一种无人机及其无线通信模块和无线通信方法与流程

1.本发明涉及一种可实现数图一体化传输的无人机及其无线通信模块和无线通信方法。


背景技术：

2.无人机系统主要由三部分组成，分别为飞行器、地面控制站与通信链路。通信链路根据传输信息类型的不同，可分为三类：无人机与地面控制站之间的通信链路、卫星通信链路、以及无人机到无人机的通信链路。其中，上行通信链路主要负责地面控制站到无人机的遥控指令的发送和接收，下行通信链路主要负责无人机到地面控制站的遥测数据、红外或电视图像的发送和接收。
3.常用的无人机为了功能部件拆解组合方便，采用数传和图传分离的方式。即数传和图传分别采用两组不同的通信设备独立运行，一组用于遥控和地面站通信，另一组专门用于图像传输。
4.通过近年的发展，不少厂家已经做成数图一体化通信设备，但是通信方式仍然停留在高频的wifi技术，其工作频率在1.4ghz～1.495ghz、2.4ghz～2.483ghz，最大传输距离在10km内，下行10m带宽基本满足高清1080p的图像传输。但是这种设备在具备实时性的条件下，无法突破距离限制。要想在远端的指挥中心获取视频信息，需要在地面控制站获得视频数据后通过转接设备接入公网，增加了时延。指挥中心发送指令到无人机执行一般需要1-2秒。由于实时性差所以通常需要现场人员遥控进行应急操控。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种无人机及其无线通信模块和无线通信方法，实现无人机4g和5g网络数图一体的传输，减少了时延，保障了通信能力。
6.为了达到上述目的，本发明提供一种用于无人机的无线通信模块，包含：处理器和5g通信模块；
7.所述处理器包含：数据分析模块和接口映射模块，所述数据分析模块用于分析地面控制站发送的报文数据的类型，根据不同的报文数据类型确定与其对应的通信接口，所述接口映射模块将无人机采集的数据根据不同的报文数据类型分发到对应的通信接口进行数据传输；所述处理器具有三个uart串行接口和一个spi总线接口，第一串行接口uart1连接至5g通信模块上的rs232接口，第二串行接口uart2作为sbus接口，第三串行接口uart3作为rs422接口，spi总线作为rj45以太网接口；
8.所述5g通信模块具备4g/5g自由切换的全网无线通信功能，该5g通信模块具有连接处理器的通信接口rs232。
9.所述5g通信模块采用华为的5g通信模组mh5000。
10.所述处理器采用型号为s32k144的32位nxp航天级cpu。
11.所述接口映射模块中具有接口映射配置表，所述接口映射配置表中存储通信接口
与数据类型的映射关系。
12.所述无线通信模块中具有web服务器。
13.本发明还提供一种无线通信方法，数据分析模块分析地面控制站发送的报文数据的类型，根据不同的报文数据类型确定与其对应的通信接口，接口映射模块将无人机采集的数据根据不同的报文数据类型分发到对应的通信接口进行数据传输；
14.采用sbus接口传输遥控数据，采用rs422接口传输数字信息，采用rj45以太网接口传输图像信息。
15.数据分析模块通过特征控制字、序列号、标识码、报文id将报文数据分类为遥控数据、数字信息和图像信息。
16.通过web服务器实现对接口映射模块中的接口映射配置表的配置。
17.本发明还提供一种无人机，包含所述的无线通信模块，所述无人机实现所述的无人机无线通信方法。
18.本发明具有以下优点：
19.1、实现5g、4g按优先级切换功能，具备一定的通信保障能力。
20.2、有效缩短了5g图传的时延，可以实现远程vr实时操控，给了无人机远程业务更多的可能。
21.3、在具备一定5g网络覆盖的条件下，该设备突破了传统数传和图传的操控距离限制。
22.4、该设备作为无人机搭载的一种新的通讯模块，组装配置灵活，兼容性强，应用广阔。
23.5、在网络条件良好的情况下，该设备下行速率高达2gbps，上行速率高达230mbps，满足行业应用的高带宽要求。
24.6、用户可以通过网页进行访问配置。
附图说明
25.图1是本发明实施例中提供的无人机的结构框图。
26.图2是本发明实施例中提供的无人机的web服务器的示意图。
具体实施方式
27.以下根据图1～图2，具体说明本发明的较佳实施例。
28.如图1所示，本发明提供一种无人机，包含无线通信模块，所述无线通信模块包含处理器1和5g通信模块2。
29.所述5g通信模块2提供多种通信接口实现无人机与地面控制站之间的通信和数据传输，所述处理器1根据无人机传输的不同数据类型采用不同的数据接口进行一体化数据传输。
30.在本实施例中，所述5g通信模块2采用华为的5g通信模组mh5000，具备4g/5g自由切换的全网通功能，该5g通信模组mh5000采用博通bcm2711处理器和lpddr4内存，该5g通信模组mh5000具备通信接口rs232(图中未显示)，该5g通信模组mh5000能跟市面上大多数飞控进行连接，并兼容大多数无人机传输协议。
31.在本实施例中，所述处理器1采用32位nxp航天级cpu，型号为s32k144。所述处理器1具有三个uart串行接口和一个spi总线接口，第一串行接口uart1连接至5g通信模组mh5000上的rs232接口，第二串行接口uart2作为sbus接口103，第三串行接口uart3作为rs422接口104，spi总线接口作为rj45以太网接口105。
32.所述处理器1包含数据分析模块101和接口映射模块102，所述数据分析模块101用于分析地面控制站发送的报文数据的类型，根据不同的报文数据类型确定不同的通信接口，所述接口映射模块102将不同类型的报文数据分发到不同的通信接口进行数据传输。
33.由于接口数据传输协议、创建的数据链接有区别，无人机收到地面控制站的上发数据后，通过内部数据分析程序分包发送到相应通信接口。
34.目前所兼容的各厂家的控制协议均具备如下特征：1、交互应答式，即控制报文的收发有应答；2、报文有固定的起始和结束字符；3、报文内容中有控制报文和数据报文区分标识。因此本发明在数据上进行数据源分析创造了条件。
35.所述数据分析模块101分析报文数据类型的方法包含以下步骤：
36.步骤1、接收地面控制站发送的心跳报文；
37.步骤2、根据心跳报文内容(起始字符、长度、校验字节等)确定协议厂家类型；
38.步骤3、通过特征控制字、序列号、标识码、报文id来分析报文数据类型，所述报文数据类型包含：数据传输报文、图像传输报文、遥控信息报文；
39.在数传、图传、遥控均使用不同的服务器通讯地址的情况下，只要通过套接字(socket)来区分报文数据类型即可；
40.在数传、图传、遥控均使用相同的通讯地址的情况下，即共用同一个套接字(socket)，此时只能采用数据分析方法，即根据数据的内容来区分报文数据类型。
41.所述数据分析模块101除了有区分不同种类报文的功能以外，还兼容大疆通信协议，mavlink协议，成都纵横通信协议等主流无人机厂家通信协议。所述数据分析模块101先在处理器的内存中为各个种类的报文创建缓存空间，从接收的报文数据中分析出报文种类，如果种类单一则直接进入接口映射模块102进行传送，如果种类较多，则放到各缓存空间进行排队，逐条送到接口映射模块102进行分接口传送。
42.所述接口映射模块102配有接口映射配置表，可在用户配置时进行访问更改，本发明的无人机可以同时向多个地面控制站发送报文。
43.例如配置sbus接口发送到a地址：8000端口，rs422数传发送到a地址：6000端口，rj45图传发送到b地址：8001端口，设备会同时创建3个socket，进行分发通信。若三个通信接口使用同一个服务器地址，只能共用一个sockt，这时需要在收到服务器数据回传时，通过数据分析模块101进行数据源分析，区分rs422数传请求报文、sbus接口请求报文和图传请求报文，然后将无人机采集的数据通过接口映射模块102分发到不同接口，从而实现实时的融合数图传和控制为一体的通信模块。
44.本发明提供的无线通信模块内置web服务器功能，可通过以太网接口登录web配置网页，能够配置各接口的发送地址、端口、带宽限制、发送优先级等。具备简单友好的配置界面。无线通信模块内置精简linux系统，移植有boa-0.94.13，用来搭建嵌入式web服务器。
45.如图2所示，用户通过网页客户端(浏览器)实现对无人机服务端的无线通信模块(嵌入式系统)的查询访问和下发数据命令，通过这种方式来访问和读写接口映射模块102
中的设备映射配置表以及其他用户配置。cpu+cgi+boa构成服务端，浏览器或者应用程序构成客户端。类似与web开发中的b/s架构设计。
46.本发明具有以下有益效果：
47.1、实现5g、4g按优先级切换功能，具备一定的通信保障能力。
48.2、有效缩短传统远程图传的时延，可以实现远程vr实时操控，给了无人机远程业务更多的可能。
49.3、在具备一定5g网络覆盖的条件下，该设备突破了传统数传和图传的操控距离限制。
50.4、无线通信模块作为无人机搭载的一种新的通讯模块，组装配置灵活，兼容性强，应用广阔。
51.5、在网络条件良好的情况下，该设备下行速率高达2gbps，上行速率高达230mbps，满足行业应用的高带宽要求。
52.6、用户可以通过网页进行访问配置。
53.本发明鉴于当前5g技术下无人机技术的广泛运用，考虑到5g信号覆盖问题，为确保无人机通信正常，采用能优先使用5g同时兼容4g的通信模块，实现无人机4g、5g网络数图一体的传输，无人机终端和地面控制终端均通过5g网络进行数据传输和控制指令传输，并可加载各类场景的应用，适用于100公斤以下各类无人机。
54.需要说明的是，在本发明的实施例中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
55.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
56.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

技术特征：
1.一种用于无人机的无线通信模块，其特征在于，包含：处理器和5g通信模块；所述处理器包含：数据分析模块和接口映射模块，所述数据分析模块用于分析地面控制站发送的报文数据的类型，根据不同的报文数据类型确定与其对应的通信接口，所述接口映射模块将无人机采集的数据根据不同的报文数据类型分发到对应的通信接口进行数据传输；所述处理器具有三个uart串行接口和一个spi总线接口，第一串行接口uart1连接至5g通信模块上的rs232接口，第二串行接口uart2作为sbus接口，第三串行接口uart3作为rs422接口，spi总线作为rj45以太网接口；所述5g通信模块具备4g/5g自由切换的全网无线通信功能，该5g通信模块具有连接处理器的通信接口rs232。2.如权利要求1所述的用于无人机的无线通信模块，其特征在于，所述5g通信模块采用华为的5g通信模组mh5000。3.如权利要求1所述的用于无人机的无线通信模块，其特征在于，所述处理器采用型号为s32k144的32位nxp航天级cpu。4.如权利要求1所述的用于无人机的无线通信模块，其特征在于，所述接口映射模块中具有接口映射配置表，所述接口映射配置表中存储通信接口与数据类型的映射关系。5.如权利要求1所述的用于无人机的无线通信模块，其特征在于，所述无线通信模块中具有web服务器。6.一种利用如权利要求1-5中任意一项所述的无线通信模块进行的无人机无线通信方法，其特征在于，数据分析模块分析地面控制站发送的报文数据的类型，根据不同的报文数据类型确定与其对应的通信接口，接口映射模块将无人机采集的数据根据不同的报文数据类型分发到对应的通信接口进行数据传输；采用sbus接口传输遥控数据，采用rs422接口传输数字信息，采用rj45以太网接口传输图像信息。7.如权利要求6所述的无人机无线通信方法，其特征在于，数据分析模块通过特征控制字、序列号、标识码、报文id将报文数据分类为遥控数据、数字信息和图像信息。8.如权利要求6所述的无人机无线通信方法，其特征在于，通过web服务器实现对接口映射模块中的接口映射配置表的配置。9.一种无人机，其特征在于，包含如权利要求1-5中任意一项所述的无线通信模块，所述无人机实现如权利要求6-8中任意一项所述的无人机无线通信方法。

技术总结
一种无人机及其无线通信模块和无线通信方法，无人机包含无线通信模块，无线通信模块包含处理器和5G通信模块，处理器包含数据分析模块和接口映射模块，处理器还包含Sbus接口，RS422接口和RJ45以太网接口，5G通信模块主要起无线通信功能，5G通信模块自带RS232跟处理器通信。数据分析模块分析地面控制站发送的报文数据的类型，根据不同的报文数据类型确定与其对应的通信接口，接口映射模块将无人机采集的数据根据不同的报文数据类型分发到对应的通信接口进行数据传输，采用Sbus接口传输遥控数据，采用RS422接口传输数字信息，采用RJ45以太网接口传输图像信息。本发明实现无人机4G和5G网络数图一体的传输，减少了时延，保障了通信能力。信能力。信能力。


技术研发人员：周琤 徐光 张菲菲 樊龚波 邱煜捷 黄志鹏 李庆博 陈东亚 黄尚渊 秦辞海 殷迪清 徐灏逸 陆忠心 杨勇 黄冬 王月强
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：2021.11.11
技术公布日：2022/3/8