本發(fā)明屬于無人機通信控制技術(shù)領域，尤其是涉及一種多旋翼無人機的通信控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無人駕駛飛機簡稱“無人機”，是通過無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機，無人機在工作過程中需要搭載一定的設備進行偵查和拍照，所以和地面站、地面端數(shù)傳設備等地面設備之間的通信就顯得十分的重要。

目前市場上的多旋翼無人機，機動性好、體積小，且相比于一般的飛機在相同的翼展下能有更強的負載能力以及能夠懸停，因此得到廣泛應用，比如消防、環(huán)境偵查、航拍等。這些應用都需要跟如地面站、地面端數(shù)傳設備之間進行通信，但是通信存在傳輸速度慢、通信距離較近、信號衰減過大等問題，嚴重限制了無人機的發(fā)展和應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種多旋翼無人機的通信控制系統(tǒng)，以解決上述問題中的不足之處，增強多旋翼無人機的飛行通信穩(wěn)定性和可靠性。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的：

一種多旋翼無人機的通信控制系統(tǒng)，包括自動駕駛儀、雙目相機、第一XBee模塊、第二XBee模塊、第一數(shù)據(jù)接收裝置和第二數(shù)據(jù)接收裝置，所述第一XBee模塊、第一數(shù)據(jù)接收裝置和第二數(shù)據(jù)接收裝置均設于地面上，所述雙目相機連接在自動駕駛儀上，并與所述第一數(shù)據(jù)接收裝置和第二數(shù)據(jù)接收裝置進行無線連接，所述自動駕駛儀內(nèi)設有DSP模塊，并與第二XBee模塊連接，所述第一XBee模塊和第二XBee模塊之間無線連接。

進一步的，所述自動駕駛儀為PIXHAWK飛行控制器。

進一步的，所述雙目相機包括前目相機和航拍相機，所述前目相機通過自動駕駛儀內(nèi)的發(fā)射模塊與第一數(shù)據(jù)接收裝置進行無線連接，所述航拍相機固定在與云臺控制器連接的云臺上，所述云臺控制器通過CAN線連接在自動駕駛儀上，所述自動駕駛儀通過云臺控制器對航拍相機進行PTZ控制，所述云臺控制器通過空中發(fā)射端與所述第二數(shù)據(jù)接收裝置無線連接。

進一步的，所述發(fā)射模塊為模擬PAL視頻無線發(fā)射機。

進一步的，兩個所述XBee模塊上均設有偶極子天線。

進一步的，在兩個所述數(shù)據(jù)接收裝置上均設有全向圓極化天線和定向圓極化天線。

進一步的，所述定向圓極化天線指向遠離無人機的方向。

進一步的，所述全向圓極化天線在兩個數(shù)據(jù)接收裝置上分別為右旋圓極化天線和左旋圓極化天線。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所述的一種多旋翼無人機的通信控制系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

本發(fā)明所述的多旋翼無人機的通信控制系統(tǒng)提高了傳輸?shù)碾[秘性、減少了干擾效應、魯棒性好、傳輸距離遠且速度快、功耗較低、成本較低、信號衰減小，有效增強無人機的飛行通信穩(wěn)定性。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明實施例所述多旋翼無人機的通信控制系統(tǒng)的工作原理圖；

圖2為本發(fā)明實施例所述數(shù)據(jù)接收裝置上的天線輻射方向圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“第一”、“第二”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細說明本發(fā)明。

一種多旋翼無人機的通信控制系統(tǒng)，其工作原理如圖1所示，包括自動駕駛儀、雙目相機、第一XBee模塊、第二XBee模塊、第一數(shù)據(jù)接收裝置和第二數(shù)據(jù)接收裝置，所述第一XBee模塊、第一數(shù)據(jù)接收裝置和第二數(shù)據(jù)接收裝置均設于地面上，所述雙目相機連接在自動駕駛儀上，并與所述第一數(shù)據(jù)接收裝置和第二數(shù)據(jù)接收裝置進行無線連接，所述自動駕駛儀內(nèi)設有DSP模塊，并與第二XBee模塊連接，所述第一XBee模塊和第二XBee模塊之間無線連接。

所述自動駕駛儀為PIXHAWK飛行控制器。

所述雙目相機包括前目相機和航拍相機，所述前目相機通過自動駕駛儀內(nèi)的發(fā)射模塊與第一數(shù)據(jù)接收裝置進行無線連接，所述航拍相機固定在與云臺控制器連接的云臺上(圖中未畫出)，所述云臺控制器通過CAN線連接在自動駕駛儀上，從而根據(jù)云臺姿態(tài)反饋智能地高精度控制各軸的轉(zhuǎn)向和角度，并實時與自駕儀通訊獲得控制命令，所述自動駕駛儀通過云臺控制器對航拍相機進行PTZ控制(Pan/Tilt/Zoom，代表云臺全方位移動及鏡頭變倍、變焦控制)，所述云臺控制器通過空中發(fā)射端與所述第二數(shù)據(jù)接收裝置無線連接，所述前目相機用來辨別飛行方向，所述航拍相機在自動駕駛儀底部，用來航拍畫面。

所述發(fā)射模塊為模擬PAL視頻無線發(fā)射機。

所述XBee模塊具有低功耗、廉價以及輕便的特點，在雙向連接的時候能夠提供必需的數(shù)據(jù)速率，在本實施例中，所述XBee模塊采用900MHz的傳輸頻率，而不是通常所用的2.4GHz，因為在900MHz情況下設備工作要比在2.4GHz時性能好，這是因為前者傳輸距離可以達到45km的長距離范圍。射頻理論認為，在同等功率的發(fā)射條件下，較低的頻率信號可達到更遠，因此900Mhz系統(tǒng)相較在2.4Ghz頻率下工作應該能達到更遠的范圍；另一方面，電磁波傳播在1GHz以下可以輕松繞過障礙且信號不易衰減。但是用900Mhz需要較長的天線，考慮到隨著低頻的降低，天線越長，最終選擇2dBi偶極子天線，這樣可以在長度適中的范圍內(nèi)最大程度的達到采用900Mhz傳輸頻率的優(yōu)點。

在兩個所述數(shù)據(jù)接收裝置上均設有全向圓極化天線和定向圓極化天線，所述定向圓極化天線指向遠離無人機的方向，所述全向圓極化天線用來當無人機飛近接收方保證通信正常，所述全向圓極化天線增益為2dBi，所述定向圓極化天線是波束寬度為60°的12dBi定向天線，形成正交最小化的配置，因此對自動駕駛儀干擾很小。兩個天線的輻射方向以及輻射半徑如圖2所示。

所述全向圓極化天線在兩個數(shù)據(jù)接收裝置上分別為右旋圓極化天線和左旋圓極化天線。

本實施例的工作原理如下：

多旋翼無人機和地面站之間的通信系統(tǒng)由兩路信號通道組成，即數(shù)字信號和視頻信號兩路。其中，數(shù)字信號方面，無人機將飛機位置、飛機速度、剩余電量、所在高度、控制信號強度以及飛行姿態(tài)信息以數(shù)字形式記錄存儲，控制主板讀取數(shù)據(jù)，然后利用DSP進行數(shù)據(jù)壓縮處理，壓縮后的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口傳給無人機的機載數(shù)據(jù)無線發(fā)射設備，然后通過無線方式傳給地面；視頻信號方面，可以實時傳輸視頻畫面，方便操控者做決策。

所述數(shù)字信號和視頻信號都被集成在自動駕駛儀里，通過可以簡化網(wǎng)絡設置、傳播距離遠且射頻速率高的DigiMesh協(xié)議實現(xiàn)遙測信號和控制信號的雙向傳送，其中遙測信號從自動駕駛儀通過第二Xbee模塊傳輸?shù)降孛嫔系牡谝籜bee模塊，而控制信號則與之相反；所述視頻信號的傳輸系統(tǒng)是單向傳輸通道，所述自動駕駛儀根據(jù)接收的控制命令來控制兩個相機的俯仰、航向以及橫滾來辨別方向和拍攝航拍畫面，兩個相對獨立且可同時工作的鏈路組成了視頻傳輸鏈路，這兩個鏈路可通過正交偏振原理避免干擾。

具體地，在所述視頻信號的傳輸中，前目相機通過自駕儀內(nèi)的OSD發(fā)射模塊和第一數(shù)據(jù)接收裝置進行通訊，在實施例中所述第一數(shù)據(jù)接收裝置具體用到的是鷹眼銳視7寸一體顯示器模塊，用來進行單向通信；對于航拍相機，攝像的視頻信號需要傳給地面上的第二數(shù)據(jù)接收裝置，本實施例中所述第二數(shù)據(jù)接收裝置為TZM001RX接收機模塊，首先將畫面視頻信號傳給云臺控制器，進而通過空中的TZM002TX高清移動視頻發(fā)射機和地面上的TZM001RX接收機模塊進行無線傳輸，TZM001RX接收機模塊再將信號傳輸給顯示器。

當數(shù)據(jù)接收裝置被選中后用FHSS跳頻擴頻技術(shù)來減少干擾效應，使得該鏈路層會有更魯棒的多徑衰落，同時擴頻通信提高了隱秘性。

本實施例所述的通信系統(tǒng)選在視頻傳輸頻率為5.8GHz下工作，而不是最常用的2.4GHz。在高頻下工作的主要優(yōu)點除了沒有帶寬的問題外，還可以用一個小的天線實現(xiàn)一個大的增益，在這個頻率下電磁信號傳播主要分布在直線，因此他們對通信是有益的，然而這種傳播特性也使得系統(tǒng)很容易受到多徑衰落的影響，為了降低這種影響，這里使兩個天線都接收同樣的信號但是相位不同，數(shù)據(jù)接收裝置從兩個天線中選擇最好的信號。

又由于本實施例所述通信系統(tǒng)需要兩個視頻鏈路同時工作，為了實現(xiàn)這種配置，每個鏈路將使一個不同極，發(fā)射模塊和其中一個數(shù)據(jù)接收裝置會利用右旋圓極化天線，且另一個數(shù)據(jù)接收裝置利用左旋圓極化天線。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。