具有动态天线分集的无人机制造技术

本发明专利技术涉及具有动态天线分集的无人机。无人机包括M个天线，具体而言具有对称地位于用于连接到推进单元(24)的两个臂(22)端部的两个偏置天线(30)，以及位于无人机主体(20)下方的腹侧天线(32)。无线电传输在N个类似的RF信道上被同时操作，其中2≤N

Unmanned aerial vehicle with dynamic antenna diversity

The invention relates to an UAV with dynamic antenna diversity. The UAV includes M antennas, in particular the two bias antennas (30) that are symmetrical in the two arm (22) end of the connecting to the propulsion unit (24), and the ventral antenna (32) located below the UAV body (20). Radio transmission is operated on N similar RF channels, 2 of which is less than N.

【技术实现步骤摘要】
具有动态天线分集的无人机
本专利技术涉及机动设备(在下文中一般被称为“无人机”)的远程驾驶，并且更确切地涉及由这些设备用于其远程驾驶的无线电通信天线。具体而言，它们可能是具有旋翼或固定翼的飞行无人机。然而，本专利技术不限于驾驶飞行设备和与飞行设备进行数据交换，并还可适用于在远程操作者控制下在地面上移动的轮式设备，术语“无人机”必须被理解成其最一般的意义。
技术介绍
消费者飞行无人机的典型示例是来自法国巴黎Parrot(鹦鹉)公司的四螺旋桨型旋翼无人机BebopDrone，或是也来自Parrot公司的帆翼型固定翼无人机Disco。本专利技术可适用的另一类型的无人机是遥控的轮式和跳跃式玩具JumpingSumo，也是Parrot公司的(本说明书中提及的所有商品名都是注册商标)。WO2010/061099A2、EP2364757A1以及EP2613213A1(Parrot)描述了借助于具有集成加速度计的触摸屏多媒体电话或平板执行诸如来自Parrot公司的移动应用FreeFlight之类的特定的遥控应用软件程序来驾驶无人机的原理。电话或平板可能被诸如来自Parrot公司的Skycontroller之类的特定遥控设备中继，Skycontroller是与电话或平板对接的控制台，其形式为设有具有操纵杆和各种按钮的两个手柄的盒子，用于以与专用控制台相同的方式由用户进行符合人体工程学的驾驶。用户也可使用被称为“FPV眼镜”(用于“第一人称视图”)的沉浸式驾驶眼镜。遥控器设有用于与无人机进行例如WiFi(IEEE802.11)局域网类型的无线电链路的装置，以供进行双向数据交换：i)从无人机到遥控器用于传送由相机捕捉的视频图像和无人机的飞行参数，以及ii)从遥控器到无人机用于向无人机发送驾驶指令。遥控器和无人机之间的无线电通信的各个方面在EP2450862A1和EP3020460A1(Parrot)中有具体的描述。将理解，遥控器和无人机之间的无线电链路的质量是必要参数，特别要确保令人满意的范围。此外，所传送的数据量是很大的，特别是由于下行链路需要非常高的视频速率。事实上，无线电链路的质量的任何降级都将对传输质量和无线电范围产生影响，并有影响已交换数据和命令的偶发性丢失的风险。在无人机处，无线电链路使用被包含在无人机中的一个或多个天线，该一个或多个天线在接收时拾取由遥控设备传送的上行链路信号，并且在传输时辐射支持下行链路的HF发射器电路的功率，特别用于将视频流和飞行数据传输到遥控器。本专利技术确切地涉及此类天线以及与之相关联的射频(RF)传输和接收链。一个重要的限制在于适用于诸如被无人机使用的WiFi通信系统(或任何其他RF功率发射器系统)之类的RF通信系统的规章约束。例如，美国在ISM频带2.4GHz处的现行规章规定：1)发射器出口处总功率的限制为30dBm(1mW)且2)由天线辐射出的功率的限制为36dBm(4mW)EIRP(等效各向同性辐射功率)，此第二限制与增加了天线在其主传输波瓣方向上的增益的发射器本身功率相对应。WiFi规范有利地提供根据所谓的MIMO(多输入多输出)技术在不同的频带或在相同的频带中同时使用若干发射器和若干天线的可能性，与SISO(单输入单输出)类型的技术相比，MIMO是允许数据在更长的范围且以更高的速率进行传输的多路复用技术。FR2947401A1(Thales)因此描述了一种设有多个天线的无人机，该多个天线可选择性地被配置成确保在多天线MIMO模式下的数据传输。困难来自于这样的事实：在多个发射器同时递送RF信号的情况下，遵守规章辐射功率阈值迫使降低每个活跃发射器的自身RF功率，以使得完全辐射的总RF功率保持低于所强制的阈值(在上文示例中为36dBm)。因此，对于同时辐射的两个天线，必须将每个发射器的自身功率降低一半(-3dB)，每个发射器将必须输出不超过27dBm(0.5mW)。同样，对于同时辐射的三个天线，必须将每个发射器的自身功率除以三(-4.7dB)，每个发射器将必须输出不超过25.3dBm(0.35mW)。并且同样，对于同时辐射的四个天线，必须将每个发射器的自身功率除以四(-6dB)，每个发射器将必须输出不超过24dBm(0.25mW)。
技术实现思路
本专利技术的基本思想包括：为改进无人机与遥控器(并且因此与用户)之间的无线电传输质量，机载比同时活跃的发射器数量(N个发射器，数量为至少两个)更多数目的天线(M个天线)，并通过合适的开关从配备无人机的M个天线中只选出N个天线。例如，为N＝2个发射器提供M≥3个天线(通常M＝3或4个天线)并且因此从三个天线中仅选出两个天线或从四个天线中仅选出两个天线是可能的。该切换例如以规则时间间隔动态地操作，以便修改N个发射器到M个天线的特定切换方案(如有必要)，使得有效地切换的天线的配置保持最优。在上述示例中，通过从三个(或四个)天线中仅选出两个天线，每个天线获得的辐射功率高于具有以MIMO方式同时操作的三个(或四个)天线的传统系统的辐射功率是可能的。仍然在此示例中，在传统的四天线MIMO系统中，有必要将每个发射器的自身功率降低6dB以遵守规章，然而，对于本专利技术的解决方案，仍然在四个天线的情况下，所需的降低将仅为3dB，因为在四个天线中仅有两个天线将是活跃的。因此，配置信道的这种动态重新配置允许在考虑到无人机相对于遥控器的位移的情况下创建天线网络的“动态分集”，即使这些位移对无人机的定向(以及因此对其天线)、对环境条件、对距离等产生了永久干扰无线电链路的永久性修改。因此，天线网络的动态重新配置允许始终保持使数据速率最大化并使信噪比最小化的RF传输的更好条件，特别是在无人机的天线不具有各向同性辐射的情况下。更确切地，本专利技术出于此目的提出了一种无人机，该无人机例如根据上文提及的FR2947401A1以已知的方式包括无人机主体、数字控制器电路、包括适配成递送将被传送的RF信号的基带处理器电路的RF发射器级，以及与无人机主体集成的M个固定天线。本专利技术的特征在于，该RF发射器级进一步包括：RF分派器级，该RF分派器级接收将被传送的RF信号作为输入，并且递送N个类似的RF电源信号作为输出，其中2≤N<M；天线切换电路，该天线切换电路被适配成根据多种不同的耦合方案将所述N个RF电源信号中的每一个选择性地耦合到所述M个天线中的N个天线；以及用于引导所述天线切换电路的逻辑，该逻辑被适配成根据由所述控制电路递送的选择信号来动态地确定所述耦合方案中的一个。根据各种有利的附带特性：-用于引导天线切换电路的逻辑被适配成还根据由所述基带处理器电路递送的同步信号来动态地确定所述耦合方案中的一个，以便至少在将要被传送的RF信号帧的传输的持续时间内禁止将选择信号应用于天线切换电路；-当N＝2且M＝3时，天线切换电路被适配成选择性地将第一RF电源信号与第一天线和第三天线中的任一个进行耦合，并且将第二RF电源信号与第二天线和第三天线中的任一个进行耦合；-在这种情况下，第一天线和第二天线有利地是被对称地放置在无人机主体的两侧处的横侧天线，而第三天线是被放置在无人机主体下方的腹侧天线；-当N＝2且M＝4时，天线切换电路被适配成选择性地将第一RF电源信号与第一天线和第三天线中的任一个进行耦本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机(10)，包括：无人机主体(20)；数字控制器电路(100)；包括被适配成递送将被传送的RF信号的基带处理器电路(110)的RF发射器级；以及与所述无人机主体集成的M个固定天线(A1、A2、A3)，其特征在于，所述RF发射器级进一步包括：RF分派器级(120)，所述RF分派器级接收将被传送的RF信号作为输入，并且递送N个类似的RF电源信号(RF1、RF2)作为输出，其中2≤N

【技术特征摘要】
2016.12.27 FR 16707891.一种无人机(10)，包括：无人机主体(20)；数字控制器电路(100)；包括被适配成递送将被传送的RF信号的基带处理器电路(110)的RF发射器级；以及与所述无人机主体集成的M个固定天线(A1、A2、A3)，其特征在于，所述RF发射器级进一步包括：RF分派器级(120)，所述RF分派器级接收将被传送的RF信号作为输入，并且递送N个类似的RF电源信号(RF1、RF2)作为输出，其中2≤N<M；天线切换电路(130)，所述天线切换电路被适配成根据多种不同的耦合方案将所述N个RF电源信号(RF1、RF2)中的每一个选择性地耦合到所述M个天线(A1、A2、A3)中的N个天线；以及用于引导所述天线切换电路的逻辑(140)，所述逻辑被适配成根据由所述控制电路递送的选择信号来动态地确定所述耦合方案中的一个。2.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，用于引导所述天线切换电路的所述逻辑(140)被适配成还根据由基带处理器电路(110)递送的同步信号(148)来动态地确定所述耦合方案中的一个，以便至少在传输将传送的RF信号的帧的持续时间内禁止向所述天线切换电路施加所述选择信号。3.如权利要求1所述的无人机，其特征在于，N＝2个RF电源信号，且M＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·加尼耶，R·普罗多霍默，
申请(专利权)人：鹦鹉无人机股份有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR