一种基于编队无人机的通信控制集成系统的制作方法

1.本实用新型涉及编队无人机通信设备技术领域，具体涉及一种基于编队无人机的通信控制集成系统。


背景技术：

2.现有的编队无人机在执行无人机编队飞行任务的控制方案上有三大类，一种是通过wifi技术进行通讯，一种是通过4g通讯网络技术，一种是通过uwb技术，而这三种通讯技术的缺点如下：
3.传统只使用wifi技术通讯的劣势：通讯控制距离被路由器的功率限制，最长传输距离只能维持在200米内左右，且随着通讯控制距离的增加，信号强度减弱，限制了编队无人机通讯的距离，如果要进行远距离飞行，编队无人机就无法进行实时通讯，无法对正在飞行的编队无人机进行控制，容易造成飞行事故。
4.传统只使用4g/5g通讯网络技术的劣势：
5.1、目前正在使用的通讯基站都会根据使用情况，进行能耗和服务承载力的调整，当编队无人机需要接入附近的通讯基站进行通讯时，接入数量的激增会造成临近基站的负载增大，导致附近的通讯堵塞，使编队无人机无法正常通讯，需要网络运营商的特别授权配合，为编队无人机设置白名单，以保障通讯的畅通，但也因此增加了不少的特别授权配合成本和人力成本。
6.2、而在较为偏远或者落后的地方执行无人机编队飞行任务时，偏远落后地区的信号基站负载容量更小，基站之间的距离更远，无法负载更大的编队无人机通讯控制，导致该地区的通讯面临崩溃。
7.uwb技术的劣势：信号传播距离更小，仅仅适合在一个相对封闭空间内使用。在编队无人机技术上，仅能用在室内编队表演，适用性差。
8.目前市场上的编队无人机的通讯方案都仅仅采用了上述三种通讯方案中的一种，在项目场景使用上会有较大的局限性。


技术实现要素：

9.本实用新型的目的在于改进现有技术的缺陷，提供一种基于编队无人机的通信控制集成系统。
10.为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：
11.一种基于编队无人机的通信控制集成系统，包括基站、无线通信模块、蜂窝移动通信模块、无线载波通信模块及飞控芯片，所述基站包括第一定位基站及第二定位基站，所述第一定位基站与所述无线通信模块通信连接，所述第二定位基站与所述无线载波通信模块通信连接，所述无线通信模块、蜂窝移动通信模块及无线载波通信模块均与飞控芯片电性连接，所述无线通信模块、蜂窝移动通信模块及无线载波通信模块均用于共同给飞控芯片提供三种不同的通信数据交互方式。
12.基于编队无人机的通信控制集成系统的原理为，第一定位基站接收差分定位数据并通过无线通信模块将其输送至飞控芯片，以实现第一定位基站通过无线通信模块与飞控芯片的数据交互；第二定位基站接收编队无人机的室内定位数据并通过无线载波通信模块将其输送至飞控芯片，以实现第二定位基站通过无线载波通信模块与飞控芯片的数据交互，通过无线通信模块、蜂窝移动通信模块及无线载波通信模块均与飞控芯片的电性连接，使飞控芯片能够集成三种不同的控制模式，并结合编队无人机执行飞行项目的实际环境实现对编队无人机的通信控制。
13.在本技术方案中，所述无线通信模块用于给飞控芯片提供一种通信数据交互方式，所述蜂窝移动通信模块用于给飞控芯片提供另一种通信数据交互方式，所述无线载波通信模块用于给飞控芯片提供另一种通信数据交互方式。
14.还包括第一终端控制系统及第二终端控制系统，所述第一终端控制系统与无线通信模块通信连接，所述第一终端控制系统还与无线载波通信模块通信连接，所述第二终端控制系统与蜂窝移动通信模块通信连接。
15.根据编队无人机执行飞行项目的实际环境，选择不同的通讯控制方式，当选择无线通信模块或无线载波通信模块作为通信控制方式时，通过第一终端控制系统对编队无人机进行飞行控制，当选择蜂窝移动通信模块作为通信控制方式时，通过第二终端控制系统对编队无人机进行飞行控制。
16.第一终端控制系统、第二终端控制系统及搭载于编队无人机上的飞控芯片上电工作，第一终端控制系统及第二终端控制系统判断是否有接收到从第一定位基站输送过来的差分定位数据，当第一终端控制系统或第二终端控制系统接收到差分定位数据时，第一终端控制系统发送断电停用指令至无线载波通信模块，编队无人机启动。
17.所述无线通信模块包括有wifi5.8g模块、wifi2.4g模块，所述wifi5.8g模块与所述飞控芯片电性连接，所述wifi2.4g模块与所述飞控芯片电性连接，所述第一定位基站与所述wifi2.4g模块通信连接。
18.所述第一终端控制系统包括第一地面站、路由器，所述第一地面站与路由器连接，所述路由器与wifi5.8g模块通信连接。
19.当操作人员选择通过wifi5.8g模块与飞控芯片实现数据交互后，第二终端控制系统关闭停用，第一终端控制系统通过wifi5.8g模块对飞控芯片的控制原理为：在第一定位基站实时接收差分定位数据，并通过wifi2.4g模块与飞控芯片实时通信的前提下，将差分定位数据输送至飞控芯片，第一地面站通过路由器及wifi5.8g模块的通信连接并将执行本次飞行项目的航迹文件传输至编队无人机的飞控芯片上，由于编队无人机起飞前离第一地面站的距离较近，能够充分发挥wifi5.8g模块大文件数据快速传输的优势，第一地面站操控编队无人机起飞，飞控芯片将编队无人机的固定ip地址分批、限时通过所述wifi5.8g模块与路由器的通信连接并接入到第一地面站上，使第一地面站显示无人机的飞行数据，编队无人机飞行的过程中，第一地面站继续通过wifi5.8g模块操控编队无人机，并且对指定的无人机发送包括悬停、返航、原地降落等的控制指令。
20.在技术方案中，第一终端控制系统通过wifi5.8g模块能够在200米左右的范围内对飞控芯片的控制，适用于周围人口居住密集且控制距离较短的飞行项目要求；
21.由于受到路由器的规格性能极限的限制，固定ip地址分批接入第一地面站例如实
际飞行1000台编队无人机，根据固定ip地址将其分成10组，每组100台，每次只接入100台到路由器上；固定ip地址限时接入第一地面站，编队无人机分组接入路由器后，保持每组编队无人机的通信5秒
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10秒，然后断开连接，下一组编队无人机再接入该路由器，在实际应用过程中，可根据实际需求设定每组编队无人机的通信时间；
22.当最后一组编队无人机完成实时通信后，回到第一组编队无人机再次接入路由器或者移动通讯信号塔。
23.所述第二终端控制系统包括第二地面站、便携式热点、移动通讯信号塔，所述第二地面站与便携式热点连接，所述便携式热点与移动通讯信号塔通信连接，所述移动通讯信号塔与所述蜂窝移动通信模块通信连接。
24.当操作人员选择通过蜂窝移动通信模块与飞控芯片实现数据交互后，第二终端控制系统通过蜂窝移动通信模块对飞控芯片的控制原理为：在第一定位基站实时接收差分定位数据，并通过wifi2.4g模块与飞控芯片实时通信的前提下，将差分定位数据输送至飞控芯片，第一地面站通过路由器及wifi5.8g模块的通信连接并将执行本次飞行项目的航迹文件传输至编队无人机的飞控芯片上，航迹文件传输完毕，第一地面站操控编队无人机起飞后，第一地面站、路由器及wifi5.8g模块均关闭停用，飞控芯片将编队无人机按照通讯号段分批、限时通过蜂窝移动通信模块与移动通讯信号塔的通信连接并接入到第二地面站上，编队无人机飞行的过程中，第二地面站继续通过蜂窝移动通信模块与移动通讯信号塔的通信连接操控编队无人机，搭载在编队无人机上的飞控芯片将自身的飞行数据传给第二地面站，包括高度、速度、差分定位状态、电量等任何关键的飞行数据，第二地面站显示无人机的飞行数据，并通过蜂窝移动通信模块对出现异常的编队机进行发送悬停、返航、降落等的飞行状态控制指令。
25.在技术方案中，为了避免移动通讯信号塔瞬时承受大量无人机的通信接入，通讯号段分批接入第二地面站例如实际飞行1000台编队无人机，根据通讯号段将其分成10组，每组100台，每次只接入100台到移动通讯信号塔；通讯号段限时接入第二地面站，编队无人机分组接入移动通讯信号塔后，保持每组编队无人机的通信5秒
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10秒，然后断开连接，下一组编队无人机再接入该路由器，在实际应用过程中，可根据实际需求设定每组编队无人机的通信时间，这样一来，不仅能够在周围人口居住密集的地方执行飞行项目，还可以同时通过蜂窝移动通信模块对编队无人机200米以外的长距离通信控制。
26.所述第一地面站还与所述无线载波通信模块通信连接。
27.当第一终端控制系统及第二终端控制系统均未接收到差分定位数据时，第一终端控制系统发送断电停用指令至无线通信模块及蜂窝移动通信模块，编队无人机启动，第一终端控制系统自动通过无线载波通信模块对飞控芯片进行控制：在第二定位基站实时接收编队无人机的室内定位数据，并通过无线载波通信模块与飞控芯片电性连接的前提下，将室内定位数据输送至飞控芯片，第一地面站通过无线载波通信模块将执行本次飞行项目的航迹文件传输至编队无人机的飞控芯片上，由于编队无人机在室内飞行，航迹较为简单，航迹文件较小，且本次飞行项目的控制距离较近，通过无线载波通信模块便能快速实现数据交互，第一地面站操控编队无人机起飞。
28.还包括有软排线，所述wifi5.8g模块、wifi2.4g模块、蜂窝移动通信模块及无线载波通信模块均通过软排线与所述飞控芯片电性连接。
29.所述第一定位基站通过wifi2.4g模块与飞控芯片实时通信连接；所述飞控芯片用于将编队无人机的固定ip地址分批、限时通过所述wifi5.8g模块与路由器的通信连接并接入到所述第一地面站上；所述飞控芯片用于将编队无人机按照通讯号段分批、限时通过蜂窝移动通信模块与移动通讯信号塔的通信连接并接入到所述第二地面站上。
30.所述无线通信模块用于给飞控芯片提供一种wifi模式的通信数据交互；所述蜂窝移动通信模块为4g模块或5g模块中的一个，所述蜂窝移动通信模块用于给飞控芯片提供一种4g模式或5g模式的通信数据交互；所述无线载波通信模块为uwb模块，所述无线载波通信模块用于给飞控芯片提供一种uwb模式的通信数据交互。
31.第一终端控制系统发送断电停用指令至无线载波通信模块，以用于自动屏蔽掉无线载波通信模块的uwb模式，并自动进入wifi模式及4g模式，以供操作人员对这两种模式选择；第一终端控制系统发送断电停用指令至无线通信模块及蜂窝移动通信模块，以用于自动屏蔽掉无线通信模块及蜂窝移动通信模块的wifi模式及4g模式，并自动进入uwb模式。
32.所述第一定位基站为差分定位基站；所述第二定位基站为室内定位基站。
33.与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：
34.基于编队无人机的通信控制集成系统，飞控芯片通过集成无线通信模块、蜂窝移动通信模块及无线载波通信模块三种通信方式，集成三种通信方式相互配合并对编队无人机进行通信控制，充分发挥无线通信模块蜂窝移动通信模块及无线载波通信模块各自的优点，在人口居住密集的场地上采用无线通信模块的通信控制方式能够解决执行编队无人机飞行项目时附近通讯信号站接入数量激增导致通信堵塞的问题；编队无人机在执行远距离飞行项目时采用蜂窝移动通信模块和无线通信模块的通信控制方式的配合，以用于在不加大附近通讯信号站负载的情况下实现远距离的通信控制，极大地减少了项目成本，具有良好的经济效益；编队无人机在执行根据展示或飞行测试的需求在室内短距离飞行项目时采用无线载波通信模块的通信控制方式，使通信控制更加简便高效。
附图说明
35.图1是本实用新型实施例中基于编队无人机的通信控制集成系统的连接框图；
36.图2是本实用新型实施例中wifi模式下的通信连接图；
37.图3是本实用新型实施例中4g模式下的通信连接图；
38.图4是本实用新型实施例中uwb模式下的通信连接图；
39.附图标记说明：
40.10、第一定位基站，11、第二定位基站，20、wifi5.8g模块，21、wifi2.4g模块，31、第一地面站，32、路由器，41、第二地面站，42、便携式热点，43、移动通讯信号塔，50、飞控芯片，60、蜂窝移动通信模块，70、无线载波通信模块。
具体实施方式
41.下面对本实用新型的实施例进行详细说明。
42.如图1所示，一种基于编队无人机的通信控制集成系统，包括基站、无线通信模块、蜂窝移动通信模块60、无线载波通信模块及飞控芯片50，基站包括第一定位基站10及第二定位基站11，第一定位基站10与无线通信模块通信连接，第二定位基站11与无线载波通信
模块通信连接，无线通信模块、蜂窝移动通信模块60及无线载波通信模块均与飞控芯片50电性连接，无线通信模块、蜂窝移动通信模块60及无线载波通信模块均用于共同给飞控芯片50提供三种不同的通信数据交互方式。
43.请继续参阅图1，在本实施例中，无线通信模块用于给飞控芯片50提供一种通信数据交互方式，蜂窝移动通信模块60用于给飞控芯片50提供另一种通信数据交互方式，无线载波通信模块用于给飞控芯片50提供另一种通信数据交互方式。
44.基于编队无人机的通信控制集成系统还包括第一终端控制系统及第二终端控制系统，第一终端控制系统与无线通信模块通信连接，第一终端控制系统还与无线载波通信模块通信连接，第二终端控制系统与蜂窝移动通信模块60通信连接。
45.请参阅图2至图4，无线通信模块包括有wifi5.8g模块20、wifi2.4g模块21，wifi5.8g模块20与飞控芯片50电性连接，wifi2.4g模块21与飞控芯片50电性连接，第一定位基站10与wifi2.4g模块21通信连接。
46.请继续参阅图2至图4，第一终端控制系统包括第一地面站31、路由器32，第一地面站31与路由器32连接，路由器32与wifi5.8g模块20通信连接；第二终端控制系统包括第二地面站41、便携式热点42、移动通讯信号塔43，第二地面站41与便携式热点42连接，便携式热点42与移动通讯信号塔43通信连接，移动通讯信号塔43与蜂窝移动通信模块60通信连接；第一地面站31还与无线载波通信模块通信连接。
47.请继续参阅图2至图4，基于编队无人机的通信控制集成系统还包括有软排线，wifi5.8g模块20、wifi2.4g模块21、蜂窝移动通信模块60及无线载波通信模块均通过软排线与飞控芯片50电性连接。
48.请继续参阅图2至图4，第一定位基站10通过wifi2.4g模块21与飞控芯片50实时通信连接；飞控芯片50用于将编队无人机的固定ip地址分批、限时通过wifi5.8g模块20与路由器32的通信连接并接入到第一地面站31上；飞控芯片50用于将编队无人机按照通讯号段分批、限时通过蜂窝移动通信模块60与移动通讯信号塔43的通信连接并接入到第二地面站41上；第一定位基站10为差分定位基站；第二定位基站11为室内定位基站。
49.请继续参阅图2至图4，无线通信模块用于给飞控芯片50提供一种wifi模式的通信数据交互；蜂窝移动通信模块60为4g模块或5g模块中的一个，蜂窝移动通信模块60用于给飞控芯片50提供一种4g模式或5g模式的通信数据交互；无线载波通信模块为uwb模块，无线载波通信模块用于给飞控芯片50提供一种uwb模式的通信数据交互。
50.本实施例具有如下优点：
51.1、基于编队无人机的通信控制集成系统的原理为，第一定位基站10用于接收差分定位数据并通过wifi2.4g模块21将其输送至飞控芯片50，以实现第一定位基站10通过无线通信模块与飞控芯片50的数据交互；第二定位基站11用于接收编队无人机的室内定位数据并通过无线载波通信模块将其输送至飞控芯片50，以实现第二定位基站11通过无线载波通信模块与飞控芯片50的数据交互，通过无线通信模块、蜂窝移动通信模块60及无线载波通信模块均与飞控芯片50的电性连接，使飞控芯片50能够集成三种不同的控制模式，并结合编队无人机执行飞行项目的实际环境实现对编队无人机的通信控制；
52.基于编队无人机的通信控制集成系统，飞控芯片50通过集成无线通信模块、蜂窝移动通信模块60及无线载波通信模块三种通信方式，集成三种通信方式相互配合并对编队
无人机进行通信控制，充分发挥无线通信模块蜂窝移动通信模块60及无线载波通信模块各自的优点，在人口居住密集的场地上采用无线通信模块的通信控制方式能够解决执行编队无人机飞行项目时附近通讯信号站接入数量激增导致通信堵塞的问题；编队无人机在执行远距离飞行项目时采用蜂窝移动通信模块60和无线通信模块的通信控制方式的配合，以用于在不加大附近通讯信号站负载的情况下实现远距离的通信控制，极大地减少了项目成本，具有良好的经济效益；编队无人机在执行根据展示或飞行测试的需求在室内短距离飞行项目时采用无线载波通信模块的通信控制方式，使通信控制更加简便高效。
53.2、根据编队无人机执行飞行项目的实际环境，选择不同的通讯控制方式，当选择无线通信模块或无线载波通信模块作为通信控制方式时，通过第一终端控制系统对编队无人机进行飞行控制，当选择蜂窝移动通信模块60作为通信控制方式时，通过第二终端控制系统对编队无人机进行飞行控制。
54.3、第一终端控制系统、第二终端控制系统及搭载于编队无人机上的飞控芯片50上电工作，第一终端控制系统及第二终端控制系统判断是否有接收到从第一定位基站10输送过来的差分定位数据，当第一终端控制系统或第二终端控制系统接收到差分定位数据时，第一终端控制系统发送断电停用指令至无线载波通信模块，编队无人机启动。
55.4、当操作人员选择通过wifi5.8g模块20与飞控芯片50实现数据交互后，第二终端控制系统关闭停用，第一终端控制系统通过wifi5.8g模块20对飞控芯片50的控制原理为：在第一定位基站10实时接收差分定位数据，并通过wifi2.4g模块21与飞控芯片50实时通信的前提下，将差分定位数据输送至飞控芯片50，第一地面站31通过路由器32及wifi5.8g模块20的通信连接并将执行本次飞行项目的航迹文件传输至编队无人机的飞控芯片50上，由于编队无人机起飞前离第一地面站31的距离较近，能够充分发挥wifi5.8g模块20大文件数据快速传输的优势，第一地面站31操控编队无人机起飞，飞控芯片50将编队无人机的固定ip地址分批、限时通过wifi5.8g模块20与路由器32的通信连接并接入到第一地面站31上，使第一地面站31显示无人机的飞行数据，编队无人机飞行的过程中，第一地面站31继续通过wifi5.8g模块20操控编队无人机，并且对指定的无人机发送包括悬停、返航、原地降落等的控制指令。
56.5、在本实施例中，第一终端控制系统通过wifi5.8g模块20能够在200米左右的范围内对飞控芯片50的控制，适用于周围人口居住密集且控制距离较短的飞行项目要求；
57.由于受到路由器32的规格性能极限的限制，固定ip地址分批接入第一地面站31例如实际飞行1000台编队无人机，根据固定ip地址将其分成10组，每组100台，每次只接入100台到路由器32上；固定ip地址限时接入第一地面站31，编队无人机分组接入路由器32后，保持每组编队无人机的通信5秒
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10秒，然后断开连接，下一组编队无人机再接入该路由器32，在实际应用过程中，可根据实际需求设定每组编队无人机的通信时间；
58.当最后一组编队无人机完成实时通信后，回到第一组编队无人机再次接入路由器32或者移动通讯信号塔43。
59.6、当操作人员选择通过蜂窝移动通信模块60与飞控芯片50实现数据交互后，第二终端控制系统通过蜂窝移动通信模块60对飞控芯片50的控制原理为：在第一定位基站10实时接收差分定位数据，并通过wifi2.4g模块21与飞控芯片50实时通信的前提下，将差分定位数据输送至飞控芯片50，第一地面站31通过路由器32及wifi5.8g模块20的通信连接并将
执行本次飞行项目的航迹文件传输至编队无人机的飞控芯片50上，航迹文件传输完毕，第一地面站41操控编队无人机起飞后，第一地面站31、路由器32及wifi5.8g模块20均关闭停用，飞控芯片50将编队无人机按照通讯号段分批、限时通过蜂窝移动通信模块60与移动通讯信号塔43的通信连接并接入到第二地面站41上，编队无人机飞行的过程中，第二地面站41继续通过蜂窝移动通信模块60与移动通讯信号塔43的通信连接操控编队无人机，搭载在编队无人机上的飞控芯片50将自身的飞行数据传给第二地面站41，包括高度、速度、差分定位状态、电量等任何关键的飞行数据，第二地面站41显示无人机的飞行数据，并通过蜂窝移动通信模块60对出现异常的编队机进行发送悬停、返航、降落等的飞行状态控制指令。
60.7、在本实施例中，为了避免移动通讯信号塔43瞬时承受大量无人机的通信接入，通讯号段分批接入第二地面站41例如实际飞行1000台编队无人机，根据通讯号段将其分成10组，每组100台，每次只接入100台到移动通讯信号塔43；通讯号段限时接入第二地面站41，编队无人机分组接入移动通讯信号塔43后，保持每组编队无人机的通信5秒
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10秒，然后断开连接，下一组编队无人机再接入该路由器32，在实际应用过程中，可根据实际需求设定每组编队无人机的通信时间，这样一来，不仅能够在周围人口居住密集的地方执行飞行项目，还可以同时通过蜂窝移动通信模块60对编队无人机200米以外的长距离通信控制。
61.8、当第一终端控制系统及第二终端控制系统均未接收到差分定位数据时，第一终端控制系统发送断电停用指令至无线通信模块及蜂窝移动通信模块60，编队无人机启动，第一终端控制系统自动通过无线载波通信模块对飞控芯片50进行控制：在第二定位基站11实时接收编队无人机的室内定位数据，并通过无线载波通信模块与飞控芯片50电性连接的前提下，将室内定位数据输送至飞控芯片50，第一地面站31通过无线载波通信模块将执行本次飞行项目的航迹文件传输至编队无人机的飞控芯片50上，由于编队无人机在室内飞行，航迹较为简单，航迹文件较小，且本次飞行项目的控制距离较近，通过无线载波通信模块便能快速实现数据交互，第一地面站31操控编队无人机起飞。
62.9、第一终端控制系统发送断电停用指令至无线载波通信模块，以用于自动屏蔽掉无线载波通信模块的uwb模式，并自动进入wifi模式及4g模式，以供操作人员对这两种模式选择；第一终端控制系统发送断电停用指令至无线通信模块及蜂窝移动通信模块60，以用于自动屏蔽掉无线通信模块及蜂窝移动通信模块60的wifi模式及4g模式，并自动进入uwb模式。
63.以上仅为本实用新型的具体实施例，并不以此限定本实用新型的保护范围；在不违反本实用新型构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本实用新型的保护范围。