一种基于北斗地理围栏差分定位模块的无人机监管云平台制造技术

本发明专利技术公开了一种基于北斗地理围栏差分定位模块的无人机监管云平台，主要由三个部分组成，第一部分北斗差分地理围栏定位模块，第二部分飞控终端，第三部分无人机飞控监管云平台，第一部分主要负责地理围栏信息的执行通信及精确位置数据的提供。第二部分主要负责强制注册、登录、飞行路径、飞行区域的规划，飞行申请提交等工作以及北斗差分地理围栏定位模块与无人机飞控监管云平台之间的数据通信。第三部分主要负责强制监管的注册、登录验证的逻辑执行，负责地理围栏数据的生成、保存及向模块下发；负责飞行路径、区域的审核、飞行计划申请审核并向模块下发，另外负责向平台的不同用户提供有针对性的不同类型的数据服务。

【技术实现步骤摘要】
一种基于北斗地理围栏差分定位模块的无人机监管云平台
本专利技术涉及一种北斗地理围栏差分定位模块及由此构架的一种无人机监管云平台，特别是针对基于北斗差分地理围栏定位模块导航控制的民用无人机能对其进行强制性监管的无人机监管云平台。
技术介绍
无人机(UnmannedAerialVehicle)就是利用无线遥控或程序控制来执行特定航空任务的飞行器，是不搭载操作人员的一种动力空中飞行器，采用空气动力为飞行器提供所需的升力，能够自动飞行或远程引导；既能一次性使用也能进行回收；能够携带致命性和非致命性有效负载。无人机被称为“空中机器人”，从1917年第一架无人机诞生到现在近100年时间，无人机技术持续进步，尤其是微电子、导航、控制、通信等技术，极大地推动了无人机系统的发展，促进了无人机系统在军事和民用领域的应用。中国民用无人机发展非常迅猛，未来几年将保持50％以上的增长，2014年中国民用无人机销售规模已经达到40亿元。预计受低空空域逐步开放的利好，到2020年中国无人机年销量将达到29万架。随着无人机产业的发展，带来的是无人机无序飞行的乱象，违规飞行事件呈逐年上升趋势。如2016年无人机逼停成都机场55个航班事件，而事实上，无人机“黑飞”并非只有中国政府感到头疼。近年来在世界范围内发生多起无人机肇事事件。如：2015年德国汉莎航空一架航班在华沙上空相遇无人机；2015年，无人机私闯白宫；2015年，无人机在日本首相官邸坠落；2015年新西兰无人机逼近消防救火直升机。无人机“黑飞”事件逐年上升监管已成全球难题。从全球角度来说，无人机肇事事件频发也是颇令各国政府担忧。在无人机市场呈现井喷式发展的同时，也存在着飞行区域不明确、侵犯隐私、存安全隐患等问题，如何对无人机进行监管已成全球难题。美国作为航空业发达的国家之一，在无人机的监管方面处于相对领先的地位。FAA(美国联邦航空管理局)作为监管责任主体制定了严格的无人机管理办法，针对不同类型的无人机制定了不同的管理政策。FAA细化的管理即规范了无人机使用，同时又没有抑制这个行业的发展。FAA2015年12月21日推行无人机注册制度，另一方面鉴于无人机在美国机场出现得如此频繁，FAA可能批准一种叫“反无人机防卫系统”(AUDS)尽快投入使用。由此可见无人机的管理是一个需要主动管理和被动管理结合的行业。通过法律要求无人机进行管理注册，对没有注册的无人机进行民事罚款或刑事处罚。同时FAA推出了全新应用程序B4UFLY，B4UFLY通过使用位置数据为无人机和其他模型飞机用户提供实时的飞行信息服务和注意事项。面对严峻的无人机“黑飞”事件，中国颁布了《民用航空法》、《通用航空飞行管制条例》、《关于民用无人机管理有关问题的暂行规定》等多部法规。为了进一步解决无人机分类管理、空域管理、适航管理、驾驶员资质管理等问题。2013年11月，中国民航局下发《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》，对无人机及其系统的驾驶员实施了指导性管理。2015年12月29日中国民用航空局飞行标准司下发《轻小无人机运行规定试行》、咨询通告。2016年7月11日发布《民用无人机驾驶员管理规定》。对原发布的《民用无人驾驶航空器系统驾驶员管理暂行规定》进行了修订。事实上培训和取得驾照在现有监管技术条件和政策下也不能彻底解决黑飞问题，关键在于没有一套可强制执行的技术监管手段，因此执行难度很大。而另一方面目前的监管重点放在对行业机构的无人机监管上，主要针对15—150公斤(起飞全重)，飞行高度150米以下作业的无人机。要求飞行时进行申报，对于大量的15公斤以下的无人机没有要求。目前对于飞行高度低、速度慢、体积小的无人机，国内现行的航空管制保障技术手段无法对其进行实时跟踪监视，雷达“看不到”，无线电“联不上”的问题突出。这种现状不仅严重影响了国土防空和飞行安全，还严重制约着低空空域的开放和通用航空的发展。为了解决无人机监管面临的问题，中国专利申请号：201510107809.9、中国专利申请号：201510222453.3、中国专利申请号：201510242490.0、中国专利申请号：201510448354.7、中国专利申请号：201510512563.3、中国专利申请号：201610075393.1都分别给出了无人机监管的解决方案，这些方案的特点是都要对无人机进行深度改造，以便适应监管，如：在无人机上增加身份识别模块的方案、在无人机上加装跟踪模块的方案、由管理平台控制无人机屏蔽遥控器的方案、无人机自动申请空域的方案等、其解决方案缺乏系统性和操作性，其方案执行的社会成本较高，而且技术路线比较模糊，首先无人机产业发展到今天，其模块化程度已经相当高，不可能因为一个监管方案而改变现有无人机生产企业的无人机结构或增加其它模块，因为无人机对重量的要求是很高的，能改变的就是替代的芯片或模块。因此现有公开的解决方案是无法解决对无人机进行强制性监管的需求。2016年4月18日，民航局批准的无人机云系统U-Cloud(掌上优云)开始上线。这个无人机云系统是由中国航空器拥有者及驾驶者协会(AOPA)推动建立的，目的是解决无人机申报程序复杂、监管不便的问题。U-Cloud的解决方案是在无人机上加装一个U-Box，是一个规格为50*35*16mm的、重约35克的盒状物体。它采用独立电池供电，无需外部电源，并可对其进行充电。同时它还支持接入机载电源。只需要用魔术贴将U-box固定在无人机顶部，然后将无人机首先在优云系统进行航空器及运营人注册，注册时选择按U-Box设备号注册，同时将U-Box正面的设备IMEI号作为设备号录入优云系统。注册成功后即可以正式接入优云系统。U-Box需GSM网络的支持，它的最大飞行高度取决于飞行区域移动网络的覆盖范围及稳定性。U-Cloud类似于SIM卡追踪管理平台，无人机上都安装了U-Box，根据U-Box提供的位置数据就可以对升空的无人机进行监控和执法了。2016年4月20日中国民用航空局飞行标准司批准U-Care无人机云试运行，其目的和U-Cloud一样，且技术路线基本一样，也是在无人机上安装了一个U-Agent的盒子。用于采集传输无人机飞行数据，目前品牌接入方面只兼容大疆、亿航无人机。从两者云技术的目的来讲都是为了加强对无人机的监管，其技术方案都是在无人机上外挂位置采集设备，以实现对无人机的监管。也就是说该类解决方案不具备技术强制性，现有解决方案中不加外挂位置采集设备、不注册无人机还是可以飞行。对于监管者来讲无法做到全面有效的强制性监管覆盖。另一方面两者都使用GPRS网络作为唯一的通信链路，而在高空的无人机飞行区域位置会存在无GPRS网络信号的情况，主要原因是发射塔多采用定向天线，呈一定角度向下发射，因此就会出现GPRS信号不稳定的情况，GPRS信号的不稳定直接会影响上述方案对无人机监管的效果。另外两者都是外挂位置采集设备，无法和无人机的飞控系统进行数据链接，而是否装有飞控系统是无人机区别于普通航空模型的重要标志，飞控系统是无人机的核心控制装置，主要负责传感器数据采集，GPS信息获取，接收机信号获取，舵机控制，与地面站通讯，飞行控制率计算，导航控制，任务控制等工作。其中GPS为飞控系统提供的位本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于北斗地理围栏差分定位模块的无人机监管云平台，其特征在于：主要由三个部分组成，第一部分北斗差分地理围栏定位模块(505)，第二部分飞控终端(4)，第三部分无人机飞控监管云平台(5)，北斗差分地理围栏定位模块(505)是一个多功能定位模块，模块(505)组成由处理器(201)，北斗芯片(202)，飞行数据记录芯片(203)，GPRS模块(204)，电子围栏存贮器(205)，地磁模块(206)，电源模块(207)，接口模块(208)，蓝牙、WI‑FI模块(209)组成，其连接关系为，北斗芯片(202)，飞行数据记录芯片(203)，GPRS模块(204)，电子围栏存贮器(205)，地磁模块(206)，电源模块(207)，接口模块(208)，蓝牙、WI‑FI模块(209)都与处理器(201)连接；飞控终端(4)负责与北斗差分地理围栏定位模块(505)、无人机飞控监管云平台(5)进行通信；无人机飞控监管云平台(5)由无人机用户注册数据库(301)、飞控气象数据库(302)、GIS‑二次雷达数据转换服务(303)、生产企业代码注册数据库(304)、北斗CORS差分数据服务(305)、行业应用飞控服务(306)、地形数据库(307)、地图数据库(308)、三维城市数据库(309)、地理围栏数据库(310)、飞行活动上报监管服务(311)、飞控终端下载服务(312)、无人机检测认证服务(313)、室内地图数据库(314)、无人机飞行数据记录数据库(315)、LBS位置服务(316)、平台管理维护服务(317)、航图数据库(318)构成；无人机(2)上设有北斗差分地理围栏定位模块(505)，同时使用北斗差分地理围栏定位模块(505)的生产企业按照模块的代码给出对应的无人机(2)序列号，并提交到无人机飞控监管云平台(5)上，对同一机型使用同一类序列号，无人机飞控监管云平台(5)上填写机型的载荷、名称、类型、用途、性能参数等信息，这些数据将被保存在生产企业产品序列号注册数据库(304)中；无人机用户或驾驶员的智能手机(16)从北斗飞控云平台(5)上通过飞控终端下载服务(312)下载相应版本的飞控终端(4)软件并安装；智能手机与无人机遥控器(3)通过USB数据线(14)连接；安装好飞控终端(4)软件后，智能手机(16)通过软件设置与北斗差分地理围栏定位模块(505)的通信方式，可选蓝牙、WI‑FI、遥控器USB接口，通信链路的建立主要是用于上传规划好的飞行路径、飞行区域数据，其中包含动态的所在区域的地理围栏数据，通信链路的另一个作用就是用来激活北斗差分地理围栏定位模块(505)；其中蓝牙、WI‑FI通信链路在激活工作完成后会自动关闭，其通信链路由遥控器USB接口或GPRS链路接管；无人机在使用前需要被强制注册、强制登录，同时需要提交飞行路径规划或飞行区域规划，通过无人机飞控监管云平台(5)的审核，所规划区域符合规划要求并上传给北斗差分地理围栏定位模块(505)后才能允许激活北斗差分地理围栏定位模块(505)；激活后的模块才能输出位置数据给无人机飞控系统，而无人机飞控系统收到位置数据后才能正常响应启动；飞行路径或飞行区域的强制审核的依据是基于无人机飞控监管云平台(5)上的地理围栏数据库(310)，地理围栏由各级监管单位制定，地理围栏有永久性的围栏，也有临时性的围栏，地理围栏数据保持持续动态的更新；制定的围栏数据被保存在地理围栏数据库(310)中；这些数据可直接推送到登录的驾驶员智能手机(16)中的飞控终端(4)中，同时推送给北斗差分地理围栏定位模块(505)；规划阶段的地理围栏数据随地图、地形数据推送给飞控终端用于驾驶员规划飞行路径或飞行区域时参照避让；如果规划没有避让这些地理围栏则驾驶员提交的规划不被批准，要求重新规划；无人机(2)起飞后推送给北斗差分地理围栏定位模块(505)中的数据包含规划数据及地理围栏数据，用于无人机(2)在飞行过程中强制无人机在接近地理围栏时做出避让，通过返航或悬停的方法主动避让禁飞区域或限高区域，从而实现对无人机的强制监管和为无人机提供安全飞行的保障服务。...

【技术特征摘要】
1.一种基于北斗地理围栏差分定位模块的无人机监管云平台，其特征在于：主要由三个部分组成，第一部分北斗差分地理围栏定位模块(505)，第二部分飞控终端(4)，第三部分无人机飞控监管云平台(5)，北斗差分地理围栏定位模块(505)是一个多功能定位模块，模块(505)组成由处理器(201)，北斗芯片(202)，飞行数据记录芯片(203)，GPRS模块(204)，电子围栏存贮器(205)，地磁模块(206)，电源模块(207)，接口模块(208)，蓝牙、WI-FI模块(209)组成，其连接关系为，北斗芯片(202)，飞行数据记录芯片(203)，GPRS模块(204)，电子围栏存贮器(205)，地磁模块(206)，电源模块(207)，接口模块(208)，蓝牙、WI-FI模块(209)都与处理器(201)连接；飞控终端(4)负责与北斗差分地理围栏定位模块(505)、无人机飞控监管云平台(5)进行通信；无人机飞控监管云平台(5)由无人机用户注册数据库(301)、飞控气象数据库(302)、GIS-二次雷达数据转换服务(303)、生产企业代码注册数据库(304)、北斗CORS差分数据服务(305)、行业应用飞控服务(306)、地形数据库(307)、地图数据库(308)、三维城市数据库(309)、地理围栏数据库(310)、飞行活动上报监管服务(311)、飞控终端下载服务(312)、无人机检测认证服务(313)、室内地图数据库(314)、无人机飞行数据记录数据库(315)、LBS位置服务(316)、平台管理维护服务(317)、航图数据库(318)构成；无人机(2)上设有北斗差分地理围栏定位模块(505)，同时使用北斗差分地理围栏定位模块(505)的生产企业按照模块的代码给出对应的无人机(2)序列号，并提交到无人机飞控监管云平台(5)上，对同一机型使用同一类序列号，无人机飞控监管云平台(5)上填写机型的载荷、名称、类型、用途、性能参数等信息，这些数据将被保存在生产企业产品序列号注册数据库(304)中；无人机用户或驾驶员的智能手机(16)从北斗飞控云平台(5)上通过飞控终端下载服务(312)下载相应版本的飞控终端(4)软件并安装；智能手机与无人机遥控器(3)通过USB数据线(14)连接；安装好飞控终端(4)软件后，智能手机(16)通过软件设置与北斗差分地理围栏定位模块(505)的通信方式，可选蓝牙、WI-FI、遥控器USB接口，通信链路的建立主要是用于上传规划好的飞行路径、飞行区域数据，其中包含动态的所在区域的地理围栏数据，通信链路的另一个作用就是用来激活北斗差分地理围栏定位模块(505)；其中蓝牙、WI-FI通信链路在激活工作完成后会自动关闭，其通信链路由遥控器USB接口或GPRS链路接管；无人机在使用前需要被强制注册、强制登录，同时需要提交飞行路径规划或飞行区域规划，通过无人机飞控监管云平台(5)的审核，所规划区域符合规划要求并上传给北斗差分地理围栏定位模块(505)后才能允许激活北斗差分地理围栏定位模块(505)；激活后的模块才能输出位置数据给无人机飞控系统，而无人机飞控系统收到位置数据后才能正常响应启动；飞行路径或飞行区域的强制审核的依据是基于无人机飞控监管云平台(5)上的地理围栏数据库(310)，地理围栏由各级监管单位制定，地理围栏有永久性的围栏，也有临时性的围栏，地理围栏数据保持持续动态的更新；制定的围栏数据被保存在地理围栏数据库(310)中；这些数据可直接推送到登录的驾驶员智能手机(16)中的飞控终端(4)中，同时推送给北斗差分地理围栏定位模块(505)；规划阶段的地理围栏数据随地图、地形数据推送给飞控终端用于驾驶员规划飞行路径或飞行区域时参照避让；如果规划没有避让这些地理围栏则驾驶员提交的规划不被批准，要求重新规划；无人机(2)起飞后推送给北斗差分地理围栏定位模块(505)中的数据包含规划数据及地理围栏数据，用于无人机(2)在飞行过程中强制无人机在接近地理围栏时做出避让，通过返航或悬停的方法主动避让禁飞区域或限高区域，从而实现对无人机的强制监管和为无人机提供安全飞行的保障服务。2.如权利要求1所述的一种基于北斗地理围栏差分定位模块的无人机监管云平台，其特征在于：飞行数据记录芯片(203)用以记录无人机的飞行数据，其记录数据通过通信链路上传到云平台的无人机飞行数据记录服务器(315)中，其数据包括航迹、高度、速度、位置、航向及其它传感器获取的飞机参数等，这些数据可以供生产厂家、保险公司、监管者和用户进行查询，分析无人机飞行过程中的故障及事故原因。3.如权利要求1所述的一种基于北斗地理围栏差分定位模块的无人机监管云平台，其特征在于：电子围栏存贮器(205)用以存放地理围栏控制信息、位置信息及算法，该部分是北斗差分地理围栏定位模块的核心功能，其算法支持北斗差分位置、LBS位置、Bluetooth(蓝牙)位置、Wi-Fi位置，对无人机的位置指令修订由模块依据算法及处理器给出。4.如权利要求1所述的一种基于北斗地理围栏差分定位模块的无人机监管云平台，其特征在于：北斗差分地理围栏定位模块(505)的差分定位是通过模块自带的GPRS或遥控器(2.4G)数据链来接收来自无人机飞控监管云平台(5)的北斗CORS差分数据服务提供的差分数据，结合...

【专利技术属性】
技术研发人员：王学锋，
申请(专利权)人：西安戴森电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61