一种基于MF-CDMA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MF‑CDMA的无人机测控蜂窝通信方法，包括：搭建混合基站；构建蜂窝通信网络；为每个无人机分配一个正交的扩频码；混合基站获取无人机的扩频码；无人机使用各自的扩频码发送下行路由帧，从混合基站中选择出无人机的活动基站；活动基站使用无人机的扩频码向无人机发送通知信息，使无人机天线单元方向与基站天线单元方向匹配；无人机使用扩频码对遥测帧进行编码、扩频和调制，并广播遥测帧信号；活动基站接收遥测帧信号，进行解调解扩，再进行译码和帧格式解析得到遥测帧，再发送至主控台。本发明专利技术通过CDMA技术，利用正交的扩频码区分不同无人机，避免了无人机信号的干扰，解决了无人机测控系统的多址接入问题。

A cellular communication method of UAV measurement and control based on MF-CDMA

【技术实现步骤摘要】
一种基于MF-CDMA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MF-CDMA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采用频分多址技术，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、无人机通信可用的频段带宽有限，所以可容纳的无人机数量很小。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MF-CDMA(多频码分多址)技术进行无人机物理层通信的方式也没有出现过。
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MF-CDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其通过CDMA技术，利用正交的扩频码来区分不同无人机，避免了每个无人机信号之间的干扰，解决了无人机测控系统的多址接入问题。本专利技术所采用的技术方案为：一种基于MF-CDMA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，每个无人机均设置无人机天线单元；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遥测频段、遥控频段和视频下行频段；为每个无人机分配一个扩频码，且各个扩频码相互正交；各个混合基站获取每个无人机的扩频码，并将每个无人机的扩频码存储在各个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；各个无人机利用无人机天线单元发送视频流数据，各个无人机使用各自的扩频码对无人机的遥测帧进行编码、扩频和调制，并在遥测频段广播遥测帧信号；所述活动基站接收遥测频段内的遥测帧信号，并利用基站天线单元接收视频流数据；所述活动基站向主控台转发视频流数据；所述活动基站接收遥测帧信号后进行解调解扩，并从各路解调解扩通道中选择出自身管辖的无人机的解调解扩通道，所述活动基站对自身管辖的无人机的解调解扩通道的遥测帧信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；所述活动基站将遥测帧发送至主控台；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；活动基站使用待遥控无人机的扩频码对无人机的遥控指令帧进行编码、扩频和调制，并在遥控频段广播遥控指令帧信号；待遥控无人机接收遥控频段的遥控指令帧信号，对遥控指令帧信号进行解调并使用自身的扩频码进行解扩，再通过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，各无人机使用自身的扩频码对下行路由帧进行编码、扩频和调制，并在遥测频段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；各混合基站接收遥测频段内的下行路由帧信号；各混合基站采用并行解调解扩法处理收到的下行路由帧信号，且各混合基站采用无人机信息表中扩频码对各路解调解扩通道的下行路由帧信号分别进行解扩；各混合基站对各路解调解扩后的下行路由帧信号进行译码和帧格式解析得到无人机的位置信息，然后将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无人机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：活动基站使用各自管辖的无人机的扩频码对上行路由帧进行编码、扩频和调制，并在遥控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；各无人机接收遥控频段的上行路由帧信号，对上行路由帧信号进行解调并使用自身的扩频码进行解扩，再通过译码和帧格式解析后得到该无人机被管辖的活动基站的位置信息；各无人机根据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天线在视频下行频段发送视频流数据。作为优选方式，所有混合基站的遥测频段相同、遥控频段相同、视频下行频段也相同，且遥测频段、遥控频段和视频下行频段三者互不相同。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。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术通过混合基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MF-CDMA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，每个无人机均设置无人机天线单元；/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遥测频段、遥控频段和视频下行频段；/n为每个无人机分配一个扩频码，且各个扩频码相互正交；/n各个混合基站获取每个无人机的扩频码，并将每个无人机的扩频码存储在各个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各个无人机利用无人机天线单元发送视频流数据，各个无人机使用各自的扩频码对无人机的遥测帧进行编码、扩频和调制，并在遥测频段广播遥测帧信号；/n所述活动基站接收遥测频段内的遥测帧信号，并利用基站天线单元接收视频流数据；/n所述活动基站向主控台转发视频流数据；所述活动基站接收遥测帧信号后进行解调解扩，并从各路解调解扩通道中选择出自身管辖的无人机的解调解扩通道，所述活动基站对自身管辖的无人机的解调解扩通道的遥测帧信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；/n所述活动基站将遥测帧发送至主控台；/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活动基站使用待遥控无人机的扩频码对无人机的遥控指令帧进行编码、扩频和调制，并在遥控频段广播遥控指令帧信号；/n待遥控无人机接收遥控频段的遥控指令帧信号，对遥控指令帧信号进行解调并使用自身的扩频码进行解扩，再通过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MF-CDMA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，每个无人机均设置无人机天线单元；
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遥测频段、遥控频段和视频下行频段；
为每个无人机分配一个扩频码，且各个扩频码相互正交；
各个混合基站获取每个无人机的扩频码，并将每个无人机的扩频码存储在各个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；
各个无人机利用无人机天线单元发送视频流数据，各个无人机使用各自的扩频码对无人机的遥测帧进行编码、扩频和调制，并在遥测频段广播遥测帧信号；
所述活动基站接收遥测频段内的遥测帧信号，并利用基站天线单元接收视频流数据；
所述活动基站向主控台转发视频流数据；所述活动基站接收遥测帧信号后进行解调解扩，并从各路解调解扩通道中选择出自身管辖的无人机的解调解扩通道，所述活动基站对自身管辖的无人机的解调解扩通道的遥测帧信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；
所述活动基站将遥测帧发送至主控台；
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；
活动基站使用待遥控无人机的扩频码对无人机的遥控指令帧进行编码、扩频和调制，并在遥控频段广播遥控指令帧信号；
待遥控无人机接收遥控频段的遥控指令帧信号，对遥控指令帧信号进行解调并使用自身的扩频码进行解扩，再通过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MF-CDMA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，各无人机使用自身的扩频码对下行路由帧进行编码、扩频和调制，并在遥测频段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；
各混合基站接收遥测频段内的下行路由帧信号；
各混合基站采用并行解调解扩法处理收到的下行路由帧信号，且各混合基站采用无人机信息表中扩频码对各路解调解扩通道的下行路由帧信号分别进行解扩；
各混合基站对各路解调解扩后的下行路由帧信号进行译码和帧格式解析得到无人机的位置信息，然后将无人机的位置信息存储在混合基站的无人机位置表中；

【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