一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，包括：搭建混合基站；利用混合基站构建蜂窝通信网络；为蜂窝通信网络分配一个下行频段、上行频段和宽带频段；为每个无人机分配一个窄带下行频段和窄带上行频段；从混合基站中选择出无人机的活动基站，调整活动基站天线单元方向；活动基站向无人机发送通知信息，使无人机天线单元的方向与活动基站的基站天线单元方向相匹配；无人机在窄带下行频段广播遥测帧信号；活动基站接收遥测帧信号进行解调、译码和帧格式解析得到遥测帧；活动基站将遥测帧转发至主控台；本发明专利技术通过FDMA技术，避免了无人机之间的信号干扰，其可以容纳多个无人机，解决了无人机测控系统的多址接入问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法
本专利技术属于无人机通信
，具体涉及一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法。
技术介绍
随着无人机技术的发展，无人机不再简单应用于影视拍摄、微型自拍等方面，在农业、物流、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检等领域均有应用，中远距离无人机测控问题也越发得到关注。无人机测控系统包含无人机遥测、视频下行及无人机遥控。无人机测控是跟踪定位无人机、监视无人机工作状态、获取视频数据和遥控无人机的重要手段。通过无人机遥测和视频下行，获得无人机设备状态信息、无人机搭载的传感器数据和无人机拍摄的实时视频，并通过直播视频流、事后分析设备状态及传感器数据，为无人机巡检和无人机的正常运行提供不可或缺的作用。通过无人机遥控，可以控制无人机完成指定的动作和任务。现有的无人机大都采用电台通信方式，无人机通过无线电台与控制台连接，其通信距离受限，一般不超过50公里，不能满足中远距离测控。少部分远距离飞行无人机采用卫星信道，需要无人机本身携带卫星终端，成本高昂；大部分卫星终端体积大、重量大，需占用无人机有限载荷量。少部分卫星终端虽体积较小但码速率低，不能满足图传需求。此外，现有的无人机测控系统在通信体制上大都采用点到点通信，即一个测控站同时只与一架无人机通信；少部分无人机测控系统虽然能够容纳多架无人机，但是其测控地面站数目只有一个，由于测控地面站数目少，所以可支持的无人机测控范围也相对较小。现阶段没有单位和个人对无人机采用混合基站蜂窝通信，与其相对应的基于FDMA(频分多址)进行无人机物理层通信的方式以及相应的自定义链路层协议也没有出现过。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术目的在于提供一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其利用蜂窝通信网络进行通信，解决了电台通信模式下无人机测控范围过小的问题，解决了卫星通信模式下卫星终端成本高昂的问题。本专利技术所采用的技术方案为：一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，包括以下步骤：搭建混合基站，且每个混合基站均设置基站天线单元和定位模块，每个无人机均设置无人机天线单元和定位模块；利用混合基站构建蜂窝通信网络；为蜂窝通信网络分配一个下行频段、上行频段和宽带频段；为每个无人机分配一个相互正交的窄带下行频段和窄带上行频段，且窄带下行频段处于下行频段的范围内，窄带上行频段处于上行频段的范围内；各个混合基站获取每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频，并将每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频存储在混合基站的无人机信息表中；在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向；所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配；各个无人机判断是否存在管辖自己的活动基站，若存在，则该无人机利用无人机天线单元在宽带频段发送视频流数据，该无人机对自己的遥测帧进行编码和调制，并上变频到该无人机的窄带下行频段广播遥测帧信号；活动基站接收下行频段内的遥测帧信号并进行解调，然后从各路解调通道中选择出自身管辖的无人机的解调通道，活动基站对该解调通道的解调信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；该活动基站利用基站天线单元在宽带频段接收该活动基站管辖的无人机的视频流数据；活动基站将自己管辖的无人机的遥测帧和视频流数据转发至主控台；主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧；活动基站对遥控指令帧进行编码、调制并上变频到待遥控无人机的窄带上行频段广播遥控指令帧信号；待遥控无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到遥控指令帧；待遥控无人机执行遥控指令帧的遥控指令。作为优选方式，在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向包括以下步骤：在每个时间片Δt内，各个无人机对下行路由帧进行编码、调制并上变频到该无人机的窄带下行频段进行广播下行路由帧信号，所述下行路由帧包括无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和时间戳t；各混合基站接收下行频段内的下行路由帧信号，采用并行解调法处理收到的下行路由帧信号，然后对各路解调通道的下行路由帧信号分别进行译码和帧格式解析得到下行路由帧，然后将下行路由帧中无人机的位置信息存储在混合基站的无人机位置表中；各混合基站根据无人机的位置信息计算自身与所有无人机的距离信息，并将距离信息发送至主控台，主控台根据每个混合基站发送的距离信息为各个无人机选择出距离最近的混合基站作为该无人机的活动基站，然后主控台将各活动基站的信息写入主控台的活动基站信息表中；各活动基站从无人机位置表中查询自身管辖的无人机位置信息，并结合自身的位置信息调整自身基站天线单元的方向。作为优选方式，计算无人机与混合基站之间的距离信息具体为：以地心为原点建立三维直角坐标系，再将无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和混合基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB分别转换为三维直角坐标系下的坐标，得到无人机的坐标点A(Xv,Yv,Zv)和混合基站的坐标点B(XB,YB,ZB)，然后计算出坐标点A(Xv,Yv,Zv)和坐标点B(XB,YB,ZB)之间的距离，即为无人机与混合基站之间的距离作为优选方式，所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配包括以下步骤：在每个时间片Δt内，活动基站对上行路由帧进行编码、调制并上变频到自己管辖的无人机窄带上行频段广播上行路由帧信号，所述上行路由帧包括活动基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB；无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到上行路由帧；各无人机根据上行路由帧中管辖自己的活动基站的位置信息，并结合自身的位置信息调整无人机天线单元的方向，使无人机天线单元的方向与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配。作为优选方式，所述下行路由帧、上行路由帧、遥测帧和遥控指令帧均设有校验和FCS字段，所述校验和FCS字段用于判断接收的帧是否准确无误。作为优选方式，所述基站天线单元和无人机天线单元均包括全向天线和MIMO天线。作为优选方式，各个无人机利用MIMO天线在宽带频段发送视频流数据。作为优选方式，所述主控台先在活动基站信息表中查询待遥控无人机的活动基站，然后主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧。作为优选方式，待遥控无人机执行遥控指令后，该无人机在窄带下行频段广播遥控指令回执，如果活动基站在规定时间内未成功接收到该遥控指令回执，则活动基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，包括以下步骤：/n搭建混合基站，且每个混合基站均设置基站天线单元和定位模块，每个无人机均设置无人机天线单元和定位模块；/n利用混合基站构建蜂窝通信网络；/n为蜂窝通信网络分配一个下行频段、上行频段和宽带频段；/n为每个无人机分配一个相互正交的窄带下行频段和窄带上行频段，且窄带下行频段处于下行频段的范围内，窄带上行频段处于上行频段的范围内；/n各个混合基站获取每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频，并将每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频存储在混合基站的无人机信息表中；/n在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向；/n所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配；/n各个无人机判断是否存在管辖自己的活动基站，若存在，则该无人机利用无人机天线单元在宽带频段发送视频流数据，该无人机对自己的遥测帧进行编码和调制，并上变频到该无人机的窄带下行频段广播遥测帧信号；/n活动基站接收下行频段内的遥测帧信号并进行解调，然后从各路解调通道中选择出自身管辖的无人机的解调通道，活动基站对该解调通道的解调信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；该活动基站利用基站天线单元在宽带频段接收该活动基站管辖的无人机的视频流数据；/n活动基站将自己管辖的无人机的遥测帧和视频流数据转发至主控台；/n主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧；/n活动基站对遥控指令帧进行编码、调制并上变频到待遥控无人机的窄带上行频段广播遥控指令帧信号；/n待遥控无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到遥控指令帧；/n待遥控无人机执行遥控指令帧的遥控指令。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
搭建混合基站，且每个混合基站均设置基站天线单元和定位模块，每个无人机均设置无人机天线单元和定位模块；
利用混合基站构建蜂窝通信网络；
为蜂窝通信网络分配一个下行频段、上行频段和宽带频段；
为每个无人机分配一个相互正交的窄带下行频段和窄带上行频段，且窄带下行频段处于下行频段的范围内，窄带上行频段处于上行频段的范围内；
各个混合基站获取每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频，并将每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频存储在混合基站的无人机信息表中；
在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向；
所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配；
各个无人机判断是否存在管辖自己的活动基站，若存在，则该无人机利用无人机天线单元在宽带频段发送视频流数据，该无人机对自己的遥测帧进行编码和调制，并上变频到该无人机的窄带下行频段广播遥测帧信号；
活动基站接收下行频段内的遥测帧信号并进行解调，然后从各路解调通道中选择出自身管辖的无人机的解调通道，活动基站对该解调通道的解调信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；该活动基站利用基站天线单元在宽带频段接收该活动基站管辖的无人机的视频流数据；
活动基站将自己管辖的无人机的遥测帧和视频流数据转发至主控台；
主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧；
活动基站对遥控指令帧进行编码、调制并上变频到待遥控无人机的窄带上行频段广播遥控指令帧信号；
待遥控无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到遥控指令帧；
待遥控无人机执行遥控指令帧的遥控指令。


2.根据权利要求1所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向包括以下步骤：
在每个时间片Δt内，各个无人机对下行路由帧进行编码、调制并上变频到该无人机的窄带下行频段进行广播下行路由帧信号，所述下行路由帧包括无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和时间戳t；
各混合基站接收下行频段内的下行路由帧信号，采用并行解调法处理收到的下行路由帧信号，然后对各路解调通道的下行路由帧信号分别进行译码和帧格式解析得到下行路由帧，然后将下行路由帧中无人机的位置信息存储在混合基站的无人机位置表中；
各混合基站根据无人机的位置信息计算自身与所有无人机的距离信息，并将距离信息发送至主控台，主控台根据每个混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐朝晖，刘爽，
申请(专利权)人：北京信成未来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11