一种垂直起降固定翼无人机通信方法与系统与流程

1.本发明属于无人机通信领域，尤其涉及一种垂直起降固定翼无人机通信方法与系统。


背景技术：

2.无人驾驶飞机简称“无人机”，是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，或者由车载计算机完全地或间歇地自主地操作。 随着无人机技术的快速发展，无人机在军事、工业和民用等领域都有应用，无人机的出现给这些领域带来了极大的便利，与此同时与无人机配套使用的通信装置也纷纷出现。
3.由于无人机需要做到体型小巧，行动灵活，因此内部安装的电池也只能具有小巧的体积，导致无人机供电有限。现有的无人机无法根据使用需求进行通信功率调节，为了在更大范围内进行无人机操控，一般需要提高通信的功率，导致电量消耗严重，无人机续航不够持久。


技术实现要素：

4.本发明实施例的目的在于提供一种垂直起降固定翼无人机通信方法与系统，旨在解决背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种垂直起降固定翼无人机通信方法，所述方法具体包括以下步骤：接收无人机发送的实时定位数据和通信功率信息；根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离；根据所述实时通信距离和所述通信功率信息，计算实时信号强度；将所述实时信号强度与预设阈值进行对比，并在所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。
6.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离具体包括以下步骤：根据所述实时定位数据，计算无人机的高度距离信息；根据所述实时定位数据，计算无人机的水平距离信息；根据所述高度距离信息和所述水平距离信息，计算无人机的实时通信距离。
7.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离还包括以下步骤：根据所述实时定位数据，计算无人机的高度方位信息；根据所述实时定位数据，计算无人机的水平方位信息；根据所述高度方位信息和所述水平方位信息，计算无人机的实时方位角度；根据所述实时方位角度，调节通信角度。
8.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述根据所述实时通信距离和所述通
信功率信息，计算实时信号强度具体包括以下步骤：将所述实时通信距离和所述通信功率信息导入至信号强度测算模型中；输出所述实时通信距离和所述通信功率信息下的实时信号强度。
9.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述当所述实时信号强度低于预设阈值时，增强通信功率，并生成功率增强信号发送至无人机具体包括以下步骤：将所述实时信号强度与预设阈值进行对比；根据对比结果，判断实时信号强度是否低于预设阈值；当所述实时信号强度不低于预设阈值时，保持现有通信功率不便；当所述实时信号强度低于预设阈值时，增强通信功率，并生成功率增强信号发送至无人机。
10.一种垂直起降固定翼无人机通信系统，所述系统包括数据接收单元、距离计算单元、信号计算单元和信号对比单元，其中：数据接收单元，用于接收无人机发送的实时定位数据和通信功率信息；距离计算单元，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离；信号计算单元，用于根据所述实时通信距离和所述通信功率信息，计算实时信号强度；信号对比单元，用于将所述实时信号强度与预设阈值进行对比，并在所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。
11.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述距离计算单元具体包括：高度距离计算模块，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的高度距离信息；水平距离计算模块，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的水平距离信息；实时通信距离计算模块，用于根据所述高度距离信息和所述水平距离信息，计算无人机的实时通信距离。
12.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述距离计算单元还包括：高度方位计算模块，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的高度方位信息；水平方位计算模块，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的水平方位信息；实时方位角度计算模块，用于根据所述高度方位信息和所述水平方位信息，计算无人机的实时方位角度；通信角度调节模块，用于根据所述实时方位角度，调节通信角度。
13.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述信号计算单元具体包括：信息导入模块，用于将所述实时通信距离和所述通信功率信息导入至信号强度测算模型中；信息输出模块，用于输出所述实时通信距离和所述通信功率信息下的实时信号强度。
14.作为本发明实施例技术方案进一步的限定，所述信号对比单元具体包括：信号对比模块，用于将所述实时信号强度与预设阈值进行对比；结果处理模块，用于当所述实时信号强度不低于预设阈值时，保持现有通信功率不便；当所述实时信号强度低于预设阈值时，增强通信功率，并生成功率增强信号发送至无人机。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明实施例通过接收无人机发送的实时定位数据和通信功率信息；根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离；根据所述实时通信距离和所述通信功率信息，计算实时信号强度；将所述实时信号强度与预设阈值进行对比，并在所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。能够计算实时信号强度，并将实时信号强度与预设阈值对比，根据对比结果对无人机的通信功率进行调节，从而避免无人机一直保持高功率通信，降低电能消耗，提高无人机的续航。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例。
17.图1示出了本发明实施例提供的方法的流程图。
18.图2示出了本发明实施例提供的方法中计算实时通信距离的流程图。
19.图3示出了本发明实施例提供的方法中计算实时通信距离的又一流程图。
20.图4示出了本发明实施例提供的方法中计算实时信号强度的流程图。
21.图5示出了本发明实施例提供的方法中实时信号强度对比的流程图。
22.图6示出了本发明实施例提供的系统的应用架构图。
23.图7示出了本发明实施例提供的系统中距离计算单元的结构框图。
24.图8示出了本发明实施例提供的系统中距离计算单元的又一结构框图。
25.图9示出了本发明实施例提供的系统中信号计算单元的结构框图。
26.图10示出了本发明实施例提供的系统中信号对比单元的结构框图。
具体实施方式
27.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
28.可以理解的是，在现有技术中，无人机无法根据使用需求进行通信功率调节，为了在更大范围内进行无人机操控，一般需要提高通信的功率，导致电量消耗严重，无人机续航不够持久。
29.为解决上述问题，本发明实施例通过接收无人机发送的实时定位数据和通信功率信息；根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离；根据所述实时通信距离和所述通信功率信息，计算实时信号强度；将所述实时信号强度与预设阈值进行对比，并在所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。能够计算实时信号强度，并将实时信号强度与预设阈值对比，根据对比结果对无人机的通信功率进行调节，从而避免无人机一直保持高功率通信，降低电能消耗，提高无人机的续航。
30.本发明实施例中，无人机的飞行通过垂直起降固定翼无人机通信系统，按照垂直起降固定翼无人机通信方法进行通信，能够随着实时信号强度与预设阈值对比，在实时信号强度低于预设阈时，提高无人机的通信功率，从而使得无人机的通信功率处在一种可调
节状态，避免无人机一直保持高功率通信，降低电能消耗，进而提高无人机的续航。
31.具体的，如图1所示，图1示出了本发明实施例提供的方法的流程图。
32.具体的，一种垂直起降固定翼无人机通信方法，所述方法具体包括以下步骤：步骤s101，接收无人机发送的实时定位数据和通信功率信息。
33.在本发明实施例中，在操控装置对无人机进行远程控制时，无人机实时向操控装置发送数据。具体的，包括安装在无人机上的gps定位器发送的实时定位数据和无人机发送的通信功率信息。
34.可以理解的是，通信功率是无人机与操控装置通信时的信号发射功率，信号发射功率越大，一定时间内消耗的电能越多。
35.步骤s102，根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离。
36.在本发明实施例中，通过实时定位数据，获得无人机的位置信息，从而计算无人机与操控装置之间的距离，并将其设置为实时通信距离。
37.具体的，图2示出了本发明实施例提供的方法中计算实时通信距离的流程图。
38.其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离具体包括以下步骤：步骤s1021，根据所述实时定位数据，计算无人机的高度距离信息。
39.步骤s1022，根据所述实时定位数据，计算无人机的水平距离信息。
40.在本发明实施例中，建立空间坐标系，根据无人机发送的实时定位数据，计算无人机在空间坐标系中的位置，并确定操控装置在空间坐标系中的位置，进而计算无人机相对于操控装置在空间坐标系中的高度距离信息和水平距离信息。
41.可以理解的是，无人机相对于操控装置在空间坐标系中的高度距离信息反映了无人机相对于操控装置的高度距离，无人机相对于操控装置在空间坐标系中的水平距离信息反映了无人机相对于操控装置的水平距离。
42.步骤s1023，根据所述高度距离信息和所述水平距离信息，计算无人机的实时通信距离。
43.在本发明实施例中，根据高度距离信息和水平距离信息，利用勾股定理，计算无人机的实时通信距离。具体的，实时通信距离反映了无人机相对于操控装置在空间坐标系中的直线距离。
44.进一步的，图3示出了本发明实施例提供的方法中计算实时通信距离的又一流程图。
45.其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离还包括以下步骤：步骤s1024，根据所述实时定位数据，计算无人机的高度方位信息。
46.步骤s1025，根据所述实时定位数据，计算无人机的水平方位信息。
47.在本发明实施例中，通过空间坐标系，根据无人机发送的实时定位数据，并与操控装置在空间坐标系中的位置作为参考，确定无人机相对于操控装置在空间坐标系中的高度方位和水平方位，计算无人机的高度方位信息和水平方位信息。
48.步骤s1026，根据所述高度方位信息和所述水平方位信息，计算无人机的实时方位角度。
49.在本发明实施例中，通过无人机相对于操控装置的高度方位信息和水平方位信息，能够计算无人机在空间中相对于操控装置的角度，得到实时方位角度。
50.步骤s1027，根据所述实时方位角度，调节通信角度。
51.在本发明实施例中，按照无人机在空间中相对于操控装置的实时方位角度，改变操控装置的通信天线的角度，使得通信天线指向无人机，调节通信角度，从而减小信号的路径损耗，提高信号稳定性。
52.进一步的，所述方法还包括以下步骤：步骤s103，根据所述实时通信距离和所述通信功率信息，计算实时信号强度。
53.在本发明实施例中，根据信号强度的计算公式，将实时通信距离和通信功率信息输入其中，计算获得实时信号强度。
54.可以理解的是，信号强度是指无人机与操控装置之间数据沟通的信号强弱，所以在不考虑干扰、线路损耗等因素时，信号强度的计算公式为：信号强度 = 射频发射功率 发射端天线增益
ꢀ–ꢀ
路径损耗
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障碍物衰减 接收端天线增益，其中路径损耗主要与实时通信距离有关。
55.具体的，图4示出了本发明实施例提供的方法中计算实时信号强度的流程图。
56.其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述根据所述实时通信距离和所述通信功率信息，计算实时信号强度具体包括以下步骤：步骤s1031，将所述实时通信距离和所述通信功率信息导入至信号强度测算模型中。
57.在本发明实施例中，信号强度测算模型是根据“信号强度 = 射频发射功率 发射端天线增益
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路径损耗
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障碍物衰减 接收端天线增益”的信号强度计算公式建立的模型，将实时通信距离和通信功率信息导入信号强度测算模型中进行计算。
58.步骤s1032，输出所述实时通信距离和所述通信功率信息下的实时信号强度。
59.在本发明实施例中，根据信号强度测算模型的计算结果输出实时通信距离和通信功率信息下，反应无人机与操控装置之间数据沟通信号强弱的实时信号强度。
60.进一步的，所述方法还包括以下步骤：步骤s104，将所述实时信号强度与预设阈值进行对比，并在所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。
61.在本发明实施例中，将实时信号强度与预设阈值进行对比，预设阈值可以是表示保证稳定通信的最低信号强度，当实时信号强度低于预设阈值时，说明此时的信号强度已经不能够保证无人机与操控装置之间的稳定通信，此时，生成功率增强信号并发送至无人机，无人机接收功率增强信号，并增强无人机的通信功率。
62.具体的，图5示出了本发明实施例提供的方法中实时信号强度对比的流程图。
63.其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述当所述实时信号强度低于预设阈值时，增强通信功率，并生成功率增强信号发送至无人机具体包括以下步骤：步骤s1041，将所述实时信号强度与预设阈值进行对比。
64.步骤s1042，根据对比结果，判断实时信号强度是否低于预设阈值。
65.在本发明实施例中，将实时信号强度与预设阈值进行对比，根据对比结果，判断实时信号强度是否低于预设阈值，预设阈值表示的是保证无人机与操控装置之间稳定通信的
最低信号强度。
66.步骤s1043，当所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。
67.在本发明实施例中，在实时信号强度低于预设阈值时，说明无人机与操控装置之间通信信号强度不能够保持稳定，此时生成功率增强信号，将无人机发送功率增强信号，无人机在接收功率增强信号之后，增强通信功率。
68.步骤s1044，当所述实时信号强度不低于预设阈值时，保持现有通信功率不变。
69.在本发明实施例中，在实时信号强度不低于预设阈值时，说明无人机与操控装置之间通信信号强度能够保持稳定，此时保持现有通信功率不变。
70.步骤s1044，当所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。
71.在本发明实施例中，在实时信号强度低于预设阈值时，说明无人机与操控装置之间通信信号强度不能够保持稳定，此时生成功率增强信号，向无人机发送功率增强信号，无人机在接收功率增强信号之后，增强通信功率。
72.进一步的，图6示出了本发明实施例提供的系统的应用架构图。
73.其中，在本发明提供的又一个优选实施方式中，一种垂直起降固定翼无人机通信系统，所述系统包括数据接收单元101、距离计算单元102、信号计算单元103和信号对比单元104。
74.数据接收单元101，用于接收无人机发送的实时定位数据和通信功率信息。
75.在本发明实施例中，在操控装置对无人机进行远程控制时，数据接收单元101接收无人机实时向操控装置发送数据。具体的，包括安装在无人机上的gps定位器发送的实时定位数据和无人机发送的通信功率信息。
76.距离计算单元102，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离。
77.在本发明实施例中，距离计算单元102通过实时定位数据，获得无人机的位置信息，从而计算无人机与操控装置之间的距离，并将其设置为实时通信距离。
78.具体的，图7示出了本发明实施例提供的系统中距离计算单元102的结构框图。
79.其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述距离计算单元102具体包括：高度距离计算模块1021，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的高度距离信息。
80.水平距离计算模块1022，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的水平距离信息。
81.在本发明实施例中，高度距离计算模块1021和水平距离计算模块1022通过建立空间坐标系，根据无人机发送的实时定位数据，计算无人机在空间坐标系中的位置，并确定操控装置在空间坐标系中的位置，进而分别计算无人机相对于操控装置在空间坐标系中的高度距离信息和水平距离信息。
82.实时通信距离计算模块1023，用于根据所述高度距离信息和所述水平距离信息，计算无人机的实时通信距离。
83.在本发明实施例中，实时通信距离计算模块1023根据高度距离信息和水平距离信息，利用勾股定理，计算无人机的实时通信距离。具体的，实时通信距离反映了无人机相对
于操控装置在空间坐标系中的直线距离。
84.进一步的，图8示出了本发明实施例提供的系统中距离计算单元102的又一结构框图。
85.其中，在本发明提供的又一个优选实施方式中，所述距离计算单元102还包括：高度方位计算模块1024，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的高度方位信息。
86.水平方位计算模块1025，用于根据所述实时定位数据，计算无人机的水平方位信息。
87.在本发明实施例中，高度方位计算模块1024和水平方位计算模块1025通过空间坐标系，根据无人机发送的实时定位数据，并与操控装置在空间坐标系中的位置作为参考，分别确定无人机相对于操控装置在空间坐标系中的高度方位和水平方位，计算无人机的高度方位信息和水平方位信息。
88.实时方位角度计算模块1026，用于根据所述高度方位信息和所述水平方位信息，计算无人机的实时方位角度。
89.在本发明实施例中，实时方位角度计算模块1026通过无人机相对于操控装置的高度方位信息和水平方位信息，计算无人机在空间中相对于操控装置的角度，得到实时方位角度。
90.通信角度调节模块1027，用于根据所述实时方位角度，调节通信角度。
91.在本发明实施例中，通信角度调节模块1027按照无人机在空间中相对于操控装置的实时方位角度，改变操控装置的通信天线的角度，使得通信天线指向无人机，调节通信角度，从而减小信号的路径损耗，提高信号稳定性。
92.进一步的，所述系统还包括：信号计算单元103，用于根据所述实时通信距离和所述通信功率信息，计算实时信号强度。
93.在本发明实施例中，信号计算单元103根据信号强度的计算公式，将实时通信距离和通信功率信息输入其中，计算获得实时信号强度。
94.具体的，图9示出了本发明实施例提供的系统中信号计算单元103的结构框图。
95.其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述信号计算单元103具体包括：信息导入模块1031，用于将所述实时通信距离和所述通信功率信息导入至信号强度测算模型中。
96.在本发明实施例中，信息导入模块1031将实时通信距离和通信功率信息导入信号强度测算模型中进行计算，其中信号强度测算模型是根据“信号强度 = 射频发射功率 发射端天线增益
ꢀ–ꢀ
路径损耗
ꢀ–ꢀ
障碍物衰减 接收端天线增益”的信号强度计算公式建立的模型。
97.信息输出模块1032，用于输出所述实时通信距离和所述通信功率信息下的实时信号强度。
98.在本发明实施例中，信息输出模块1032根据信号强度测算模型的计算结果输出实时通信距离和通信功率信息下，反应无人机与操控装置之间数据沟通信号强弱的实时信号强度。
99.进一步的，所述系统还包括：信号对比单元104，用于将所述实时信号强度与预设阈值进行对比，并在所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。
100.在本发明实施例中，信号对比单元104将实时信号强度与预设阈值进行对比，预设阈值可以是表示保证稳定通信的最低信号强度，当实时信号强度低于预设阈值时，说明此时的信号强度已经不能够保证无人机与操控装置之间的稳定通信，此时，生成功率增强信号并发送至无人机，无人机接收功率增强信号，并增强无人机的通信功率。
101.具体的，图10示出了本发明实施例提供的系统中信号对比单元104的结构框图。
102.其中，在本发明提供的优选实施方式中，所述信号对比单元104具体包括：信号对比模块1041，用于将所述实时信号强度与预设阈值进行对比。
103.在本发明实施例中，信号对比模块1041将实时信号强度与预设阈值进行对比，根据对比结果，判断实时信号强度是否低于预设阈值，预设阈值表示的是保证无人机与操控装置之间稳定通信的最低信号强度。
104.结果处理模块1042，用于当所述实时信号强度不低于预设阈值时，保持现有通信功率不变；当所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。
105.在本发明实施例中，在实时信号强度低于预设阈值时，说明无人机与操控装置之间通信信号强度不能够保持稳定，此时结果处理模块1042生成功率增强信号，并向无人机发送功率增强信号，无人机在接收功率增强信号之后，增强通信功率；在实时信号强度不低于预设阈值时，说明无人机与操控装置之间通信信号强度能够保持稳定，此时结果处理模块1042不工作，保持现有通信功率不变。
106.综上所述，本发明实施例通过接收无人机发送的实时定位数据和通信功率信息；根据所述实时定位数据，计算无人机的实时通信距离；根据所述实时通信距离和所述通信功率信息，计算实时信号强度；将所述实时信号强度与预设阈值进行对比，并在所述实时信号强度低于预设阈值时，生成功率增强信号发送至无人机。能够计算实时信号强度，并将实时信号强度与预设阈值对比，根据对比结果对无人机的通信功率进行调节，从而避免无人机一直保持高功率通信，降低电能消耗，提高无人机的续航。
107.应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
108.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器
（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink） dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
109.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
110.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
111.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。