵和wi-fi指令权值矩阵；
s302、所述蓝牙指令权值矩阵和所述wi-fi指令权值矩阵求和得到指令权值矩阵；
s303、将所述指令权值矩阵中的元素与指令有效阈值相对比，若大于所述有效阈值则置1，否则置0，将得到的新矩阵作为指令控制字，其中，指令有效阈值表示一个数据包中有效指令码所占指令总数的比例，取值范围为0.5～1，建议值为0.8，即在wi-fi或蓝牙单通道有效工作时，一包数据中80％指令为该指令码，则认为该指令码为有效执行指令。指令有效阈值用于从wi-fi、蓝牙大量指令中提取当前最新指令码，同时避免丢指令、误指令。；
s304、根据所述指令控制字与指令掩码形成有效指令控制字，其中，所述指令掩码根据指令类型、指令发送方式构造。当指令类型为遥调指令且遥调数值为连续变化时(比如俯仰角目标值)，指令掩码相应位置1，保证每一个控制周期，该指令均可上行。其他情况则根据指令发送方式设置，若指令为单次执行指令，则上一个控制周期指令发送后，掩码置0，避免指令码连续发送；若允许指令多次连续发送，则掩码置1，不对指令控制字进行屏蔽处理；
s305、根据所述有效指令控制字，从指令集(通讯协议中所有指令编码，设其中包含ns个指令码)调取对应的指令码，将指令码进行组帧、编码，得到所述有效遥控指令队列。
进一步的，所述指令权值控制规则包括：
在所述wi-fi指令队列中,所述wi-fi有效帧的总数为nw,在所述蓝牙指令队列中,所述蓝牙有效帧的总数为nb,所述指令集中共有ns个指令,ns为正整数,所述wi-fi有效帧和所述蓝牙有效帧中的每一帧和所述指令集中的某一个指令相对应,其中,所述wi-fi指令队列中和第i个指令对应的帧数为nwi，其中，i＝1,2,3…ns,所述蓝牙指令队列中和第i个指令对应的帧数为nbi，则第i个指令对于所述wi-fi指令队列的指令权值为
本发明还提供了一种基于蓝牙与wi-fi的四旋翼无人机通信系统，如图1所示，包括地面端和机载端，所述地面端包括安卓地面站、蓝牙通信模块、wi-fi通信模块、地面测控终端控制器、地面数传模块，所述安卓地面站通过无线方式和所述蓝牙通信模块、wi-fi通信模块通信，所述蓝牙通信模块和wi-fi通信模块连接所述地面测控终端控制器，所述地面测控终端控制器连接所述地面数传模块；所述机载端包括机载数传模块、无人机控制器和机载平台并依次连接，所述地面数传模块和所述机载数传模块通过无线方式通信。
其中，蓝牙通信模块、wi-fi通信模以及地面数传模块、机载数传模块主要进行地面站与无人机之间的无线通信；地面测控终端控制器主要对指令进行解算与执行。地面测控终端控制器通过uart接口接收蓝牙通信模块发送来的数据，通过spi接口接收wi-fi通信模块发送来的数据，地面测控终端控制器再通过spi接口将数据传输到地面数传模块。
蓝牙通信模块，为了减少设计风险和加快开发进程，蓝牙通信模块采用蓝牙v2.0协议标准。模块尺寸大小为27mm×13mm×2mm左右，模块供电电压为3.3～3.6v，工作电流不大于50ma，功耗较低。蓝牙通信模块的有效通信距离为10m左右，并且可通过at指令对蓝牙通信的波特率和配对密码进行修改。
wi-fi通信模块，支持wpa/wpa2安全模式，内置tcp/ip协议栈。其工作电压为3.3v，平均工作电流为80ma，可使用at指令集，具有三种工作模式：ap模式、station模式和ap兼station模式。wi-fi通信模块的有效通信距离为90m左右，具有无线电波覆盖范围广及传输速度快、以最低成本提供最大实用性等特性。
地面数传模块和机载数传模块是一种无线收发芯片，具有多频段、低功耗、高集成度等特点。输出功率可达+20dbm，接收灵敏度达到-126dbm，可提供对数据包处理、数据缓冲fifo、接收信号强度指示(rssi)、空闲信道评估(cca)、唤醒定时器、低电压检测、温度传感器、8位ad转换器和通用输入/输出口等功能的硬件支持。本发明所选用的地面数传模块和机载数传模块在使用时对外部元件的依赖性较小，配置若干电容、电感和一个晶振就可组成一个可靠性较高的数据收发系统，减少二次开发的工作量。
地面测控终端控制器选用主流单片机芯片，具有多种电源管理模式(如正常模式、休眠模式、空闲模式等)，其内部集成的2个欠压检测器分别适用于正常模式和休眠模式，在休眠模式下工作电流仅为50na。该控制器需包括一个高效的直流升压转换器，给内部微控制器和其它元器件提供65mw供电。在功耗方面，其省电架构能将操作模式下的电流减小到170μa/mhz。以此来满足本设计需求。
综上，本发明利用wi-fi与蓝牙两种通讯方式，并行、高速接收安卓地面站遥控指令，通过指令码重复、多次以及两路并行发送方式，提高安卓地面站与地面测控终端之间无线通信的可靠性、实时性；无线通信方式扩大了通信距离，避免了通信距离受限的问题。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。