本發(fā)明涉及無人機監(jiān)管系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種基于自組網(wǎng)與gsm通信的無人機監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著近年來無人機技術(shù)飛速發(fā)展進步，我國民用無人機市場呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展之勢，主要應(yīng)用在涉及航拍、航測、人工降雨、農(nóng)業(yè)作業(yè)和監(jiān)視、遙感探礦、森林防火、氣象探測和監(jiān)視、海岸和邊境巡邏、安防和監(jiān)控、緊急救援、飛行俱樂部、應(yīng)急減災(zāi)、警情監(jiān)視等，其已經(jīng)滲透到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。但由于無人機的起飛與回收方式多樣，機動靈活且個體通常較小，造成無人機監(jiān)管難度很大。再加上多數(shù)無人機用戶不辦理任何飛行審批手續(xù)，或者違反空域管理規(guī)定飛行，對航空安全造成嚴重威脅。

因此，發(fā)展一種適用于無人機的監(jiān)控系統(tǒng)是十分必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種通信距離遠、可實時上報無人機信息、天氣信息預(yù)警、身份識別、空域限制等功能的無人機監(jiān)控系統(tǒng)。

本發(fā)明的一種基于自組網(wǎng)絡(luò)中繼與gsm通信的無人機監(jiān)控系統(tǒng)，包括監(jiān)視管理中心(后簡稱中心)、無人機監(jiān)控天空端(后簡稱天空端)、無人機監(jiān)控地面端(后簡稱地面端)和無人機監(jiān)控手機客戶端(后簡稱手機客戶端)。

所述監(jiān)視管理中心應(yīng)處于固定地點，包括氣象信息服務(wù)器、空域信息服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信服務(wù)器、顯示指揮終端。其主要功能是匯總通過gsm網(wǎng)絡(luò)傳遞來的無人機的信息，匯總當前空域信息、氣象信息等，對無人機運行區(qū)域進行監(jiān)控。所述氣象信息服務(wù)器用于得到目標無人機處實時天氣狀況，并通過數(shù)據(jù)通信服務(wù)器發(fā)送會目標無人機地面端，為無人機駕駛員提供參考。所述空域信息服務(wù)器用于為提供目標無人機處飛行情報信息服務(wù)，包括禁飛區(qū)、危險區(qū)、限制區(qū)以及民航凈空區(qū)的范圍，臨時隔離空域以及民航和軍方的臨時限制區(qū)域等信息，并通過數(shù)據(jù)通信服務(wù)器傳遞到目標無人機地面端和顯示指揮終端，用于無人機駕駛員和中心監(jiān)控員觀察。所述數(shù)據(jù)通信服務(wù)器用于接收處理gsm網(wǎng)絡(luò)上的所有運行中無人機信息，并提供給顯示指揮終端、氣象信息服務(wù)器和空域信息服務(wù)器。所述顯示指揮終端用于集成顯示當前運行的所有無人機的信息、氣象信息、空域信息等，通過人工監(jiān)控無人機的運行，保證運行安全，并可以向目標無人機地面端發(fā)送警示信息。

所述無人機監(jiān)控天空端，需要安裝在無人機上，包括飛行信息模塊、通信模塊、身份信息模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、供電模塊，其功能主要是獲得當前無人機的飛行信息并定期通過通信模塊將信息傳遞到監(jiān)視管理中心或其他飛行器。所述飛行信息模塊主要用于獲得當前無人機的飛行信息，包括但不限于飛行速度、高度、位置經(jīng)緯度、氣壓、溫度等信息，該信息可以通過安裝在天空端上的傳感器如gps、氣壓計、空速計等獲取，也可以通過數(shù)據(jù)接口，從目標無人機飛行控制器中直接獲得。所述通信模塊包括gsm通信模塊和自組網(wǎng)中繼通信模塊，其中g(shù)sm通信可以實現(xiàn)監(jiān)視管理中心和無人機間的雙向通信，自組網(wǎng)中繼通信模塊可以實現(xiàn)各個通信模塊(包括天空端和地面端)之間組網(wǎng)的中繼，實現(xiàn)相鄰無人機間的雙向通信，提高其通信距離。最為重要的是可以實現(xiàn)一架無人機不直接與gsm網(wǎng)絡(luò)相連，可以通過與另一架無人機中繼，利用另一架無人機的gsm網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與中心間的數(shù)據(jù)傳遞。所述身份信息模塊存儲有當前無人機的唯一注冊編號和基本類型參數(shù)，用于身份確認和確定限制區(qū)域，其信息由只讀存儲器(rom)保存，防止用戶非法篡改。所述數(shù)據(jù)處理模塊可以認為是一個中央處理器(cpu)，用于處理天空端所需的各種數(shù)據(jù)信息。所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲一定時間內(nèi)的飛行參數(shù)和飛行軌跡，若定期向外發(fā)送該無人機的飛行信息失敗，可存入數(shù)據(jù)存儲模塊，待通信正常以后繼續(xù)發(fā)送，保證對無人機的監(jiān)視。所述供電模塊用于對天空端內(nèi)部的所有部件提供電源，保證其正常工作，其具有外部電源接口可以從無人機處獲得電能供給，同時也具有內(nèi)部電池儲備，電池可以保證其正常工作2個小時，若無人機發(fā)生事故，可以保證有足夠的電能向該無人機駕駛員和中心持續(xù)發(fā)出救援信號，便于搜尋無人機。

所述無人機監(jiān)控地面端包括位置信息模塊、通信模塊、民航ads-b信號接收模塊、顯示器、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和供電模塊，其主要功能是接收天空端發(fā)送來無人機信息、附近民航飛機信息和中心發(fā)送來的空域信息、氣象信息、警示信息、附近無人機飛行信息等，為無人機駕駛員提供飛行所需信息參考。其所述位置信息模塊用于獲取地面端所處的位置經(jīng)緯度和高度，可以通過地面端內(nèi)部安裝的gps模塊獲得。所述通信模塊包括gsm通信模塊、wifi通信模塊和自組網(wǎng)中繼通信模塊，其中g(shù)sm通信可以實現(xiàn)監(jiān)視管理中心和地面端間的雙向通信，自組網(wǎng)中繼通信模塊可以實現(xiàn)各個通信模塊(包括天空端和地面端)之間組網(wǎng)的中繼，提高其通信距離。該中繼通信的特點是：所有加入某一中繼通信網(wǎng)絡(luò)的天空端和地面端，只要其中有任一通信模塊中的gsm模塊接入gsm網(wǎng)絡(luò)，都可以保證所有的天空端與地面端與中心之間建立雙向通信連接，進行數(shù)據(jù)傳遞。該功能可以大大提升無人機在gsm網(wǎng)絡(luò)信號不佳的地區(qū)作業(yè)時的實時監(jiān)控能力。其中wifi通信模塊用于建立地面端和駕駛員手機客戶端之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系。所述民航ads-b信號接收模塊用于接收附近的民航飛機飛行信息，并在地面端顯示，若無人機距民航飛機過于接近，則對駕駛員發(fā)出警告，并上報中心。所述顯示器用于顯示信息，包括但不限于相應(yīng)無人機的飛行信息、附近空域信息、附近民航飛機飛行信息、無人機的飛行信息以及氣象信息等，為無人機駕駛員提供參考。數(shù)據(jù)處理模塊可以認為是一個中央處理器(cpu)，用于處理地面端所需的各種數(shù)據(jù)信息。所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲一定時期內(nèi)當前無人機飛行信息、氣象信息和空域信息，用于后期查看。所述供電模塊用于對地面端內(nèi)部的所有部件提供電源，保證其正常工作，其具有外部電源接口同時也具有內(nèi)部電池儲備。

所述無人機監(jiān)控手機客戶端是一個手機軟件系統(tǒng)，無人機駕駛員手機利用wifi與地面端連接，通過客戶端對無人機駕駛員進行身份驗證，只有驗證通過，無人機天空端和地面端才被解鎖，若發(fā)現(xiàn)非法起飛，則上報中心。無人機駕駛員驗證方式包括但不限于用戶名密碼、人像識別、指紋驗證、飛行密碼驗證等，記錄飛行過程，計入飛行履歷。中心也可以通過客戶端或者撥打手機對無人機駕駛員的危險行為進行制止。無人機駕駛員也可以通過手機客戶端完成飛行任務(wù)的報備工作，便于中心的管理。

本發(fā)明的無人機監(jiān)控系統(tǒng)在某次無人機飛行時的典型工作過程如下：先開啟該無人機電源和地面端電源，確定當前起飛點的位置，接收中心傳來的數(shù)據(jù)，完成無人機信息的認證和空域限制的確定。無人機駕駛員利用手機wifi連接地面端，通過手機客戶端完成無人機駕駛員的身份認證，確定當前無人機駕駛員準許駕駛當前無人機。驗證完成后，無人機駕駛員通過手機客戶端上傳飛行計劃、飛行任務(wù)，報備完成后即可起飛。在飛行中，天空端采集到的飛行信息通過中繼網(wǎng)絡(luò)或gsm網(wǎng)絡(luò)不斷向外發(fā)送，中心和附件無人機監(jiān)控地面端均可以收到并顯示，同時天空端會不斷記錄當前飛行軌跡。地面端則不斷接收中心傳遞來的空域信息和氣象信息，以及自身收到的民航ads-b信息，若發(fā)現(xiàn)無人機靠近限制空域、民航飛機或者其他無人機，則會通過地面端或手機客戶端對無人機駕駛員進行警告，并上報中心。無人機執(zhí)行完任務(wù)，安全降落，關(guān)閉無人機電源，關(guān)閉地面端電源，天空端對當前位置進行判斷，若符合降落地點，則自行關(guān)閉。本次飛行任務(wù)結(jié)束。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)實現(xiàn)了監(jiān)視管理中心對無人機飛行的實時監(jiān)控；

(2)采用中繼通信網(wǎng)絡(luò)和gsm網(wǎng)絡(luò)，提高了實時監(jiān)控的范圍和能力；

(3)可接收民航ads-b信息，引導(dǎo)駕駛員避開相關(guān)空域，保證航空運行的安全；

(4)可接收空域限制信息和氣象信息，保證無人機運行的安全；

(5)可實現(xiàn)無人機和駕駛員的身份信息驗證，保證駕駛員的匹配；

(6)可以實現(xiàn)飛行軌跡的記錄，作為數(shù)據(jù)黑匣子便于后期分析；

(7)監(jiān)視管理中心可以對無人機駕駛員的危險行為進行制止。

附圖說明

圖1是本發(fā)明無人機監(jiān)控系統(tǒng)典型數(shù)據(jù)通信結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明監(jiān)視管理中心組成示意圖；

圖3是本發(fā)明無人機監(jiān)控天空端組成示意圖；

圖4是本發(fā)明無人機監(jiān)控地面端組成示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。

本發(fā)明無人機監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)視管理中心、無人機監(jiān)控天空端、無人機監(jiān)控地面端和無人機監(jiān)控手機客戶端組成，其典型通信方式如圖1所示。所述中心接入公共gsm網(wǎng)絡(luò)，地面端、天空端和手機客戶端均可以通過gsm網(wǎng)絡(luò)連接到中心的各個服務(wù)器，并與之進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)交換。所述天空端的通信方式包括兩種：gsm通信和自組網(wǎng)中繼通信。gsm通信可以滿足附近有g(shù)sm信號塔時各天空端與中心的數(shù)據(jù)交換，如圖1中，天空端b可以通過gsm網(wǎng)絡(luò)連接中心的服務(wù)器，但天空端a由于距離太遠無法通過gsm網(wǎng)絡(luò)連接。自組網(wǎng)中繼通信可以實現(xiàn)相鄰天空端a和天空端b之間的數(shù)據(jù)通信，也可以實現(xiàn)天空端b與地面端b之間的數(shù)據(jù)通信，天空端b或者地面端b只要有一個連接到了gsm網(wǎng)絡(luò)，天空端a可以通過中繼網(wǎng)絡(luò)，然后通過gsm網(wǎng)絡(luò)與中心建立數(shù)據(jù)傳輸通道。所述地面端包括4種通信方式：gsm通信、自組網(wǎng)中繼通信、wifi通信和民航ads-b信號接收。圖1中，地面端b可以接收到附件民航飛機的ads-b信號，并處理相關(guān)信息，在地面端b上顯示。同時，地面端b通過自組網(wǎng)中繼信號與天空端b建立連接，通過gsm網(wǎng)絡(luò)與中心建立連接。地面端b與手機客戶端b通過wifi連接。所述手機客戶端b通過手機wifi模塊與地面端b建立數(shù)據(jù)連接，通過gsm網(wǎng)絡(luò)與中心建立數(shù)據(jù)連接。本說明僅為描述2個天空端、1個地面端和1個手機客戶端間的通信連接方式，本發(fā)明可以容納更多的天空端、地面端和手機客戶端，其通信連接方式可以參考圖1繼續(xù)延伸。

本發(fā)明監(jiān)視管理中心組成如圖2所示，包括氣象信息服務(wù)器、空域信息服務(wù)器、數(shù)據(jù)通信服務(wù)器、顯示指揮終端。其中氣象信息服務(wù)器、空域信息服務(wù)器和顯示指揮終端通過局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)通信服務(wù)器連接，數(shù)據(jù)通信服務(wù)器與gsm網(wǎng)絡(luò)和廣域網(wǎng)連接。所述氣象信息服務(wù)器用于得到目標無人機處實時天氣狀況。所述空域信息服務(wù)器用于為提供目標無人機處飛行情報信息服務(wù)，包括禁飛區(qū)、危險區(qū)、限制區(qū)以及民航凈空區(qū)的范圍，臨時隔離空域以及民航和軍方的臨時限制區(qū)域等信息。所述數(shù)據(jù)通信服務(wù)器用于接收處理gsm網(wǎng)絡(luò)上的所有運行中無人機信息，并提供給顯示指揮終端、氣象信息服務(wù)器和空域信息服務(wù)器，數(shù)據(jù)通信服務(wù)器同時可以建立各服務(wù)器和顯示指揮終端之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系。所述顯示指揮終端用于集成顯示當前運行的所有無人機的信息、氣象信息、空域信息等，監(jiān)控員通過顯示終端可以實時監(jiān)控無人機的運行，保證運行安全，發(fā)現(xiàn)不安全因素可以通過指揮系統(tǒng)對駕駛員進行發(fā)出警示信息。

本發(fā)明無人機監(jiān)控天空端組成如圖3所示，包括飛行信息模塊、通信模塊、身份信息模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、供電模塊。所述飛行信息模塊可以獲得當前無人機的飛行信息，如飛行速度、高度、位置等，其內(nèi)置gps、氣壓計、空速計、陀螺儀、加速度計、磁力計等，測得相關(guān)信息在飛行信息模塊內(nèi)處理得到當前的飛行信息，同時，具有飛行信息接口，可以從載機的飛控系統(tǒng)中獲得當前飛行信息，所有飛行信息將通過數(shù)據(jù)處理模塊處理后，再通過通信模塊傳遞出去。所述通信模塊包括gsm通信模塊和自組網(wǎng)中繼通信模塊，通過該兩種模塊與外部網(wǎng)絡(luò)相連，內(nèi)部通過總線與數(shù)據(jù)處理單元相連，數(shù)據(jù)處理單元控制其發(fā)送信息內(nèi)容。其中g(shù)sm通信可以實現(xiàn)監(jiān)視管理中心和無人機間的雙向通信，自組網(wǎng)中繼通信模塊可以實現(xiàn)各個通信模塊(包括天空端和地面端)之間組網(wǎng)的中繼，實現(xiàn)相鄰無人機間的雙向通信，提高其通信距離。所述身份信息模塊用于存儲當前無人機的唯一注冊編號和基本類型參數(shù)，用于身份確認和確定限制區(qū)域，所得身份信息由數(shù)據(jù)處理模塊處理后，通過通信模塊傳遞出去，其信息由只讀存儲器(rom)保存，防止用戶非法篡改。所述數(shù)據(jù)處理模塊可以認為是一個中央處理器(cpu)，通過內(nèi)部總線與飛行信息模塊、通信模塊、存儲模塊和身份信息模塊相連，并處理各模塊產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和信息，控制天空端的運行。所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲一定時間內(nèi)的飛行參數(shù)和飛行軌跡，數(shù)據(jù)存儲模塊通過內(nèi)部高速線與數(shù)據(jù)處理模塊相連，數(shù)據(jù)處理模塊可以隨時調(diào)取、存入信息，例如定期向外發(fā)送該無人機的飛行信息失敗，則可存入數(shù)據(jù)存儲模塊，待通信正常以后繼續(xù)發(fā)送，保證對無人機的監(jiān)視。所述供電模塊內(nèi)置電池和轉(zhuǎn)換模塊，可以從載機取電也可以使用電池，對天空端內(nèi)所有的模塊進電量供給和分配，其內(nèi)置電池可以保證天空端正常工作2個小時，若無人機發(fā)生事故，可以有足夠的電能向該無人機駕駛員和中心持續(xù)發(fā)出救援信號，便于搜尋無人機。

本發(fā)明無人機監(jiān)控地面端組成如圖4所示，包括位置信息模塊、通信模塊、民航ads-b信號接收模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、顯示器和供電模塊。所述位置信息模塊通過內(nèi)置gps天線，處理獲得地面端的位置信息，并通過內(nèi)部總線傳遞到數(shù)據(jù)處理模塊，結(jié)合天空端的位置信息，可以獲得天空端相對于地面端的方位，便于設(shè)置定向接收天線的指向，同時其位置信息也會通過通信模塊發(fā)送到中心。所述通信模塊包括gsm通信模塊、自組網(wǎng)中繼通信模塊和wifi模塊，通過該三種模塊與外部網(wǎng)絡(luò)相連，內(nèi)部通過總線與數(shù)據(jù)處理模塊相連。其中g(shù)sm通信可以實現(xiàn)監(jiān)視管理中心和地面端間的雙向通信，自組網(wǎng)中繼通信模塊可以實現(xiàn)各個通信模塊(包括天空端和地面端)之間組網(wǎng)的中繼，實現(xiàn)相鄰?fù)ㄐ拍K間的雙向通信，提高其通信距離，wifi模塊用于建立與手機客戶端間的聯(lián)系。所述民航ads-b信號接收模塊用于接收附件民航飛機發(fā)出的ads-b信號，并通過內(nèi)部總線連接到數(shù)據(jù)處理模塊。所述數(shù)據(jù)處理模塊可以認為是一個中央處理器(cpu)，通過內(nèi)部總線與位置信息模塊、通信模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、ads-b信號接收器和顯示器相連，負責處理各模塊產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)和信息，控制整個地面端的運行。所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于存儲一定時間內(nèi)由天空端傳遞來的飛行參數(shù)和飛行軌跡、氣象信息、空域信息、民航ads-b信息等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲模塊通過內(nèi)部高速線與數(shù)據(jù)處理模塊相連，數(shù)據(jù)處理模塊可以隨時調(diào)取、存入信息。所述顯示器用于顯示各種所需的信息，如相應(yīng)無人機的飛行信息、附近空域信息、附近民航飛機飛行信息、無人機的飛行信息以及氣象信息等，為無人機駕駛員提供參考，其內(nèi)部通過總線與數(shù)據(jù)處理模塊相連。所述供電模塊內(nèi)置電池和轉(zhuǎn)換模塊，可以從外部取電也可以使用電池，對地面端內(nèi)所有的模塊進電量供給和分配。

本發(fā)明無人機監(jiān)控手機客戶端是一個手機軟件系統(tǒng)，無人機駕駛員利用手機wifi與地面端建立連接，通過客戶端對無人機駕駛員進行身份驗證，記錄飛行過程，計入飛行履歷。中心也可以通過客戶端或者撥打手機對無人機駕駛員的危險行為進行制止。無人機駕駛員也可以通過手機客戶端完成飛行任務(wù)的報備工作，便于中心的管理。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。