一种无人机通信方法及装置与流程

本发明涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种无人机通信方法及装置。

背景技术：

无人驾驶飞机简称无人机(英文：unmannedaerialvehicle，简称：uav)，是一种利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，因其具备体积小、灵活性强等优点，在军事、民用领域扮演着极为重要的角色。

另外，按照数据传输方向的不同可将无人机数据链路分为上行链路和下行链路。上行链路主要完成地面站至无人机的上行数据(如起飞命令、降落命令、变灯命令和加锁解锁命令)的发送，实现飞行姿态实时控制和自动化指挥；下行链路主要完成无人机至地面站的下行数据(如遥测数据、以及飞行姿态、跟踪定位等信息)的发送。依赖于上述无人机数据链路，构成了无人机集群通信技术。在无人机集群通信技术中，各个无人机与地面站之间实时交互，以实现从起飞、路径执行、目的地降落等。

相关技术中的无人机集群通信技术一般采用频分复用通信机制。频分复用通信机制要求上下行链路的传输频率区分开来，且对不同的无人机采用传输频率不同的信道，新增的无人机也会对有限的信道资源造成负担，信道的利用率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人机通信方法及装置，以提高信道的利用率，实用性更佳。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人机通信方法，所述方法包括：

生成第一无人机的下行数据；

基于预设的各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，确定与所述第一无人机的标识信息相匹配的时隙资源，所述无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；

利用确定的时隙资源向地面站发送所述下行数据。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述利用确定的时隙资源向地面站发送所述下行数据之前，包括：

获取校准时基脉冲，所述校准时基脉冲由设置在第一无人机中的全球导航卫星系统gnss模块产生的同步时钟确定；

根据获取的所述校准时基脉冲对所述第一无人机的内置时钟进行校准。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述根据获取的所述校准时基脉冲对所述第一无人机的内置时钟进行校准，包括：

周期性地根据获取的所述校准时基脉冲对所述第一无人机的内置时钟进行校准。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括：

在预设的上行时隙资源上，接收所述地面站发送的上行数据。

第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机通信方法，所述方法包括：

接收无人机集群中的任一无人机利用与所述任一无人机唯一对应的时隙资源发送的下行数据，所述无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；

对接收的下行数据进行处理。

第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机，包括：

生成模块，用于生成第一无人机的下行数据；

确定模块，用于基于预设的各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，确定与所述第一无人机的标识信息相匹配的时隙资源，所述无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；

发送模块，用于利用确定的时隙资源向地面站发送所述下行数据。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括校准模块；所述校准模块包括：

获取单元，用于获取校准时基脉冲，所述校准时基脉冲由设置在第一无人机中的全球导航卫星系统gnss模块产生的同步时钟确定；

校准单元，用于根据获取的所述校准时基脉冲对所述第一无人机的内置时钟进行校准。

结合第三方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，所述校准单元，还用于周期性地根据获取的所述校准时基脉冲对所述第一无人机的内置时钟进行校准。

结合第三方面，本发明实施例提供了第三方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括上行接收模块；

所述上行接收模块，用于在预设的上行时隙资源上，接收所述地面站发送的上行数据。

第四方面，本发明实施例还提供了一种地面站，包括：

下行接收模块，用于接收无人机集群中的任一无人机利用与所述任一无人机唯一对应的时隙资源发送的下行数据，所述无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；

处理模块，用于对接收的下行数据进行处理。

本发明实施例提供的无人机通信方法，包括：生成第一无人机的下行数据；基于预设的各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，确定与第一无人机的标识信息相匹配的时隙资源，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；利用确定的时隙资源向地面站发送下行数据。通过本发明实施例所提供的无人机通信方法及装置，将无人机集群中的每个无人机均采用唯一对应的时隙资源与地面站进行通信，节约了有限的信道资源，提高了信道的利用率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种无人机通信方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的另一种无人机通信方法的流程图；

图3示出了本发明实施例所提供的另一种无人机通信方法的流程图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种无人机通信装置的结构示意图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种无人机通信装置中校准模块的结构示意图；

图6示出了本发明实施例所提供的另一种无人机通信装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

11、生成模块；12、确定模块；13、发送模块；14、校准模块；141、获取单元；142、校准单元；21、下行接收模块；22、处理模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到相关技术中的无人机集群通信技术一般采用频分复用通信机制。频分复用通信机制要求上下行链路的传输频率区分开来，且对不同的无人机采用传输频率不同的信道，新增的无人机也会对有限的信道资源造成负担，信道的利用率较低。基于此，本发明实施例提供了一种无人机通信方法及装置，以提高信道的利用率，实用性更佳。

参见图1所示的本发明实施例提供的无人机通信方法的流程图，所述方法由第一无人机或者第一无人机控制的执行芯片执行，具体包括如下步骤：

s101、生成第一无人机的下行数据；

具体的，考虑到本发明实施例所提供的无人机通信方法所针对的无人机集群的具体应用场景，本发明实施例中，对于无人机集群中的任一第一无人机而言，均需要将生成的第一无人机的下行数据(如遥测数据、以及飞行姿态、跟踪定位等信息)发送至地面站进行相应的分析和处理。因此，对于任一第一无人机而言，首先生成待通信的下行数据。本发明实施例所提供的无人机通信方法重在对传输通道的利用方式，在此对下行数据的具体内容不做限制。

s102、基于预设的各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，确定与第一无人机的标识信息相匹配的时隙资源，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；

具体的，本发明实施例首先将建立各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，然后再根据该唯一对应关系确定与第一无人机的标识信息相匹配的唯一时隙资源。其中，第一无人机是无人机集群中的任一无人机。

其中，上述无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同，本发明实施例是基于对无人机集群中的所有无人机进行标识信息的统一编址，然后再根据上述统一编址建立与所有时隙资源的唯一对应关系，该唯一对应关系是基于统一编址对任一信道进行时隙资源的分割结果。另外，本发明实施例基于统一编址，将为无人机集群的扩展留有充足的空间。

s103、利用确定的时隙资源向地面站发送下行数据。

具体的，基于上述确定的时隙资源第一无人机即可向地面站发送生成的下行数据。

本发明实施例提供的无人机通信方法，与相关技术中的无人机集群通信技术由于采用频分复用通信机制导致信道的利用率较低相比，其首先生成第一无人机的下行数据，然后基于预设的各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，确定与第一无人机的标识信息相匹配的时隙资源，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同，最后利用确定的时隙资源向地面站发送下行数据，其将无人机集群中的每个无人机均采用唯一对应的时隙资源与地面站进行通信，节约了有限的信道资源，提高了信道的利用率。

为了避免相关技术中的帧同步方式在通信同步帧发生丢包时，单独节点出现发送时刻无序的状态，导致无线通信冲突的机率增加，或者下行数据完全丢包的情况，本发明实施例所提供的无人机通信方法在向地面站发送下行数据之前，还将根据获取的校准时基脉冲进行校准，参见图2，具体通过如下步骤进行校准：

s201、获取校准时基脉冲，校准时基脉冲由设置在第一无人机中的全球导航卫星系统gnss模块产生的同步时钟确定；

s202、根据获取的校准时基脉冲对第一无人机的内置时钟进行校准。

具体的，本发明实施例所提供的无人机通信方法是由设置在第一无人机中的gnss(globalnavigationsatellitesystem，全球导航卫星系统)模块产生的纳秒级同步时钟进行同步的，该同步始终确定的校准时基脉冲将对第一无人机的内置时钟进行校准。

其中，每一个第一无人机均将通过上述校准时基脉冲进行校准，即保证所有无人机均采用同一时钟进行校准。这是由于上述gnss模块可接收到可用于授时的准确至纳秒级的时间信息，可用它来自动校准第一无人机的本地时钟(即内置时钟)的时间，保证第一无人机的运行时间与gnss时间同步。从而达到纳秒级同步精度的分时多址，有效避免了多址通信冲突，提高无人机集群相应指挥调度的实时性、可靠性，全面优化无人机集群内组网数据传输的链路质量。

另外，上述校准时基脉冲在校准的过程中，是在脉冲到来上升沿触发时刻，对每架无人机的本地时钟进行同步置数，进而进行校准的。标识信息不同的无人机将基于校准后的本地时钟延迟不同基本时间片倍数的时间后发送下行数据。

另外，本发明实施例所提供的无人机通信方法是周期性地根据获取的校准时基脉冲对第一无人机的内置时钟进行校准。

具体的，本发明实施例还采用校准周期周期性地根据获取的校准时基脉冲对第一无人机的内置时钟进行校准，从而进一步的保证数据同步的实时性和精确性。

为了更好的实现上行数据和下行数据的双工通信，本发明实施例所提供的无人机通信方法还在预设的上行时隙资源上，接收地面站发送的上行数据。

具体的，本发明实施例所提供的无人机通信方法还在预设的上行时隙资源上，接收地面站发送的上行数据。其中，上述上行时隙资源与各个第一无人机分配的时隙资源不同，从而能够实现无人机至地面站、地面站至无人机的双工通信。

本发明实施例提供的无人机通信方法，与相关技术中的无人机集群通信技术由于采用频分复用通信机制导致信道的利用率较低相比，其首先生成第一无人机的下行数据，然后基于预设的各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，确定与第一无人机的标识信息相匹配的时隙资源，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同，最后利用确定的时隙资源向地面站发送下行数据，其将无人机集群中的每个无人机均采用唯一对应的时隙资源与地面站进行通信，节约了有限的信道资源，提高了信道的利用率。

本发明实施例还提供了一种无人机通信方法，参见图3所示的本发明实施例提供的无人机通信方法的流程图，所述方法由地面站执行，具体包括如下步骤：

s301、接收无人机集群中的任一无人机利用与任一无人机唯一对应的时隙资源发送的下行数据，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；

s302、对接收的下行数据进行处理。

具体的，本发明实施例所提供的无人机通信方法将接收无人机集群中的任一无人机利用与任一无人机唯一对应的时隙资源发送的下行数据，并对接收的下行数据进行处理。

其中，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同。

本发明实施例提供的无人机通信方法，与相关技术中的无人机集群通信技术由于采用频分复用通信机制导致信道的利用率较低相比，其首先接收无人机集群中的任一无人机利用与任一无人机唯一对应的时隙资源发送的下行数据；其中，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同，然后对接收的下行数据进行处理，其将无人机集群中的每个无人机均采用唯一对应的时隙资源与地面站进行通信，节约了有限的信道资源，提高了信道的利用率。

本发明实施例还提供了一种无人机通信装置，所述无人机通信装置用于实现上述第一种无人机通信方法，参见图4，所述无人机通信装置包括：

生成模块11，用于生成第一无人机的下行数据；

确定模块12，用于基于预设的各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，确定与第一无人机的标识信息相匹配的时隙资源，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；

发送模块13，用于利用确定的时隙资源向地面站发送下行数据。

为了避免相关技术中的帧同步方式在通信同步帧发生丢包时，单独节点出现发送时刻无序的状态，导致无线通信冲突的机率增加，或者下行数据完全丢包的情况，本发明实施例中，第一无人机在向地面站发送下行数据之前，还将通过校准模块14进行校准，参见图5，上述校准模块14包括：

获取单元141，用于获取校准时基脉冲，校准时基脉冲由设置在第一无人机中的全球导航卫星系统gnss模块产生的同步时钟确定；

校准单元142，用于根据获取的校准时基脉冲对第一无人机的内置时钟进行校准。

其中，上述校准单元142，还用于周期性地根据获取的校准时基脉冲对第一无人机的内置时钟进行校准。

为了更好的实现上行数据和下行数据的双工通信，本发明实施例所提供的无人机通信装置还包括上行接收模块，该上行接收模块，用于在预设的上行时隙资源上，接收地面站发送的上行数据。

本发明实施例提供的无人机通信装置，与相关技术中的无人机集群通信技术由于采用频分复用通信机制导致信道的利用率较低相比，其首先生成第一无人机的下行数据，然后基于预设的各个时隙资源与无人机集群中各个无人机的标识信息之间的唯一对应关系，确定与第一无人机的标识信息相匹配的时隙资源，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同，最后利用确定的时隙资源向地面站发送下行数据，其将无人机集群中的每个无人机均采用唯一对应的时隙资源与地面站进行通信，节约了有限的信道资源，提高了信道的利用率。

本发明实施例还提供了一种无人机通信装置，所述无人机通信装置用于实现上述第二种无人机通信方法，参见图6，所述无人机通信装置包括：

下行接收模块21，用于接收无人机集群中的任一无人机利用与任一无人机唯一对应的时隙资源发送的下行数据，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同；

处理模块22，用于对接收的下行数据进行处理。

本发明实施例提供的无人机通信装置，与相关技术中的无人机集群通信技术由于采用频分复用通信机制导致信道的利用率较低相比，其首先接收无人机集群中的任一无人机利用与任一无人机唯一对应的时隙资源发送的下行数据，无人机集群至少包括多个无人机，不同无人机使用的时隙资源不相同，然后对接收的下行数据进行处理，其将无人机集群中的每个无人机均采用唯一对应的时隙资源与地面站进行通信，节约了有限的信道资源，提高了信道的利用率。

本发明实施例所提供的无人机通信方法及装置，不仅可以应用于多个无人机对地面站的多对一或地面站对多个无人机的一对多进行树形拓扑结构组网的无人机集群的应用环境，还可以应用于无人机编队的应用场景，该无人机编队是指，地面站发出的上行数据经过飞机组长转发至各个组员，各个无人机的下行数据经过各组的飞机组长融合处理，转发至地面站。

另外，本发明实施例还基于上述各个无人机和地面站还形成了一个无人机通信系统，其中，无人机同地面站之间按照多对1进行树形拓扑结构组网，飞机的下行数据按照各自时隙通道发送数据，地面站则按照专用时隙发送上行数据，形成时分多址组网，从而节省了频率资源，提升了无线信道利用率，为无人机集群数量的可扩展性提供空间。

本发明实施例所提供的进行无人机通信的方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的无人机通信的装置可以为设备上的特定硬件或者安装于设备上的软件或固件等。本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，前述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，均可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明提供的实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。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所述以权利要求的保护范围为准。