一种基于SDR-MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台制造技术

本发明专利技术公开了一种基于SDR‑MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台，在Ubuntu操作系统SDR架构下，基于srsLTE开源软件系统和BladeRF无线电开发板建立4G无线应急通信平台，包括设置于无人机上的SDR‑MIMO无线4G通信模块和设置于陆地侧的GNSS基准站，SDR‑MIMO无线4G通信模块包括树莓派开发板及分别与树莓派开发板连接的软件无线电开发板BladeRF、GNSS移动站接收机和电源模块；BladeRF通过SPDT与功率放大器连接，功率放大器与连接发射天线；BladeRF通过无线电信号接收口连接接收天线；GNSS移动站接收机和GNSS基准站均包括数传模块和RTK板卡。本发明专利技术在不依靠共用通信网情况下可实时获取无人机MIMO无线信道应急保障平台通信覆盖范围，可对无线电的空‑地、地‑空、空‑空状态的无线信道传播进行测试。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SDR-MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台
本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种基于SDR-MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台。
技术介绍
随着城市化进程加快，城区的地形及建筑环境变得越发的复杂，对相关无线电信号的有效覆盖带来了较大的挑战。MIMO(多输入多输出系统)是移动通信中常用的技术手段，可对信道衰落进行抑制，同时增加系统的吞吐量和发送距离，有效提高通信质量。但当遭遇突发自然灾害及极端恶略气候情况使地面共用通信网设施遭受重创基本处于瘫痪状态时，必须建立临时通信网络进行抢险救灾应急通信，解决话音、数据、视频信号传输问题，以满足应急前线指挥部署、工作调度相关需求。现阶段应对突发灾害的通信保障手段主要以应急通信车为主。但应急通信车容易受到交通阻塞、极端地形环境等因素限制，导致在大型自然灾害及极端恶劣天气条件下往往难以及时到达现场，且由于车桅高度限制，导致天线投射面积有限影响应急通信覆盖面积。采用无人机将无线电发射基站位于空中时，具有机动灵活、环境适应性强等优势，并且可最大程度避免由于多径等因素带来的信号质量的下降。但无线电信号的空-地发射模型尚停留在理论分析阶段，对MIMO技术的无线信道分析方法也以地面为主，而MIMO空-地传输无线信通应急保障技术需要精确获取无人机经纬度、以及飞行高度和方向角相关数据信息，目前相关
尚不成熟。另一方面，目前无线电信号的空-地传播测试主要测试手段分为无人机测试和热气球测试，热气球测试滞空时间长，但测试条件要求高，且在航路区域或市区及其他航空管制区受限较大，无人机测试相对灵活，但测试滞空时间短，飞行高度低，在航空管制区域高度受限，同时载重也受到一定限制。综上，目前采用基于MIMO的无人机进行无线应急通信技术的缺陷如下：(1)当前尚无基于软件无线电(SoftwareDefinedRadio，SDR)架构下，基于srsLTE软件系统和软件无线电开发板BladeRF下的空中4G应急通信平台。(2)当前尚无有效的测试MIMO空-地传输信道的无线电发射平台，很难将常规的无线电发射端设置到无人机上。(3)当前无线电发射设备体积和功耗比较大，且可定制性差，很难从科学研究的角度去进行无线信道的测试。(4)空中平台无法实现无线电信号的空-空发射和接收。(5)在共用通信网设施遭受重创处于瘫痪状态，当前MIMO空-地传输无线信通应急保障需精确了解无人机发射基站经纬度坐标、高度、倾斜角等信息才能进行相关应急通信保障覆盖范围的测算。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中指出的不足，本专利技术提供了一种基于SDR-MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台，旨在解决上述
技术介绍
中现有技术存在的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于SDR-MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台，所述4G无线应急通信平台是在Ubuntu操作系统SDR架构下，基于srsLTE开源软件系统和软件无线电开发板BladeRF建立，所述4G无线应急通信平台包括设置于无人机上的SDR-MIMO无线4G通信模块和设置于陆地侧的GNSS基准站，所述SDR-MIMO无线4G通信模块包括树莓派开发板、软件无线电开发板BladeRF、GNSS移动站接收机及电源模块，所述电源模块为各部分提供电源，所述树莓派开发板分别与软件无线电开发板BladeRF和GNSS移动站接收机连接；软件无线电开发板BladeRF通过无线电信号发射口分别连接第一单刀双掷型电子开关和第二单刀双掷型电子开关，第一单刀双掷型电子开关与功率放大器的射频输入口连接，第二单刀双掷型电子开关与功率放大器的射频输出口连接，且第二单刀双掷型电子开关连接发射天线；软件无线电开发板BladeRF通过无线电信号接收口连接接收天线；所述GNSS移动站接收机和GNSS基准站均包括数传模块和RTK板卡，且GNSS移动站接收机和GNSS基准站分别连接有GNSS天线；优选地，所述树莓派开发板通过板载的hdmi接口连接有触摸屏，所示触摸屏的电源通过与树莓派开发板的USB接口连接提供。优选地，所述树莓派开发板上设有WLAN接口。优选地，所述软件无线电开发板BladeRF设有至少两个无线电信号发射口和至少两个无线电信号接收口，且每个无线电信号发射口单独连接有功率放大器，每个无线电信号接收口单独连接有接收天线。优选地，所述GNSS移动站接收机采用GNSSSoC芯片。优选地，所述树莓派开发板分别通过USB接口与软件无线电开发板BladeRF的USB接口、GNSS移动站接收机的RS232接口连接及电源模块的USB接口连接。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术的无人机4G无线应急通信平台是在Ubuntu操作系统SDR架构下，基于srsLTE开源系统和软件无线电开发板BladeRF建立，设计了无人机机载MIMO无线电信号发射源，在不依靠共用通信网情况下，无人机机载MIMO发射设备经纬度坐标、高度、倾斜角信息实时获取以计算出无人机MIMO无线信道应急保障平台通信覆盖范围。本专利技术可对无线电的空-地、地-空、空-空状态的无线信道传播进行测试。同时基于GNSS-RTK技术能够实时获取无人机飞行经纬度和高程信息，结合发射频率、功率、天线增益进行覆盖范围计算，从而为无线信道应急测算出相应通信覆盖区域面积。(2)本专利技术从已有的无人机平台出发，充分考虑到当前无人机的载重和续航，结合未来通讯的发展趋势，提出了一种基于srsLTE技术和BladeRF轻量化的机载多功能无线电信号收/发应急通信保障平台，可实现MIMO信道的收发，为无线电信号空-地及空-空传播特性的提供有效保障。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于SDR-MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台的组成示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术以软件无线电开发板BladeRF、RaspberryPi(树莓派)、GNSS-RTK(全球卫星导航系统动态差分)技术为基础，基于Ubuntu17.04版本操作系统SDR构架下srsLTE开源系统搭建了一个小型化、轻量、长续航以及可定制的应急无线电收发4G平台。软件无线电(SoftwareDefinedRadio)是在标准、通用和模块化的硬件平台基础上，利用软件编程实现了不同通信功能和应用。传统无线电模块利用硬件电路设计实现，特定电路只能实现对应的功能，且开发周期长、成本高，而软件实现缩短了开发周期、降低成本，且易于部署、调试和维护。本专利技术采用SDR技术架构下srsLTE(SoftwareRadioSystemLTE)开源软件系统，支持单天线、发射分集等天线模式，可支持1.4、3、5、10、15和20MHz带宽下LTERelease10版本下4G应急无本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SDR-MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台，其特征在于，所述4G无线应急通信平台是在Ubuntu操作系统SDR架构下，基于srsLTE开源软件系统和软件无线电开发板BladeRF建立，所述4G无线应急通信平台包括设置于无人机上的SDR-MIMO无线4G通信模块和设置于陆地侧的GNSS基准站，所述SDR-MIMO无线4G通信模块包括树莓派开发板、软件无线电开发板BladeRF、GNSS移动站接收机及电源模块，所述电源模块为各部分提供电源，所述树莓派开发板分别与软件无线电开发板BladeRF和GNSS移动站接收机连接；软件无线电开发板BladeRF通过无线电信号发射口分别连接第一单刀双掷型电子开关和第二单刀双掷型电子开关，第一单刀双掷型电子开关与功率放大器的射频输入口连接，第二单刀双掷型电子开关与功率放大器的射频输出口连接，且第二单刀双掷型电子开关连接发射天线；软件无线电开发板BladeRF通过无线电信号接收口连接接收天线；所述GNSS移动站接收机和GNSS基准站均包括数传模块和RTK板卡，且GNSS移动站接收机和GNSS基准站分别连接有GNSS天线。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SDR-MIMO高精度的无人机4G无线应急通信平台，其特征在于，所述4G无线应急通信平台是在Ubuntu操作系统SDR架构下，基于srsLTE开源软件系统和软件无线电开发板BladeRF建立，所述4G无线应急通信平台包括设置于无人机上的SDR-MIMO无线4G通信模块和设置于陆地侧的GNSS基准站，所述SDR-MIMO无线4G通信模块包括树莓派开发板、软件无线电开发板BladeRF、GNSS移动站接收机及电源模块，所述电源模块为各部分提供电源，所述树莓派开发板分别与软件无线电开发板BladeRF和GNSS移动站接收机连接；软件无线电开发板BladeRF通过无线电信号发射口分别连接第一单刀双掷型电子开关和第二单刀双掷型电子开关，第一单刀双掷型电子开关与功率放大器的射频输入口连接，第二单刀双掷型电子开关与功率放大器的射频输出口连接，且第二单刀双掷型电子开关连接发射天线；软件无线电开发板BladeRF通过无线电信号接收口连接接收天线；所述GNSS移动站接收机和GNSS基准站均包括数传模块和RTK板卡，且GNSS移动站接收机和GNSS基准站分别连接有GNSS天线。


2.如权利要求1所述的基于SD...

【专利技术属性】
技术研发人员：高锐，王逸轩，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62