本發(fā)明屬于電力線直流載波通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種基于直流載波的系留無人機(jī)鏈路通訊系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

系留無人機(jī)是現(xiàn)今發(fā)展迅速的一種無人機(jī)，由于系留無人機(jī)可長時(shí)間滯空，具有負(fù)載能力強(qiáng)，抗風(fēng)能力強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，系留無人機(jī)的飛行和控制要求負(fù)載高電壓和大電流，所以，大部分系留無人機(jī)本身并不配置供電單元，或其供電單元的供電量非常小。所以，系留無人機(jī)依靠一根或多根線纜與地面供電系統(tǒng)進(jìn)行連接依靠地面供電系統(tǒng)為其提供續(xù)航所需的電量。通訊鏈路要么采用無線傳輸，但傳輸?shù)目煽啃院桶踩允艿胶艽笙拗?；要么是單?dú)架設(shè)通訊線路的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞(如在線纜中加入光纖的通訊方式)，因而普遍存在通訊線路與電力線縱橫交叉、錯綜復(fù)雜且維修困難、建設(shè)成本較高等問題。

電力線載波通訊是以電力線作為傳輸媒介，通過載波方式將模擬或數(shù)字信號進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)，屬于電力系統(tǒng)特有的通信方式。其最大的特點(diǎn)是不需要另外架設(shè)通訊線路，只需借助現(xiàn)有的電力線，就能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，因而可有效降低系留無人機(jī)電力線路和通訊鏈路的復(fù)雜程度及其建設(shè)成本。

目前，交流電力載波通訊技術(shù)已在智能家居、工控系統(tǒng)等現(xiàn)有的交流電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是由于電力線傳輸?shù)臒o屏蔽性，電網(wǎng)的穩(wěn)定性比傳統(tǒng)的通信網(wǎng)差得多，使得電力線通信線路的電磁環(huán)境極為復(fù)雜，例如電網(wǎng)諧波干擾嚴(yán)重、其他電器設(shè)備噪聲的干擾、低壓配電網(wǎng)的分支多、其復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)阻抗時(shí)變性及非線性，在如此惡劣的電網(wǎng)環(huán)境下對電力載波通訊技術(shù)十分不利。而業(yè)內(nèi)對于直流電力載波通訊技術(shù)的研究卻很少，對此，深入研究直流載波通訊技術(shù)在無人機(jī)通訊鏈路系統(tǒng)中的應(yīng)用已變得極為迫切。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明人提出了一種基于直流載波的系留無人機(jī)鏈路通訊系統(tǒng)，以解決系留無人機(jī)有線通訊線路與電力線縱橫交叉、錯綜復(fù)雜、通訊鏈路易損壞且維修困難、建設(shè)成本較高的問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

一種基于直流載波的系留無人機(jī)鏈路通訊系統(tǒng)，包括：地面端電力線載波模塊、機(jī)載端電力線載波模塊、寬壓交流輸入供電電路、濾波器、交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路、高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路和uav；

所述寬壓交流輸入供電電路通過濾波器與交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路連接，所述交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路一端連接地面端電力線載波模塊，另一端連接電力線的地面端，用于將來自寬壓交流輸入供電電路提供的交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電輸送到電力線上傳給無人機(jī)機(jī)載端使用；

所述uav一端連接機(jī)載端電力線載波模塊，另一端連接高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路，所述高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路連接電力線的機(jī)載端，用于將來自交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路的高壓直流電轉(zhuǎn)換成無人機(jī)工作所需要的低壓直流電。

優(yōu)選地，所述地面端電力線載波模塊包括第一plc中央處理單元、第一電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路、第一模擬信號抗干擾及濾波處理電路、第一隔離/耦合電路和第一以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路，所述第一plc中央處理單元一端通過第一以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路連接到地面pc控制端，另一端依次通過第一電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路、第一模擬信號抗干擾及濾波處理電路與第一隔離/耦合電路一端連接，所述第一隔離/耦合電路另一端對應(yīng)連接在交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路與電力線的地面端之間。

優(yōu)選地，所述機(jī)載端電力線載波模塊包括第二plc中央處理單元、第二電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路、第二模擬信號抗干擾及濾波處理電路、第二隔離/耦合電路和第二以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路，所述第二plc中央處理單元一端通過第二以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路與uav連接，另一端依次通過第二電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路、第二模擬信號抗干擾及濾波處理電路與第二隔離/耦合電路連接，所述第二隔離/耦合電路另一端對應(yīng)連接在高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路與電力線的機(jī)載端之間。

優(yōu)選地，所述寬壓交流輸入電路的交流電壓輸入范圍在：ac85-264v，頻率范圍為：50/60hz。

優(yōu)選地，所述第一以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路與地面pc控制端之間、所述第二以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路與uav之間均通過eth接口連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果在于：本發(fā)明提供的系留無人機(jī)鏈路通訊系統(tǒng)以電力線作為通訊信息的傳輸媒介，在傳輸電能的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了直流電力載波通訊技術(shù)在系留無人機(jī)系統(tǒng)上的應(yīng)用，降低了系留無人機(jī)有線傳輸線路的復(fù)雜程度及其建設(shè)成本；實(shí)現(xiàn)了電力載波通訊技術(shù)在直流高壓上的傳輸，同時(shí)降低了電力線上電能的損耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于直流載波的系留無人機(jī)鏈路通訊原理框圖；

圖2為本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行測試應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)效果圖。

圖中標(biāo)識說明：地面端電力線載波模塊100、第一plc中央處理單元101、第一電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路102、第一模擬信號抗干擾及濾波處理電路103、第一隔離/耦合電路104、第一以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路105、機(jī)載端電力線載波模塊200、第二plc中央處理單元201、第二電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路202、第二模擬信號抗干擾及濾波處理電路203、第二隔離/耦合電路204和第二以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路205、寬壓交流輸入供電電路300、濾波器400、交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路500、高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路600、uav700。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

針對目前系留無人機(jī)電力線路和通訊鏈路存在通訊線路與電力線縱橫交叉、錯綜復(fù)雜且維修困難、建設(shè)成本較高等問題。本發(fā)明提出了一種通過電力線實(shí)現(xiàn)電力載波在直流高壓上的傳輸?shù)募夹g(shù)方案，以降低了系留無人機(jī)有線傳輸線路的復(fù)雜程度及其建設(shè)成本。

請參閱圖1所示，圖1為本發(fā)明基于直流載波的系留無人機(jī)鏈路通訊原理框圖。本發(fā)明提供的基于直流載波的系留無人機(jī)鏈路通訊系統(tǒng)，主要包括：地面端部分、機(jī)載端部分以及連接地面端部分和機(jī)載端部分的電力線。

其中地面端部分包括有地面端電力線載波模塊100、寬壓交流輸入供電電路300、濾波器400、交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路500和地面pc控制端。

地面端電力線載波模塊100包括第一plc中央處理單元101、第一電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路102、第一模擬信號抗干擾及濾波處理電路103、第一隔離/耦合電路104和第一以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路105，第一plc中央處理單元101一端與第一以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路105連接，第一以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路105與地面pc控制端通過eth接口連接；第一plc中央處理單元101另一端依次通過第一電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路102、第一模擬信號抗干擾及濾波處理電路103與第一隔離/耦合電路104一端連接，第一隔離/耦合電路104的另一端對應(yīng)連接在交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路500與電力線的地面端之間。

寬壓交流輸入供電電路300通過濾波器400與交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路500連接。寬壓交流輸入供電電路300接入地面端電源，對應(yīng)可接入市電，其交流電壓輸入范圍在：ac85-264v，頻率范圍為：50/60hz。濾波器400主要防止外來電磁噪聲干擾電源設(shè)備本身控制電路的工作；防止外來電磁噪聲干擾電源的負(fù)載工作；抑制電源設(shè)備本身產(chǎn)生的emi；抑制由其他設(shè)備產(chǎn)生而經(jīng)過電源傳播的emi，降低噪聲對電源和其他設(shè)備的干擾。

交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路500一端連接第一隔離/耦合電路104，另一端連接電力線的地面端，用于將來自寬壓交流輸入供電電路提供的交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電傳輸?shù)诫娏€上，供給無人機(jī)正常工作應(yīng)用。

其中機(jī)載端部分包括有機(jī)載端電力線載波模塊200、高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路600和uav(無人機(jī))700。

機(jī)載端電力線載波模塊200包括第二plc中央處理單元201、第二電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路202、第二模擬信號抗干擾及濾波處理電路203、第二隔離/耦合電路204和第二以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路205，第二plc中央處理單元一端與第二以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路205連接，第二以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換處理電路205通過eth接口連接到uav無人機(jī)700，第二plc中央處理單元的另一端依次通過第二電力線通訊信號調(diào)制解調(diào)電路202、第二模擬信號抗干擾及濾波處理電路203與第二隔離/耦合電路204連接，第二隔離/耦合電路204另一端對應(yīng)連接在高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路600與電力線的機(jī)載端之間。

uav700一端連接第二隔離/耦合電路204，另一端連接高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路600，高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路600分別連接電力線的機(jī)載端和第二隔離/耦合電路204，用于將來自交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路的高壓直流電轉(zhuǎn)換成無人機(jī)工作所需要的低壓直流電。

如圖2所示，圖2為本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行測試應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)效果圖。采用本發(fā)明的方案在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下進(jìn)行測試應(yīng)用，可以得到顯著的實(shí)驗(yàn)效果。以圖2為例，電力線纜長度約為120米，和實(shí)際使用的長度一致，測得的結(jié)果為：雙向平均傳輸速率約為79.767mbps(此結(jié)果為兩臺地面pc控制端通過接入地面端和機(jī)載端網(wǎng)口互傳數(shù)據(jù)，用軟件測得的結(jié)果)。

綜上所述，本發(fā)明地面端和機(jī)載端的電力線載波模塊可以實(shí)現(xiàn)電力線通訊信號的調(diào)制解調(diào)、電力線調(diào)制信號的模數(shù)/數(shù)模變換、輸出信號驅(qū)動放大、接收信號帶通濾波和低噪聲放大以及把解調(diào)后的電力線通訊信號轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)通訊信號或者把以太網(wǎng)通訊信號調(diào)制為電力線通訊信號。

其中具體方式為：交流電源經(jīng)交流輸入電路、濾波器給整個系留無人機(jī)系統(tǒng)提供電源需求；交流電經(jīng)過交流-高壓直流轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成高壓直流電，高壓直流電經(jīng)過穩(wěn)壓、濾波通過電力線傳到高壓直流-低壓直流轉(zhuǎn)換電路降壓成無人機(jī)所需要的工作電壓，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的長時(shí)間續(xù)航；發(fā)送端(地面pc控制端或無人機(jī))通過網(wǎng)口與電力線載波模塊連接，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)，利用調(diào)制技術(shù)將pc控制端的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，把載有信息的高頻加載于電壓，然后在電力線上進(jìn)行傳輸；在接收端(地面pc控制端或無人機(jī))，先經(jīng)過濾波器將調(diào)制信號取出，再經(jīng)過解調(diào)，就可得到原通訊信號，并通過網(wǎng)口傳送到接收端，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。