一种通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法，该系统包括北斗无人机编队、北斗卫星导航系统和地面控制中心。所述北斗无人机编队由载有捷联惯导北斗组合导航系统的旋翼无人机组网，支持一键返航和航迹优化；无人机采用太阳能和蓄电池供电；通过高速相机对观测区域进行视频和数据采集；在无北斗低空飞行时，通过视觉定位系统感知地面纹理和相对高度，实现平稳飞行；通过无线WIFI共享信息；所述地面控制中心接收无人机编队采集的视频信息，控制旋翼无人机飞行。通过上述方式解决无人机图像传输速度慢，在无北斗和无线通信网络下不能平稳飞行，续航能力差，单个无人机侦查范围等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人机遥测
，特别是一种通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法。
技术介绍
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，广泛地应用在警用、城市管理、农业、地质、气象、电力、抢险救灾、视频拍摄等民用行业，也可以应用在战场上实现扫雷、战事观察、侦查地形等军事领域。无人机虽然用途广泛，但是以下几方面的不足制约着无人机的应用。第一、无人机往往搭载着高速摄像机进行信息采集，采集的视频图像的数据量一般都很大，现有的无人机设备视频图像传输的速度慢，不能及时反映采集现场的实况；第二、无人机续航能力是无人机观测能力和战斗能力的反映，现有无人机续航能力较差，影响了无人机的观测效率和侦查能力；第三、无人机一般是通过卫星导航系统或通信网络进行导航定位，在一些偏远地区，没有卫星信号或通信网络，无人机不能平稳飞行；第四、单个无人机侦查范围和解析计算能力的有限。有鉴于上述不足，本设计人积极加以创新研究，以期创设一种通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集装置和数据交互方法。
技术实现思路
为解决上述的技术问题，本专利技术的目的是提供一种有效解决无人机中所存在的图像传输速度慢、在无北斗和无线通信网络下不能平稳飞行、续航能力差以及单个无人机侦查范围和解析计算能力的有限等问题。本专利技术所述的一种通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法，包括北斗无人机编队、北斗卫星导航系统和地面控制中心三大部分。所述北斗无人机编队由多台旋翼无人机组网，所述旋翼无人机包括飞行控制系统、捷联惯导北斗组合导航系统、数据采集终端、无线WIFI系统、视觉定位系统、电源系统和高速数据传输系统；所述的高速数据传输系统包括视频采集系统和卫星宽带通信系统。其中：所述捷联惯导北斗组合导航系统可以通过北斗导航系统信息定时地对捷联惯导进行偏差纠正，在无法接受北斗卫星信号时，捷联惯导能够保证导航信息在一定时间内的精准。飞行控制系统根据捷联惯导北斗组合导航系统提供的位置和速度等导航信息，运用最优控制理论控制无人机平稳飞行。更进一步地，所述无线WIFI系统可以实现多台旋翼无人机之间的信息共享，当多台旋翼无人机同时升空时，将一台旋翼无人机设置为热点模式，将其它旋翼无人机设置为客户端模式，实现多台无人机之间的高速无线通信和组网。在派出个别无人机进行远距离侦查的情况下，能够通过最大间距实现侦查图像的逐跳回传。更进一步地，所述数据采集终端采集被观测区域或无人机自身的状态信息，在飞行控制系统的控制下通过捷联惯导北斗组合导航系统或卫星宽带通信系统实时地传输给地面控制中心或者通过无线WIFI系统传输给其它无人机实现信息共享。更进一步地，所述电源系统包括太阳能电池阵列、太阳能控制器、蓄电池和电量检测传感器。太阳能控制器控制整个系统的工作状态，对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。当电量检测传感器检测到蓄电池电量不足时，太阳能控制器控制太阳能电池阵列对蓄电池进行充电，提高了无人机的续航能力。当天气条件不好时，电量检测传感器实时将电量信息传递给飞行控制系统，飞行控制系统根据电量信息自动完成航迹最优规划，保证无人机能正常返航。更进一步地，所述视觉定位系统保证无人机在无北斗低速飞行时，其内置的视觉和激光传感器通过感知地面纹理和相对高度，实现无人机精确定位悬停和平稳飞行。更进一步地，所述的高速数据传输系统包括视频采集系统和卫星宽带通信系统，视频采集系统由高速相机拍摄所感兴趣的观测区域视频图像，然后经过图像预处理系统对采集的视频图像进行降噪处理，然后传输给图像无损压缩系统对视频图像进行高度压缩后减小图像的数据量，最后发送给卫星宽带通信系统。所述卫星宽带通信系统包括中频发射机和射频发射机，将压缩后的视频图像信息通过卫星高速地传输给地面控制中心。视频图像信息的传输支持明文和暗文两种方式。另一方面，旋翼无人机支持视频图像信号在编队之间的信息共享，从而实现多个图像的拼装、共同计算解析、地面回传和数据库查找与辅助计算，解决了单个无人机侦查范围和解析计算能力的限制。更进一步地，所述地面控制中心包括发射机、视频接收机、北斗接收机、地面控制计算机和显示中心。所述地面控制计算机将视频接收机接收到的旋翼无人机的视频图像解压处理后实时地在显示中心显示，地面控制计算机通过北斗接收机接收旋翼无人机发送的导航和时间信息，并结合电子地图系统实时在显示中心显示，地面控制计算机还可以通过发射机远程地设置旋翼无人机的工作参数，如巡航轨迹等。地面控制中心的管理控制员还能够临时接管其中任何一架无人机实行远程实时控制飞行，并通过无线传感网络对所有编队无人机进行飞行空间、间隔距离、飞行速度和采集模式的自动算法控制和人工干预。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是本专利技术的结构示意图。图2是本专利技术的单个无人机系统的结构示意图。图3是本专利技术的地面控制中心的结构示意图。图4是本专利技术的高速数据传输系统的结构示意图。图5是本专利技术的无人机电源系统结构示意图。图6是本专利技术的无人机各分系统通信方式结构示意图。图中：1为北斗无人机编队，2为北斗卫星导航系统，3为地面控制中心。11为飞行控制系统，12为捷联惯导北斗组合导航系统，13为数据采集终端，14为无线WIFI系统，15为视觉定位系统，16为卫星宽带通信系统，17为视频采集系统，18为电源系统。31为地面控制计算机，32为发射机，33为视频接收机，34为显示中心，35为北斗接收机。16-1为中频发射机，16-2为射频发射机，17-1为高速相机，17-2图像预处理系统，17-3为图像无损压缩系统，17-4为数据加密单元。18-1为太阳能电池阵列，18-2为太阳能控制器，18-3为蓄电池，18-4为电量检测传感器。具体实施方式如图1所示，本专利技术的一种通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法，包括北斗无人机编队1、北斗卫星导航系统2和地面控制中心3三大部分。所述北斗无人机编队1由多台旋翼无人机组网，所述旋翼无人机包括飞行控制系统11、捷联惯导北斗组合导航系统12、数据采集终端13、无线WIFI系统14、视觉定位系统15、电源系统18和高速数据传输系统；所述的高速数据传输系统包括视频采集系统16和卫星宽带通信系统17。其中：所述捷联惯导北斗组合导航系统12可以通过北斗导航系统信息定时地对捷联惯导进行偏差纠正，在无法接受北斗卫星信号时，捷联惯导能够保证导航信息在一定时间内的精准。飞行控制系统11根据捷联惯导北斗组合导航系统12提供的位置和速度等导航信息，运用最优控制理论控制无人机平稳飞行。捷联惯导北斗组合导航系统12也可以保证在没有移动通信网络情况下无人机和地面控制中心3之间进行通信。更进一步地，所述无线WIFI系统14可以实现多台旋翼无人机之间的信息共享，当多台旋翼无人机同时升空时，将一台旋翼无人机设置为热点模式，将其它旋翼无人机设置为客户端模式，实现多台无人机之间的高速无线通信和组网。在派出个别无人机进行远距离侦查的情况下，能够通过最大间距实现侦查图像的逐跳回传。更进一步地，所述数据采集终端13采集被观测区域或无人机自身的状态信息，在飞行控制系统11的控制下通过捷联惯导北斗组合导航系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法，该系统包括北斗无人机编队、北斗卫星导航系统和地面控制中心三大部分;所述北斗无人机编队由多台旋翼无人机组网，所述旋翼无人机包括飞行控制系统、捷联惯导北斗组合导航系统、数据采集终端、无线WIFI系统、视觉定位系统、电源系统和高速数据传输系统；所述的高速数据传输系统包括视频采集系统和卫星宽带通信系统;其中：所述捷联惯导北斗组合导航系统可以通过北斗导航系统信息定时地对捷联惯导进行偏差纠正，在无法接受北斗卫星信号时，捷联惯导能够保证导航信息在一定时间内的精准；飞行控制系统根据捷联惯导北斗组合导航系统提供的位置和速度等导航信息，运用最优控制理论控制无人机平稳飞行。

【技术特征摘要】
1.一种通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法，该系统包括北斗无人机编队、北斗卫星导航系统和地面控制中心三大部分;所述北斗无人机编队由多台旋翼无人机组网，所述旋翼无人机包括飞行控制系统、捷联惯导北斗组合导航系统、数据采集终端、无线WIFI系统、视觉定位系统、电源系统和高速数据传输系统；所述的高速数据传输系统包括视频采集系统和卫星宽带通信系统;其中：所述捷联惯导北斗组合导航系统可以通过北斗导航系统信息定时地对捷联惯导进行偏差纠正，在无法接受北斗卫星信号时，捷联惯导能够保证导航信息在一定时间内的精准；飞行控制系统根据捷联惯导北斗组合导航系统提供的位置和速度等导航信息，运用最优控制理论控制无人机平稳飞行。2.按照权利要求1所述的通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法，其特征在于：所述无线WIFI系统可以实现多台旋翼无人机之间的信息共享，当多台旋翼无人机同时升空时，将一台旋翼无人机设置为热点模式，将其它旋翼无人机设置为客户端模式，实现多台无人机之间的高速无线通信和组网；在派出个别无人机进行远距离侦查的情况下，能够通过最大间距实现侦查图像的逐跳回传。3.按照权利要求1所述的通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法，其特征在于：所述数据采集终端采集被观测区域或无人机自身的状态信息，在飞行控制系统的控制下通过捷联惯导北斗组合导航系统或卫星宽带通信系统实时地传输给地面控制中心或者通过无线WIFI系统传输给其它无人机实现信息共享。4.按照权利要求1所述的通过北斗旋翼无人机实现偏远地区设备信息采集的装置和数据交互方法，其特征在于：所述电源系统包括太阳能电池阵列、太阳能控制器、蓄电池和电量检测传感器;太阳能控制器控制整个系统的工作状态，对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用；当电量检测传感器检测到蓄电池电量不足时，太阳能控制器控制太阳能电池阵列对蓄电池进行充电，提高了无人机的续航能力；当天...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涵福，
申请(专利权)人：内蒙古信源信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15