一种兼容uav的地空无线传感网络通信装置与方法
【专利摘要】本发明公开了一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，包括传感监测系统、移动平台系统、一体化Wi?Fi网络通信系统以及调度管制平台；传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象；移动平台系统是挂载Wi?Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性；一体化Wi?Fi网络通信系统指以Wi?Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构；所述的调度管制平台是一套用于无人机飞行路径管制、无线网路拓扑控制信息及环境变量信息采集的软件平台。本发明能够满足栅格化的网络发展需求，建立以网络为中心的UAV通信网络，实现足够的稳定性、可靠性、强大的互联互通和互操作性。
【专利说明】
一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置与方法
技术领域
[0001]本发明涉及无人机及移动通信系统的研究领域，特别涉及一种兼容UAV(无人飞行器)的地空无线传感网络的通信装置与方法。
【背景技术】
[0002]在当今全球UAV(无人飞行器)技术高速发展，特别是我国无人机已占据全球民用无人机市场70%的份额情况下，UAV技术似乎已经到达了顶峰，其潜力看似也被完全挖掘，但实际情况是我国UAV技术在尖端领域的突破仍然凤毛麟角，仅在飞控设计、航拍测绘、农业拓展应用方面有所优势，许多核心技术仍然处于欧美国家的垄断下，特别是在如何满足UAV业务通信的灵活性、适应性、带宽可控性和信息/数据流服务实时性对UAV指挥与控制通信网络提出更高要求的方面。以往的UAV通信网络只是单一的集中在如何设计、建立、优化UAV与基站的通信拓扑结构上，少有考虑涵盖UAV、传感监测、通信实时优化等多方面的系统性装置与方法的提出。
【发明内容】
[0003]本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种兼容UAV(无人飞行器)的地空无线传感网络通信装置与方法，能够满足栅格化的网络发展需求，建立以网络为中心的UAV通信网络，完成UAV的指挥与控制、环境数据采集管理、通信质量控制等服务，实现足够的稳定性、可靠性、强大的互联互通和互操作性。
[0004]为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]本发明提供的一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，包括传感监测系统、移动平台系统、一体化W1-Fi网络通信系统以及调度管制平台；
[0006]所述传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象；
[0007]所述移动平台系统是挂载W1-Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性，该移动平台系统可受调度管制平台的飞行路径规划的约束，移动平台系统可根据业务需要挂载相应设备；
[0008]所述一体化W1-Fi网络通信系统指以W1-Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构，构建由机载通信模块、传感节点通信模块、基站服务器和交换控制中心网关节点四大部分组成的地-空数据链通信网络；
[0009]所述调度管制平台是一套用于无人机飞行路径管制、无线网路拓扑控制信息及环境变量信息采集的软件平台，用于实现GIS专题图展示、实时飞行参数显示、基站覆盖区、负载量、通信质量可视化、基站通信参数在线调整、环境变量信息实时显示、历史记录查询。
[0010]作为优选的技术方案，所述各传感节点电路板上集成了多种类型环境变量传感器，当传感节点接收到来自基站的数据采集指令后立即判断指令类型，并按照指令以设定的格式，将传感器采集到的数据发送至基站。
[0011]作为优选的技术方案，所述机载通信模块是指移动平台系统上挂载的机载W1-Fi模块内置TCP/IP协议栈，具有高速串行接口转W1-Fi功能，用于实现高速串行接口和无线网之间的数据透明转换，移动平台系统在跨空域切换时，采用链路层触发的双链路切换模式，软件上采取负载移动策略，实现一体化网络W1-Fi终端自动切换机制;所述链路层触发的双链路切换模式是指机载W1-Fi模块同时与两个基站服务器的无线接入点通信，基站链路层服务器监控链路状态，如果发现新的网络，则决定是否要进行切换；如果决定切换，服务器将把两条链路中的一条连接到新的网络，并发出链路层触发;机载W1-Fi模块通过新网络进行注册，同时保持另一条链路的数据通信工作;注册成功之后，机载W1-Fi模块在新的网络进行数据收发，然后把另一条链路也连接到新网络来。
[0012]作为优选的技术方案，所述的传感节点通信模块是指各传感节点中的W1-Fi模块时刻保持着与基站中的W1-Fi模块间的通信，并将传感节点所采集数据上传给基站，传感节点和基站组成的局域通信网络具有自组织的功能，单个节点经过初始的通信和协商，形成一个传输信息的多跳网络，每个传感网络装备设有一个连接到传输网络的网关，传输网络是由一个单跳链接或一系列的无线网络节点组成的。
[0013]作为优选的技术方案，所述传感节点中的W1-Fi模块内置TCP/IP协议栈，具有高速串行接口转W1-Fi功能，用于实现高速串行接口和无线网之间的数据透明转换，通过W1-Fi模块相关配置命令设置传感节点为UDP客户端，基站为UDP服务器端;所述UDP客户端的本地端口可以随机，可接收任意基站服务器发给该传感节点客户端的数据，但高速串行接口转发到UDP的目标是确定的某一远程基站服务器，作为客户端的传感节点只向该服务器发送数据，其它服务器只能向传感节点发送数据，接收不到传感节点的数据;所述UDP服务器端本地端口固定，可接收任意传感节点客户端发给该基站服务器的数据，但高速串行接口转发到UDP的目标是最后一次和服务器的通讯的客户端，即基站的高速串行接口数据只转发给最后和基站通讯的传感节点。
[0014]作为优选的技术方案，所述传感节点、基站上电或重启后默认运行在透转模式下，传感节点中的各类型传感模块采集的数据由主处理器处理分析后，传送至高速串行接口，当高速串行接口接收到最大封包长度的数据就会立即组成一包数据进行透明转发至W1-Fi射频发射器，而当模块高速串行接口接收到的数据不够最大封包长度时，则在封包间隔时间到后把高速串行接口当前收到的数据组成一包进行转发，转发后的数据经射频模块发送至基站；同理，基站的接收数据的过程与上述过程相反。
[0015 ]作为优选的技术方案，所述的基站服务器在功能结构上起到承上启下的中继节点作用，将应用层和服务器层间的数据实现共享;所述的交换控制中心网关节点负责汇总各个基站上传的采集数据，并将调度管制中心的命令数据发送至基站，交换控制中心的硬件设计上集成了数据存储模块、W1-Fi模块和高速串行接口通信模块，软件策略上需要对数据做预处理以符合通信模块的格式要求，另外，在数据发送的调度策略中采用堆栈调度策略。
[0016]作为优选的技术方案，所述的GIS专题图展示是一个以测量测绘为基础，以数据库作为数据存储和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析技术；
[0017]所述的实时飞行参数显示是一个反映区域内被选中UAV的实时飞行姿态的参数显示，其中参数包括UAV的方向、位置、高度、速度、过载、加速度、角位移、角速度、角加速度及电机转速，在此区域中的飞行参数可随意调整以达到控制UAV飞行姿态的目的。
[0018]作为优选的技术方案，所述的通信质量可视化是指当前系统内所有通信链路的通信情况可通过数字模拟实时显示，其中参数包括通信带宽、数传速率及工作频率；
[0019]所述的环境变量实时显示是指调度管制平台首先接收来自传感节点的数据并存入数据库，再从数据库中读取最新的环境变量数据以条幅形式实时显示；
[0020]所述的历史记录查询功能是指在历史记录界面上可以查询环境变量参数记录、UAV飞行参数记录、UAV飞行轨迹规划记录、基站覆盖区规划记录及基站通信质量在线调整记录。
[0021]本发明还提供了一种兼容UAV的地空无线传感网络通信方法，包括如下步骤:
[0022](I)系统上电前，配置各基站为UDP服务器端，传感节点和UAV移动平台为UDP客户端，并初始化系统内各装置；
[0023](2)系统上电后，通过操作调度管制平台向交换控制中心发送指令；
[0024](3)交换控制中心收到指令后对数据做预处理，并存入命令堆栈，堆栈调度算法通过读取命令堆栈中的数据将指令发送至目标基站；
[0025](4)目标基站收到交换控制中心的命令数据后向其所处区域散发指令；
[0026](5)当传感节点接收到来自基站的数据采集指令后判断指令类型，并按照指令以设定的格式将传感器采集到的数据发送至基站；
[0027](6)UAV接收来自基站的航迹规划指令后搭载相应机载设备，按指令执行任务；
[0028](7)调度管制平台收到传感节点采集的环境参数和UAV机载数据后，通过反演模型进行精细化校准，最后通过Vonoroi图法与数据融合手段与模式识别算法，得到作业区域环境要素与光谱特征间的精细化时空分布模型。
[0029]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0030]I)本发明是基于多个小功率基站覆盖，协作通信，无需使用机载大功率数传电台。
[0031]2)本发明的覆盖范围可灵活扩展，仔细进行网络规划，可以消除信号盲区。
[0032]3)本发明的网内可容纳多台无人机与监控终端。
[0033]4)本发明的UAV机载通信模块硬件上采用双链路结构，软件上采取负载移动策略，实现一体化网络W1-Fi终端自动切换机制。
【附图说明】
[0034]图1系统通信网络拓扑结构示意图；
[0035]图2系统数据流向图；
[0036]图3调度管制平台逻辑结构示意图；
[0037]图4交换控制中心数据调度示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0039]实施例
[0040]如图1所示，一种兼容UAV(无人飞行器)的地空无线传感网络通信装置包括传感监测系统、移动平台系统、一体化W1-Fi网络通信系统以及调度管制平台；
[0041]所述传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象；
[0042]所述移动平台系统是挂载W1-Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性，该移动平台系统可受调度管制平台的飞行路径规划的约束，移动平台系统可根据业务需要挂载相应设备；
[0043]所述一体化W1-Fi网络通信系统指以W1-Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构，构建由机载通信模块、传感节点通信模块、基站服务器和交换控制中心网关节点四大部分组成的地-空数据链通信网络；
[0044]所述调度管制平台是一套用于无人机飞行路径管制、无线网路拓扑控制信息及环境变量信息采集的软件平台，用于实现GIS专题图展示、实时飞行参数显示、基站覆盖区、负载量、通信质量可视化、基站通信参数在线调整、环境变量信息实时显示、历史记录查询。
[0045]数据科学、合理、有效的流动是本系统能正常运行的关键，为此将设定如图2所示的系统数据流向图。
[0046]调度管制平台，即控制中心对下位机设备进行命令控制，包括实时飞行参数采集、航径规划、环境变量参数采集、基站覆盖区设定、负载量设定、通信质量可视化与基站通信参数在线调整等，其内部逻辑结构示意图如图3所示。整个调度管制平台分两个界面，主界面和历史记录界面。主界面上集成了GIS专题图展区、基站通信参数调整区、环境参数展示区、飞行参数调整及轨迹规划区；历史记录界面在主界面上通过标签栏切换，其子界面包括环境参数采集历史界面、UAV飞行参数采集历史界面、UAV飞行轨迹规划历史界面、基站覆盖区规划历史界面。整个调度平台数据均从数据库读取或写入，通常的数据库工具均可采用，如mysql、sql server等能有效满足系统数据存储需求。调度管制平台的直接命令施加对象是交换控制中心。
[0047]所述交换控制中心网关节点硬件设计上集成了数据存储模块、W1-Fi通信模块和高速串行接口通信模块，软件策略上采用双堆栈数据暂存模式，并对数据做预处理以符合通信模块的格式要求。交换控制中心作为上位机与下位机设备的一级数据调度中心，其数据调度示意图如图4所示。从图4可知，该系统数据类型多，量大，内容复杂，因此将采用批处理模式下双堆栈结构(包括指令堆栈和数据堆栈)，调度协议采用先进后出的堆栈调度算法，有效解决系统数据调度问题。与交换控制中心产生直接交互的是各个通过无线W1-FI模块与交换控制中心互联的基站。
[0048]系统中包括多个基站，具体可根据实情划设数量，每个基站负责一片区域内传感节点、经过此区域的UAV间的通信。为保证通信质量的可靠性，可接受来自调度管制平台的通信质量参数调整命令，所述基站服务器在功能结构上起到承上启下的中继节点作用，将应用层和服务器层间的数据实现共享。采用接入标识与交换路由标识分离映射的移动管理策略，把传统IP地址的双重属性进行分离，接入标识代表终端的身份，交换路由标识代表终端的位置。该机制使得UAV平台在移动的情况下仅仅进行交换路由标识的切换，而用于建立传输连接的接入标识在这一过程中保持不变，连接不会被中断。
[0049]对于传感节点，接收来自调度管制平台的数据采集命令，并按照命令发送采集数据至处理终端处理。例如首先持续采集所处环境空气温湿度、光照、土壤温湿度、二氧化碳、风力、风向等环境参数，得到地面参考点基础数据。其次，利用地面基础数据对机载光谱成像数据与环境参数间的反演模型进行精细化校准。最后通过Vonoroi图法与数据融合手段(如卡尔曼滤波，贝叶斯估计，主成分分析等)，得到作业区域环境要素与光谱特征间的精细化时空分布模型。
[0050]UAV接收来自调度管制平台的航迹规划命令，并搭载相应机载设备，按命令执行任务。如机载设备采用光谱成像系统，获取作业区域不同波段的光谱图像，结合人工采集区域内具体关键参数，利用数据融合手段(如卡尔曼滤波，贝叶斯推断，主成分分析等)与模式识另IJ(如深度神经网络、支持向量回归等)算法，求得到作业区域关键要素与机载光谱数据间的时空分布关系模型。
[0051 ]所述传感节点由传感单元、数据处理单元、数据传输单元和电源四部分组成。传感单元由各类传感器及数模转换设备组成，传感器的类型是由被监测物理信号的形式决定的;数据处理通常选用低功耗嵌入式微控制器;数据传输单元主要由W1-Fi通信模块构成。当传感节点接收到来自基站的数据采集指令后立即判断指令类型，并按照指令以设定的格式，将传感器采集到的数据发送至基站。
[0052]所述机载通信模块是指移动平台系统上挂载的机载W1-Fi模块内置TCP/IP协议栈，具有高速串行接口转W1-Fi功能，用于实现高速串行接口和无线网之间的数据透明转换，移动平台系统在跨空域切换时，采用链路层触发的双链路切换模式，软件上采取负载移动策略，实现一体化网络W1-Fi终端自动切换机制;所述链路层触发的双链路切换模式是指机载W1-Fi模块同时与两个基站服务器的无线接入点通信，基站链路层服务器监控链路状态，如果发现新的网络，则决定是否要进行切换;如果决定切换，服务器将把两条链路中的一条连接到新的网络，并发出链路层触发;机载W1-Fi模块通过新网络进行注册，同时保持另一条链路的数据通信工作;注册成功之后，机载W1-Fi模块在新的网络进行数据收发，然后把另一条链路也连接到新网络来。
[0053]所述的传感节点通信模块是指各传感节点中的W1-Fi模块时刻保持着与基站中的W1-Fi模块间的通信，并将传感节点所采集数据上传给基站，传感节点和基站组成的局域通信网络具有自组织的功能，单个节点经过初始的通信和协商，形成一个传输信息的多跳网络，每个传感网络装备设有一个连接到传输网络的网关，传输网络是由一个单跳链接或一系列的无线网络节点组成的。
[0054]所述传感节点中的W1-Fi模块内置TCP/IP协议栈，具有高速串行接口转W1-Fi功能，用于实现高速串行接口和无线网之间的数据透明转换，通过W1-Fi模块相关配置命令设置传感节点为UDP客户端，基站为UDP服务器端;所述UDP客户端的本地端口可以随机，可接收任意基站服务器发给该传感节点客户端的数据，但高速串行接口转发到UDP的目标是确定的某一远程基站服务器，作为客户端的传感节点只向该服务器发送数据，其它服务器只能向传感节点发送数据，接收不到传感节点的数据;所述UDP服务器端本地端口固定，可接收任意传感节点客户端发给该基站服务器的数据，但高速串行接口转发到UDP的目标是最后一次和服务器的通讯的客户端，即基站的高速串行接口数据只转发给最后和基站通讯的传感节点。
[0055]所述传感节点、基站上电或重启后默认运行在透转模式下，传感节点中的各类型传感模块采集的数据由主处理器处理分析后，传送至高速串行接口，当高速串行接口接收到最大封包长度的数据就会立即组成一包数据进行透明转发至W1-Fi射频发射器，而当模块高速串行接口接收到的数据不够最大封包长度时，则在封包间隔时间到后把高速串行接口当前收到的数据组成一包进行转发，转发后的数据经射频模块发送至基站；同理，基站的接收数据的过程与上述过程相反。
[0056]所述的基站服务器在功能结构上起到承上启下的中继节点作用，将应用层和服务器层间的数据实现共享;所述的交换控制中心网关节点负责汇总各个基站上传的采集数据，并将调度管制中心的命令数据发送至基站，交换控制中心的硬件设计上集成了数据存储模块、W1-Fi模块和高速串行接口通信模块，软件策略上需要对数据做预处理以符合通信模块的格式要求，另外，在数据发送的调度策略中采用堆栈调度策略。
[0057]所述的GIS专题图展示是一个以测量测绘为基础，以数据库作为数据存储和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析技术；
[0058]所述的实时飞行参数显示是一个反映区域内被选中UAV的实时飞行姿态的参数显示，其中参数包括UAV的方向、位置、高度、速度、过载、加速度、角位移、角速度、角加速度及电机转速，在此区域中的飞行参数可随意调整以达到控制UAV飞行姿态的目的。
[0059]所述的通信质量可视化是指当前系统内所有通信链路的通信情况可通过数字模拟实时显示，其中参数包括通信带宽、数传速率及工作频率；
[0060]所述的环境变量实时显示是指调度管制平台首先接收来自传感节点的数据并存入数据库，再从数据库中读取最新的环境变量数据以条幅形式实时显示；
[0061]所述的历史记录查询功能是指在历史记录界面上可以查询环境变量参数记录、UAV飞行参数记录、UAV飞行轨迹规划记录、基站覆盖区规划记录及基站通信质量在线调整记录。
[0062]所述UAV及机载设备是指在挂载了W1-Fi通信模块的固定翼或旋翼飞行器上搭载机载设备，所述机载设备是根据实际情况能满足需求的设备，如测绘工具光谱成像仪、红外相机及其他传感探测设备，应用工具施肥器、洒药器等。
[0063]—种兼容UAV(无人飞行器)的地空无线传感网络通信实施方法包括如下步骤:
[0064](I)系统上电前，配置各基站为UDP服务器端，传感节点和UAV移动平台为UDP客户端，并初始化系统内各装置。
[0065](2)系统上电后，通过操作调度管制平台向交换控制中心发送指令。
[0066](3)交换控制中心收到指令后对数据做预处理，并存入命令堆栈。堆栈调度算法通过读取命令堆栈中的数据将指令发送至目标基站。
[0067](4)目标基站收到交换控制中心的命令数据后向其所处区域散发指令。
[0068](5)当传感节点接收到来自基站的数据采集指令后判断指令类型，并按照指令以设定的格式(如:“地点+数据类型+数值+Γ )将传感器采集到的数据发送至基站。
[0069](6)UAV接收来自基站的航迹规划指令后搭载相应机载设备，按指令执行任务。
[0070](7)调度管制平台收到传感节点采集的环境参数和UAV机载数据后，通过反演模型进行精细化校准。最后通过Vonoroi图法、数据融合手段和模式识别算法等，得到作业区域环境要素与光谱特征间的精细化时空分布模型。
[0071]上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，包括传感监测系统、移动平台系统、一体化W1-Fi网络通信系统以及调度管制平台； 所述传感器监测系统是指在传感器网络中，任意散落在被监测区内的传感节点实时监测目标区域内的特定变量对象； 所述移动平台系统是挂载W1-Fi通信模块的UAV，采用旋翼垂直起降平台，实现UAV飞行速度和轨迹的可控性，该移动平台系统可受调度管制平台的飞行路径规划的约束，移动平台系统可根据业务需要挂载相应设备； 所述一体化W1-Fi网络通信系统指以W1-Fi通信方式为主，参照蜂窝移动通信网络的结构，构建由机载通信模块、传感节点通信模块、基站服务器和交换控制中心网关节点四大部分组成的地-空数据链通信网络； 所述的操作调度管制平台是一套用于无人机飞行路径管制、无线网路拓扑控制信息及环境变量信息采集的软件平台，用于实现GIS专题图展示、实时飞行参数显示、基站覆盖区、负载量、通信质量可视化、基站通信参数在线调整、环境变量信息实时显示、历史记录查询。2.根据权利要求1所述的兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，所述各传感节点电路板上集成了多种类型环境变量传感器，当传感节点接收到来自基站的数据采集指令后立即判断指令类型，并按照指令以设定的格式，将传感器采集到的数据发送至基站。3.根据权利要求1所述的兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，所述机载通信模块是指移动平台系统上挂载的机载W1-Fi模块内置TCP/IP协议栈，具有高速串行接口转W1-Fi功能，用于实现高速串行接口和无线网之间的数据透明转换，移动平台系统在跨空域切换时，采用链路层触发的双链路切换模式，软件上采取负载移动策略，实现一体化网络W1-Fi终端自动切换机制;所述链路层触发的双链路切换模式是指机载W1-Fi模块同时与两个基站服务器的无线接入点通信，基站链路层服务器监控链路状态，如果发现新的网络，则决定是否要进行切换；如果决定切换，服务器将把两条链路中的一条连接到新的网络，并发出链路层触发;机载W1-Fi模块通过新网络进行注册，同时保持另一条链路的数据通信工作;注册成功之后，机载W1-Fi模块在新的网络进行数据收发，然后把另一条链路也连接到新网络来。4.根据权利要求1所述的兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，所述的传感节点通信模块是指各传感节点中的W1-Fi模块时刻保持着与基站中的W1-Fi模块间的通信，并将传感节点所采集数据上传给基站，传感节点和基站组成的局域通信网络具有自组织的功能，单个节点经过初始的通信和协商，形成一个传输信息的多跳网络，每个传感网络装备设有一个连接到传输网络的网关，传输网络是由一个单跳链接或一系列的无线网络节点组成的。5.根据权利要求4所述的兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，所述传感节点中的W1-Fi模块内置TCP/IP协议栈，具有高速串行接口转W1-Fi功能，用于实现高速串行接口和无线网之间的数据透明转换，通过W1-Fi模块相关配置命令设置传感节点为UDP客户端，基站为UDP服务器端;所述UDP客户端的本地端口可以随机，可接收任意基站服务器发给该传感节点客户端的数据，但高速串行接口转发到UDP的目标是确定的某一远程基站服务器，作为客户端的传感节点只向该服务器发送数据，其它服务器只能向传感节点发送数据，接收不到传感节点的数据;所述UDP服务器端本地端口固定，可接收任意传感节点客户端发给该基站服务器的数据，但高速串行接口转发到UDP的目标是最后一次和服务器的通讯的客户端，即基站的高速串行接口数据只转发给最后和基站通讯的传感节点。6.根据权利要求1所述的兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，所述传感节点、基站上电或重启后默认运行在透转模式下，传感节点中的各类型传感模块采集的数据由主处理器处理分析后，传送至高速串行接口，当高速串行接口接收到最大封包长度的数据就会立即组成一包数据进行透明转发至W1-Fi射频发射器，而当模块高速串行接口接收到的数据不够最大封包长度时，则在封包间隔时间到后把高速串行接口当前收到的数据组成一包进行转发，转发后的数据经射频模块发送至基站；同理，基站的接收数据的过程与上述过程相反。7.根据权利要求1所述的兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，所述的基站服务器在功能结构上起到承上启下的中继节点作用，将应用层和服务器层间的数据实现共享;所述的交换控制中心网关节点负责汇总各个基站上传的采集数据，并将调度管制中心的命令数据发送至基站，交换控制中心的硬件设计上集成了数据存储模块、W1-Fi模块和高速串行接口通信模块，软件策略上需要对数据做预处理以符合通信模块的格式要求，另外，在数据发送的调度策略中采用堆栈调度策略。8.根据权利要求1所述的兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，所述的GIS专题图展示是一个以测量测绘为基础，以数据库作为数据存储和使用的数据源，以计算机编程为平台的全球空间分析技术； 所述的实时飞行参数显示是一个反映区域内被选中UAV的实时飞行姿态的参数显示，其中参数包括UAV的方向、位置、高度、速度、过载、加速度、角位移、角速度、角加速度及电机转速，在此区域中的飞行参数可随意调整以达到控制UAV飞行姿态的目的。9.根据权利要求1所述的兼容UAV的地空无线传感网络通信装置，其特征在于，所述的通信质量可视化是指当前系统内所有通信链路的通信情况可通过数字模拟实时显示，其中参数包括通信带宽、数传速率及工作频率； 所述的环境变量实时显示是指调度管制平台首先接收来自传感节点的数据并存入数据库，再从数据库中读取最新的环境变量数据以条幅形式实时显示； 所述的历史记录查询功能是指在历史记录界面上可以查询环境变量参数记录、UAV飞行参数记录、UAV飞行轨迹规划记录、基站覆盖区规划记录及基站通信质量在线调整记录。10.—种兼容UAV的地空无线传感网络通信方法，其特征在于，包括如下步骤: (1)系统上电前，配置各基站为UDP服务器端，传感节点和UAV移动平台为UDP客户端，并初始化系统内各装置； (2)系统上电后，通过操作调度管制平台向交换控制中心发送指令； (3)交换控制中心收到指令后对数据做预处理，并存入命令堆栈，堆栈调度算法通过读取命令堆栈中的数据将指令发送至目标基站； (4)目标基站收到交换控制中心的命令数据后向其所处区域散发指令； (5)当传感节点接收到来自基站的数据采集指令后判断指令类型，并按照指令以设定的格式将传感器采集到的数据发送至基站； (6 )UAV接收来自基站的航迹规划指令后搭载相应机载设备，按指令执行任务； (7)调度管制平台收到传感节点采集的环境参数和UAV机载数据后，通过反演模型进行精细化校准，最后通过Vonoroi图法与数据融合手段与模式识别算法，得到作业区域环境要素与光谱特征间的精细化时空分布模型。
【文档编号】H04W16/18GK105828345SQ201610301127
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】岳学军, 王林惠, 王健, 刘永鑫, 凌康杰, 甘海明, 王举, 全东平, 吴东明, 李丽生
【申请人】华南农业大学