无人机集中指挥控制系统和方法与流程

1.本技术涉及无人机控制领域，尤其涉及一种无人机集中指挥控制系统和方法。


背景技术：

2.目前，大型物流无人机作为无人机在物流这一专业领域的特殊应用，有着方便快捷、超越时空、成本较低以及产能协同等诸多优势。
3.大载重、中远距离支线无人机送货的支线距离一般在 100km～1000km左右，吨级载重、续航时间达数小时，主要应用在跨地区的货运、边防哨所、海岛等物资运输、以及物流重心之间的货运分拨等。
4.现在大型无人机的运营模式大多为两地固定机场的起降，需要在起降机场均配备起降站，并安排专业人员进行操作控制。然而，起降站只能控制本机场飞机的起降，随着物流运输航线越来越多，需要配备的起降站和专业人员也越来越多，成本越来高，无人机运行和管理变得越来越复杂困难。


技术实现要素：

5.基于此，本技术提供了一种无人机集中指挥控制方案，更改大型物流无人机异地起降和管理方式，将多处机场的起降管理单元整合在大型物流中转机场，去掉无人机中的视距数据链设备，更换为移动通信网络设备，再配备统一小口径的卫星中继通信设备，在大型物流中转机场建立地面卫通中继通信中心，通过移动通信网络和卫星中继通信，实时管理多架无人机的起降和空中飞行，从而将多架无人机的起降控制与管理集中在一个指挥控制大厅中，方便多架无人机的运行与管理。
6.根据本技术的一个方面，提供一种无人机的集中指挥控制系统，其包括一个以上飞控席位设备、地面卫星链路设备和交换机，所述一个以上飞控席位设备和所述地面卫星链路设备分别与所述交换机连接，其中，
7.所述一个以上飞控席位设备用于将遥控信息发送至所述交换机；
8.所述地面卫星链路设备，用于向对应的无人机发送所述遥控信息并从所述无人机接收第一遥测信息；以及
9.所述交换机用于将所述遥控信息转发至所述地面卫星链路设备并将所述第一遥测信息转发至对应的飞控席位设备。
10.根据本技术的另一个方面，提供一种无人机的集中指挥控制方法，其包括：
11.通过飞控席位设备将遥控信息发送至交换机；
12.通过所述交换机将所述遥控信息转发至地面卫星链路设备；以及
13.通过所述地面卫星链路设备将所述遥控信息经由卫通天线发送至无人机。
14.根据本技术提供的无人机集中指挥控制系统和方法，取消散布在各地的起降站，由无人机集中指挥控制系统来控制各地无人机的起降、飞行和管理，一方面减少了起降站建设和运行的费用，另一方面简化了对无人机的运行和管理。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本技术要求保护的范围。
16.图1是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制系统的引用场景图。
17.图2是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制系统的组成图。
18.图3是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制系统的设备连接示意图。
19.图4是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制系统地面移动通信网络设备、地面卫星链路设备、地面差分站、飞控席位设备、链路监控席位设备和语音通话设备的连接示意图。
20.图5是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制方法的流程图。
具体实施方式
21.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
22.图1是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制系统的引用场景图。如图1所示，存在多个地方机场和枢纽中心，每个机场可供无人机起降，由一个指挥控制系统控制这多个机场的无人机的起降和飞行控制。在一个实施例中，指挥控制系统与无人机之间通过卫星通信来传递数据，无人机通过通信卫星获得指挥控制系统的遥控信息，指挥控制系统通过通信卫星和卫通天线接收遥测信息。在另一个实施例中，指挥控制系统与无人机之间通过移动通信网络进行通信，无人机通过移动通信网络获得指挥控制系统的遥控信息，无人机也通过移动通信网络向指挥控制系统发送遥测数据。在图1所示的实施例中，移动通信网络为5g 网络，无人机与指挥控制系统之间通过5g基站发送和接收数据。需要注意的时，移动通信网络还可以为其他网络，例如4g网络，本技术对此不做限制。
23.在图1所示的实施例中，无人机和指挥控制系统之间可以只通过通信卫星通信，在这种情况下，在无人机飞行的各个阶段都通过通信卫星通信建立的卫星通信链路通信。另外，无人机和指挥控制系统之间也可以通过通信卫星与移动通信网络通信，在这种情况下，移动通信网络主要负责无人机起降阶段的数据传输，而卫星通信负责无人机其他阶段的数据传输。
24.图2是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制系统的组成图。如图2所示，根据一个实施例，指挥控制系统包括地面配电设备、地面卫星链路设备、指挥控制设备，其中，地面卫星链路设备包括卫通天线、卫通功放和一个以上的调制解调器、指挥控制设备包括链路监控席位设备和一个以上的飞控席位设备。根据另一个实施例，指挥控制系统还包括地面移动通信设备和地面差分站，其中，地面移动通信设备包括移动通信天线、功放和一个以上的移动通信设备。在图2所述的实施例中，地面移动通信设备为5g地面设备。需要说明的是，地面移动通信设备可以为任何移动通信设备。地面配电设备为地面卫星链路设备、指挥
控制设备地面移动通信设备和地面差分站进行供电。地面配电设备根据设备和席位的供配电需求来进行设计，可以根据设备或席位的增加而增加配电路数。地面差分站通过移动通信链路将差分信号送至无人机机载端，无人机通过差分信号获得当前的位置信息，使无人机定位更精准。
25.在图2所示的实施例中，一个以上的飞控席位设备的配置相同，链路监控席位设备用于监控卫通链路和移动通信链路的设备，并用于监视遥控数据、频道切换和功率切换。其中，每个飞控席位设备配备语音通话设备，根据无人机指挥控制系统的体量来确定调制解调器、移动通信设备和飞控席位设备的具体数量。具体来说，一个飞控席位设备通过一个调制解调器或一个移动通信设备向一个无人机发送遥控数据，并通过一个调制解调器或一个移动通信设备接收来自无人机的遥测数据。
26.图3是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制系统的设备连接示意图。如图3所示，指挥控制系统包括一个以上飞控席位设备、链路监控席位设备、地面卫星链路设备、一个以上地面移动通信网络设备、地面差分站和交换机，其中，一个以上飞控席位设备、链路监控席位设备、地面卫星链路设备、一个以上地面移动通信网络设备、地面差分站分别与交换机连接。在图3所示的实施例中，地面移动通信网络设备具体为5g地面设备，需要说明的是，地面移动通信网络设备还可以是其他移动通信网络设备，例如4g地面设备，本技术对此不做限制。
27.飞控席位设备可以监控无人机全部的飞行过程，并可以通过规划好的路线或者重新规划路线控制无人机飞行。在图3所示的实施例中，一个以上飞控席位设备将第一遥控信息发送至交换机；交换机将第一遥控信息转发至地面卫星链路设备，地面卫星链路设备向对应的无人机发送第一遥控信息并从无人机接收第一遥测信息；交换机将第一遥测信息转发至对应的飞控席位设备。
28.在存在移动通信网络的情况下，指挥控制系统还可以通过移动通信网络与无人机通信。在这种情况下，一个以上地面移动通信网络设备向无人机发送第二遥控信息并从无人机接收第二遥测信息。具体来说，一个以上飞控席位设备将第二遥控信息发送至交换机，交换机将第二遥控信息转发至地面移动通信网络设备，地面移动通信网络设备向对应的无人机发送第二遥控信息并从无人机接收第二遥测信息；交换机将第二遥测信息转发至对应的飞控席位设备。
29.在图3所示的实施例中，遥控信息包括指挥控制系统对无人机的各种控制信息，而遥测信息包括无人机的定位信息、姿态信息和设备状态信息等。
30.在图3所示的实施例中，飞控席位设备向同一个无人机发送的第一遥控信息和第二遥控信息可以是相同的，对于无人机来说，在移动通信链路和卫星通信链路都可正常收发信息的情况下，可以确定优先选择哪个通信链路收到的信息，忽略另一个链路的信息。一般来说，在无人机的起降阶段，移动通信信号的强度好，时延相对于卫星通信更小，移动通信链路可以作为无人机起降阶段的优选通信链路。
31.地面差分站包括差分天线和差分地面设备，差分地面设备与一个以上地面移动通信网络设备连接，差分天线从gnss(全球导航卫星系统， global navigation satellite system)接收差分信号，并将差分信号发送至差分地面设备，差分地面设备将差分信号发送至一个以上地面移动通信网络设备，一个以上地面移动通信网络设备将差分信号发送至对
应的无人机。无人机根据所接收的差分信号计算自身当前的定位，获得定位信息。
32.在无人机的起降阶段，在存在移动通信网络的情况下(即移动通信网络满足通信要求)，无人机经由地面移动通信网络设备获得地面差分站的差分信号，并据此计算无人机自身的定位信息。由于移动通信网络时延低，通过这一方式获得的定位信息比无人机的定位装置获得定位信息更为准确。
33.如图3所示，集中指挥控制系统还包括一个以上语音通话设备，一个以上语音通话设备分别与所述一个以上飞控席位设备一一对应连接，一个以上语音通话设备还原所述卫星链路设备接收到的空管语音信号，并将空管语音信号发送至对应的飞控席位设备，指挥中心操作人员根据空管的语音指示操纵无人机飞行。
34.图4是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制系统地面移动通信网络设备、地面卫星链路设备、地面差分站、飞控席位设备、链路监控席位设备和语音通话设备的连接示意图。图4展示了地面移动通信网络设备、地面卫星链路设备、地面差分站、飞控席位设备、链路监控席位设备和语音通话设备之间的对应关系。在图4所示的实施例中，地面移动通信网络设备具体为5g地面设备，需要说明的是，地面移动通信网络设备还可以是其他移动通信网络设备，例如4g地面设备，本技术对此不做限制。
35.如图4所示，地面差分站与一个以上地面移动通信网络设备连接，链路监控席位设备监控卫通链路和移动通信链路的设备，并监视遥控数据、频道切换和功率切换。一个无人机收一个飞控席位设备控制，一个飞控席位设备对应一个地面移动通信网络设备、地面卫星链路设备中的一个调制解调器以及一个语音通话设备。每个无人机有不同的工作频率，指挥控制系统根据调制解调器设置不同频率，在与无人机对应的工作频率上与相应无人机通信。
36.由于飞控席位设备与地面移动通信网络设备以及地面卫星链路设备中的一个调制解调器是一一对应的，随着物流无人机的发展，当航线越来越多无人机增加时，只需要增加相应的地面移动通信网络设备、调制解调器和飞控席位设备，便能轻松解决物流无人机的管理问题，并且在执行飞行任务的物流无人机比较少时，可以利用空余的地面移动通信网络设备、调制解调器和飞控席位作为飞行的备份，应对指挥大厅设备出现问题的情况，大大提高了无人机系统的可靠性。
37.关于飞控席位设备和地面卫星链路设备构成的卫通链路以及飞控席位设备和地面移动通信网络设备构成的移动通信链路，对于这两个链路的之间的协调，对于同一个无人机，可以包括如下三种情形：
38.情形一：飞控席位设备向地面卫星链路设备和地面移动通信网络设备发送相同的遥控信息，地面卫星链路设备和地面移动通信网络设备均向无人机发送遥控信息，由无人机选择采用哪个链路发送来的遥控信息。
39.情形二：在移动通信网络信号不好的情况下，例如无人机处于高空飞行阶段，飞控席位设备只向地面卫星链路设备发送遥控信息，地面卫星链路设备向无人机发送遥控信息。根据一个实施例，无人机可以根据检测的移动信号的有无(例如，移动信号低于一个阈值)或者飞行高度 (例如，飞行高度高于一个阈值)，向指挥控制系统发送移动信号有无或飞行高度的检测结果，飞控席位设备根据该检测结果选择只向地面卫星链路设备发送遥控信息。
40.情形三：在无人机的起降阶段，飞控席位设备只向地面移动通信网络设备发送遥控信息，地面移动通信网络设备向无人机发送遥控信息。根据一个实施例，无人机可以根据检测的移动信号的有无(例如，移动信号高于一个阈值)或者飞行高度(例如，飞行高度低于一个阈值)，向指挥控制系统发送移动信号有无或飞行高度的检测结果，飞控席位设备根据该检测结果选择只向地面移动通信网络设备发送遥控信息。
41.图5是根据本技术实施例的无人机集中指挥控制方法的流程图。如图5所示，该方法包括如下步骤。
42.步骤s501，通过飞控席位设备将遥控信息发送至交换机。
43.无人机的集中指挥控制系统包括一个以上飞控席位设备、地面卫星链路设备和交换机，一个以上飞控席位设备和地面卫星链路设备分别与交换机连接。当集中指挥控制系统需要控制无人机时，通过飞控席位设备将遥控信息发送至交换机。
44.步骤s502，通过交换机将遥控信息转发至地面卫星链路设备。
45.交换机在收到飞控席位设备发送的遥控信息后，将该遥控信息转发至地面卫星链路设备。具体来说，地面卫星链路设备包括一个以上的调制解调器，每个无人机有不同的工作频率，指挥控制系统根据调制解调器设置不同频率，交换机将遥控信息转发至与无人机对应的调制解调器，在与无人机对应的工作频率上与相应无人机通信。
46.步骤s503，通过地面卫星链路设备将遥控信息经由卫通天线发送至无人机。
47.指挥控制系统附近具有卫通天线，地面卫星链路设备将遥控信息经由卫通天线发送至对应的无人机。
48.步骤s504，通过卫星链路设备接收无人机的第一遥测信息。
49.无人机发送的遥测信息会被卫星链路设备接收，卫星链路设备将接收的遥测信息通过交换机转发至对应的飞控席位设备。
50.在无人机存在移动通信网络覆盖的情况下，例如，移动通信网络的信号足够强或者无人机处于低空阶段，无人机通过地面移动通信网络能够接收到指挥控制系统发送的遥控信息。
51.步骤s505，通过交换机将遥控信息转发至地面移动通信网络设备。
52.在指挥控制系统配备地面移动通信网络设备的情况下，交换机在将遥控信息发送至地面卫星链路设备的同时，也会将该遥控信息发送至地面移动通信网络设备。
53.步骤s506，通过地面移动通信网络设备将遥控信息发送至无人机。
54.地面移动通信网络设备在收到交换机转发的遥控信息后，将该遥控信息发送至对应的无人机。
55.步骤s507，通过地面移动通信网络设备接收来自对应无人机的第二遥测信息。
56.无人机发送的遥测信息会被地面移动通信网络设备接收，地面移动通信网络设备将接收的遥测信息通过交换机转发至对应的飞控席位设备。
57.上述步骤描述了，在无人机的任何阶段，飞控席位设备将遥控信息发送至地面卫星链路设备和地面移动通信网络设备，而地面卫星链路设备和地面移动通信网络设备也会从无人机接收遥测信息。根据另一个实施例，在没有配备地面移动通信网络设备或移动通信网络信号不佳的情况下或者无人机的高空飞行阶段，飞控席位设备只将遥控信息发送至地面卫星链路设备，并通过地面卫星链路设备接收无人机的遥测信息。根据又一个实施例，
在移动通信网络信号良好的情况下或飞机的起降阶段，飞控席位设备只将遥控信息发送至地面移动通信网络设备，并通过地面移动通信网络设备接收无人机的遥测信息。
58.步骤s508，通过地面差分站接收差分信号。
59.当指挥控制系统配备地面移动通信网络设备的情况下，为了获取无人机更精确的定位信息，还会通过地面差分站接收gnss的差分信号。
60.步骤s509，通过地面移动通信网络设备将差分信号发送至对应无人机。
61.地面差分站在收到差分信号后，将差分信号发送至地面移动通信网络设备，地面移动通信网络设备将差分信号发送至对应的无人机。
62.步骤s510，通过语音通话设备还原卫星链路设备接收到的空管语音信号，并将空管语音信号发送至对应的飞控席位设备。
63.集中指挥控制系统还包括一个以上语音通话设备，一个以上语音通话设备分别与所述一个以上飞控席位设备一一对应连接，一个以上语音通话设备还原所述卫星链路设备接收到的空管语音信号，并将空管语音信号发送至对应的飞控席位设备，指挥中心操作人员根据空管的语音指示操纵无人机飞行。
64.根据本技术提供的，利用移动通信技术以及卫星中继通信技术，实现多架无人机的异地起降的集中监管和控制，取消了异地机场的起降站配置，节约了大量的操作人员，节省了设备和人员成本。另外，集中使用一套差分地面站，并增加了与空管语音通话的功能。随着无人机的发展，航线越来越多，无人机增加时，只需要增加相应的地面移动通信网络设备、调制解调器和飞控席位设备，便能轻松解决无人机的管理问题，并且在执行飞行任务的无人机比较少时，可以利用空余的地面移动通信网络设备、调制解调器和飞控席位设备作为飞行的备份，应对指挥大厅设备出现问题的情况，大大提高了无人机系统的可靠性。
65.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。