多无人机通信控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多无人机通信控制系统及控制方法，系统包括地面站和多套无人机系统，所述地面站用于向无人机系统发送命令和接收无人机系统传回的数据信息，其中每套无人机系统包括用于实现上网功能的无线通信单元、微型计算机单元、用于控制无人机飞行姿态的飞行控制单元、用于实现全球定位导航的定位单元、驱动无人机运转的驱动单元、用于无人机正常飞行的机械结构单元、用于感知周围环境的感知单元、电量检测单元以及电源；本发明专利技术直接通过一对多的多无人机通信控制方式，极大地减少设备冗余和系统的复杂度，且增强了多无人机通信控制系统的可移植性。

【技术实现步骤摘要】
多无人机通信控制系统及控制方法
本专利技术涉及无人机通信控制领域，尤其是涉及一种多无人机通信控制系统及控制方法。
技术介绍
随着无人机系统及其相关技术的快速发展，无人机的应用日益广泛。在军事、民用和商用方面，无人机被广泛应用于航拍侦察、物资空投、农业植保和目标追踪等领域。但是随着应用环境逐渐复杂以及任务难度逐渐增大，传统的单无人机在执行任务过程中容易受到包括飞行视野限制、巡航能力差、无人机之间协同能力不足等因素的制约，已经无法很好地执行任务。相比之下，多无人机协同执行任务时具有显著优势，如多机协同追踪等。而针对多无人机的协同作业问题，现有的多无人机通信控制系统均存在不足。目前的无人机地面控制平台大都采用一对一的通信控制方式，功能单一且不具多机控制功能。而通过集成多套设备来实现多对多的通信控制方式使得设备复杂度提升、系统可移植能力差且通信存在干扰。目前这种多对多的通信控制方式还无法灵活实现对单架和对多架无人机控制的切换。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种多无人机通信控制系统及控制方法，通过一对多的多无人机通信控制方式，极大地减少设备冗余和系统的复杂度，且增强了多无人机通信控制系统的可移植性。本专利技术的一种多无人机通信控制系统，包括地面站和多套无人机系统，所述地面站包括地面监控系统和数据通信系统，用于监测无人机，向无人机发送命令和接收无人机传回的数据信息，其中每套无人机系统包括用于实现上网功能的无线通信单元、微型计算机单元、用于控制无人机飞行姿态的飞行控制单元、用于实现全球定位导航的定位单元、驱动无人机运转的驱动单元、用于无人机正常飞行的机械结构单元、用于感知周围环境的感知单元、电量检测单元以及电源；所述的无线通信单元与微型计算机单元相连，为无人机系统提供无线通信功能和上网服务；所述的定位单元与飞行控制单元直接相连，实现无人机定位导航；所述的驱动单元与飞行控制单元直接相连；所述的机械结构单元与驱动单元相连，并搭载于整套无人机系统，实现无人机运转飞行；所述的感知单元与微型计算机单元直接相连，安装在无人机周边；所述的电量检测单元连接电源和飞行控制单元，将电量数据及时传送给飞行控制单元；所述的电源直接对整套无人机系统进行供电。作为优选的技术方案，所述无线通信单元包括3G/4G无线上网卡和WIFI无线网卡，用于实现互联网服务和接入无线通信网络。作为优选的技术方案，所述飞行控制单元包括搭载气压计、加速度计和陀螺仪传感器的飞行控制板，飞行控制板能够利用获取当前飞行状态下板载传感器的数值，进行双环PID控制，维持无人机系统飞行稳定。作为优选的技术方案，所述定位单元包括M8N-GPS模块和罗盘，不仅能够用于同时实现北斗导航、GPS导航和GLONASS导航，还能获取无人机的当前航向。作为优选的技术方案，所述驱动单元包括无刷电机和电调，由飞行控制单元控制驱动单元，用于驱动机械结构单元从而实现无人机空中飞行。作为优选的技术方案，所述感知单元包含超声波模块、温度传感器、湿度传感器以及PM2.5传感器，用于获取外界环境的各项参数，实现对外部环境的实时监测；其中超声波模块能够实现对无人机飞行系统周围障碍物的判断，帮助无人机及时规避障碍。作为优选的技术方案，所述微型计算机单元等待接收地面站发送的数据包，获取下一步飞行命令后，向飞行控制单元发送飞行控制命令，控制无人机建立新的飞行任务和完成飞行姿态；同时，微型计算机单元用于获取感知单元所有传感器的值，同时实时将全部数据更新至服务器。本专利技术还提供了一种多无人机通信控制系统的控制方法，包括下述步骤：S1、为每套无人机系统设定唯一ID号，无人机在起飞前向服务器登记该无人机系统的ID号、IP地址、地理信息和最后一次更新时间，服务器将建立并维护有关ID号、IP地址、地理信息和最后一次更新时间索引的数据表；S2、所有的无人机起飞后，自动定时更新服务器端数据表中对应该无人机ID号的其他数据项信息，包括IP地址、地理信息和最后一次更新时间，该数据表包含了所有当前处于飞行状态下的无人机系统的上述详细信息；地面站也通过读取该数据表的信息实时监测无人机群的详细信息并识别当前是否有无人机系统处于通讯中断或故障状态；S3、地面站通过数据表的ID号和IP号，与对应的无人机系统建立一对一的通信方式，无人机系统与地面站进行双向通信时，所有数据包格式应包含首部部分和数据部分，其中，首部部分包含通讯目标，即对应的无人机系统的ID号等信息；数据部分包含控制信息或状态信息；S4、当地面站发起命令时，通过在首部部分添加所需要控制的目标无人机系统的ID号，在数据部分包含所对应的命令控制信息后，地面站将根据ID号的索引获取该无人机系统的IP地址，与对应的目标建立通信；在目标无人机系统获取数据包之后，该无人机系统会首先检查首部中的目标ID号是否为本机ID号，若不是本机，则视为传输错误数据包，忽略该数据包；若为本机ID号，则进一步解析数据部分命令信息，进而实现地面站对目标无人机系统的控制；S5、无人机系统处于飞行状态时需定时更新本机状态信息至地面站，用于实现地面站对无人机群的实时监测；无人机系统向地面站发送状态信息时，本机的ID号组成数据包的首部，相应的状态信息构成数据包的数据部分，根据地面站的IP地址，将数据直接传送到地面站，地面站根据数据包格式从中解析出对应的无人机系统的状态信息；S6、无人机系统在更新该数据表时还需添加通信信号强度信息，通信数据包首部部分还需包含通信数据转发方式，即是否考虑信号强度寻找合适的中继转发数据包，如果考虑中继转发，当地面站需要向目标无人机系统发送命令时，通过选取通信信号强度最强的无人机系统充当中继站，发送该数据包，该无人机系统并非目标无人机系统，故而在数据表中通过中继选择继续选取合适的无人机系统继续转发该数据包，直至收到数据包的无人机系统为目标无人机系统；无人机系统向地面站发送状态信息时，也可选经过多个无人机系统的转发，通过中继选择，无人机系统将数据包不断转发到上一级的无人机系统中转站，直至到达最上级的无人机系统，这时直接将数据包发送给地面站。作为优选的技术方案，步骤S1中，所述ID号实现对无人机系统的唯一标记，所述IP地址用于实现通信，所述地理信息用于获取当前处于飞行状态下的无人机群中每架无人机所处的地理位置，所述最后一次更新时间用于判断无人机是否未能在规定时间内实现数据表更新，即用于识别该无人机与地面站的通讯故障或中断。作为优选的技术方案，还可对无人机实行分组控制，具体方法为：每套无人机系统对应一个组号，默认组号应是该无人机群的统一识别符，允许对无人机群进行自定义分组编号，且该分组编号允许再修改；当地面站发起命令时，通过在首部部分添加所需要控制的目标无人机组的组号，并在数据部分包含所对应的命令控制信息后，地面站先通过选取通信信号最强的无人机系统充当中继站并发送该数据包，该无人机系统获取数据包之后，检查首部中的目标组号是否为本机组号，若不是本机组号，则继续转发至其他无人机系统，若为本机则进一步解析数据部分信息并执行，并继续转发该数据包直至所有组内无人机系统均收到该数据包。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：1、本专利技术直接通过一对多的多无人机通信控制方式，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多无人机通信控制系统，其特征在于，包括地面站和多套无人机系统，所述地面站包括地面监控系统和数据通信系统，用于监测无人机，向无人机发送命令和接收无人机传回的数据信息，其中每套无人机系统包括用于实现上网功能的无线通信单元、微型计算机单元、用于控制无人机飞行姿态的飞行控制单元、用于实现全球定位导航的定位单元、驱动无人机运转的驱动单元、用于无人机正常飞行的机械结构单元、用于感知周围环境的感知单元、电量检测单元以及电源；所述的无线通信单元与微型计算机单元相连，为无人机系统提供无线通信功能和上网服务；所述的定位单元与飞行控制单元直接相连，实现无人机定位导航；所述的驱动单元与飞行控制单元直接相连；所述的机械结构单元与驱动单元相连，并搭载于整套无人机系统，实现无人机运转飞行；所述的感知单元与微型计算机单元直接相连，安装在无人机周边；所述的电量检测单元连接电源和飞行控制单元，将电量数据及时传送给飞行控制单元；所述的电源直接对整套无人机系统进行供电。

【技术特征摘要】
1.一种多无人机通信控制系统，其特征在于，包括地面站和多套无人机系统，所述地面站包括地面监控系统和数据通信系统，用于监测无人机，向无人机发送命令和接收无人机传回的数据信息，其中每套无人机系统包括用于实现上网功能的无线通信单元、微型计算机单元、用于控制无人机飞行姿态的飞行控制单元、用于实现全球定位导航的定位单元、驱动无人机运转的驱动单元、用于无人机正常飞行的机械结构单元、用于感知周围环境的感知单元、电量检测单元以及电源；所述的无线通信单元与微型计算机单元相连，为无人机系统提供无线通信功能和上网服务；所述的定位单元与飞行控制单元直接相连，实现无人机定位导航；所述的驱动单元与飞行控制单元直接相连；所述的机械结构单元与驱动单元相连，并搭载于整套无人机系统，实现无人机运转飞行；所述的感知单元与微型计算机单元直接相连，安装在无人机周边；所述的电量检测单元连接电源和飞行控制单元，将电量数据及时传送给飞行控制单元；所述的电源直接对整套无人机系统进行供电。2.根据权利要求1所述的多无人机通信控制系统，其特征在于，所述无线通信单元包括3G/4G无线上网卡和WIFI无线网卡，用于实现互联网服务和接入无线通信网络。3.根据权利要求1所述的多无人机通信控制系统，其特征在于，所述飞行控制单元包括搭载气压计、加速度计和陀螺仪传感器的飞行控制板，飞行控制板能够利用获取当前飞行状态下板载传感器的数值，进行双环PID控制，维持无人机系统飞行稳定。4.根据权利要求1所述的多无人机通信控制系统，其特征在于，所述定位单元包括M8N-GPS模块和罗盘，不仅能够用于同时实现北斗导航、GPS导航和GLONASS导航，还能获取无人机的当前航向。5.根据权利要求1所述的多无人机通信控制系统，其特征在于，所述驱动单元包括无刷电机和电调，由飞行控制单元控制驱动单元，用于驱动机械结构单元从而实现无人机空中飞行。6.根据权利要求1所述的多无人机通信控制系统，其特征在于，所述感知单元包含超声波模块、温度传感器、湿度传感器以及PM2.5传感器，用于获取外界环境的各项参数，实现对外部环境的实时监测；其中超声波模块能够实现对无人机飞行系统周围障碍物的判断，帮助无人机及时规避障碍。7.根据权利要求1所述的多无人机通信控制系统，其特征在于，所述微型计算机单元等待接收地面站发送的数据包，获取下一步飞行命令后，向飞行控制单元发送飞行控制命令，控制无人机建立新的飞行任务和完成飞行姿态；同时，微型计算机单元用于获取感知单元所有传感器的值，同时实时将全部数据更新至服务器。8.根据权利要求1-7中任一项所述多无人机通信控制系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：S1、为每套无人机系统设定唯一ID号，无人机在起飞前向服务器登记该无人机系统的ID号、IP地址、地理信息和最后一次更新时间，服务器将建立并维护有关ID号、IP地址、地理信息和最后一次更新时间索引的数据表；S2、所有的无人机起飞后，自动定时更新服务器端数据表中对应该无人机ID号的其他数据项信息，包括IP地址、地理信息和最后一次更新时间，该数据表包含了所有当前处于飞行状态下的无人机系统的上述详细信...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俊彬，奚桂锴，陈铭涛，高华辉，蒋琳，陈哲，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44