一种多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统，包括：无人机载测控通信单元，其用以进行业务数据处理、发送和接收；地面双冗余测控通信单元，其包括以进行业务数据处理、发送、接收和网络控制，作为备用的地面测控通信设备加电但不发射信号；单通道监视单元，其包括至少三套相互独立且功能性能一致的单通道监视接收设备及配套天线，用于接收并解调地面测控通信设备发送的上行数据，将解调数据与从有线网络收到的原始数据进行比对，将获得的比对结果发送给链路切换设备；链路切换设备用以根据原始数据和空口数据的周期性比对结果，在判别地面测控通信设备发生故障时，产生报警，发出通道切换指令。发出通道切换指令。发出通道切换指令。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统


[0001]本专利技术涉及通信
，特别是一种多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统。

技术介绍

[0002]目前，无人机测控通信系统通常由1套地面数据传输设备和1部机载数据传输设备组成，采用相控阵天线体制、码分多址体制(CDMA)、频分多址体制(FDMA)、时分多址体制(TDMA)、实现一个无人机地面测控站与空中无人机之间的全双工通信。但由于电磁环境、设备故障等复杂因素影响，单通道无人机测控通信设备可能发生故障或受到干扰而引发通信中断，造成遥测遥控数据丢失。如果单通道测控通信中断的时刻是无人机关键动作时间点，例如，在无人机即将着陆阶段，一旦失去地面指挥引导信息极易出现事故。因此，单通道无人机测控通信在可靠性方面存在限制因素。
[0003]采用双通道冗余备份测控通信系统虽然能提高通信可靠性，但主用/备用测控通信设备切换一般采用“人在环路”的方式，即由人工判断当前主用/备用测控通信设备并手动进行切换动作。这种方法受限于人的反应时间，故障预案等，通道切换时延通常在秒级甚至十秒级，仍然不能解决无人机高可靠、低时延的测控通信要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于现有技术中存在的上述问题，本专利技术实施例提供一种多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统，该系统在TDMA传输技术体制下，采用双通道热备份、多通道数据实时在线监测等技术，能够在传输通道发生异常的情况下可靠、及时、准确的完成主用/备用测控通道切换，有效提高了系统可靠性，降低通道切换的时延，满足无人机高实时、高可靠的测控通信需求。
[0005]本专利技术实施例提供的多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统，包括：
[0006]无人机载测控通信单元，其部署于无人机侧，包括无人机载测控通信设备及配套天线，用以进行业务数据处理、发送和接收，所述无人机载测控通信单元与地面测控通信设备通信连接，互相传输遥测遥控数据；
[0007]地面双冗余测控通信单元，其部署于地面控制站侧，包括两套相互独立且功能性能一致的地面测控通信设备及配套天线，用以进行业务数据处理、发送、接收和网络控制，所述地面双冗余测控通信单元与所述无人机载测控通信设备通信连接，传输遥测遥控数据，其中，所述两套地面测控通信设备均为加电状态，且作为备用的地面测控通信设备加电但不发射信号，处于热备份状态；
[0008]单通道监视单元，其部署于地面控制站侧，包括至少三套相互独立且功能性能一致的单通道监视接收设备及配套天线，用于接收并解调所述地面测控通信设备发送的上行数据，并将解调数据与从有线网络收到的原始数据进行比对，将获得的比对结果发送给链路切换设备；
[0009]所述链路切换设备部署于地面控制站侧，其用以根据原始数据和空口数据的周期性比对结果，判别地面测控通信设备是否发生故障，若发生故障则产生报警，并在自动切换模式下，自动发出通道切换指令。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，所述地面双冗余测控通信单元、所述单通道监视单元、所述链路切换设备分别通过以太网交换机接入地面测控站配套软件，且所述单通道监视接收设备、所述地面测控通信设备的IP地址配置为相同的组播地址。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，所述链路切换设备判别地面测控通信设备是否发生故障，具体包括：
[0012]通过串口依据预设周期从作为主用的测控通信设备和作为备用的测控通信设备获取设备心跳报文，若在连续预设次数的定时周期内，均未收到所述作为主用的测控通信设备的心跳报文，则表征所述作为主用的测控通信设备出现故障，进行通道切换，通过串口发出通道切换指示；
[0013]若在连续所述预设次数的定时周期内，均未收到所述作为备用的测控通信设备的心跳报文，则表征所述作为备用的测控通信设备出现故障，发出故障报警提示。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，所述链路切换设备还用于：
[0015]周期性比对空中无线电数据监测结果，具体为：将所述三套单通道监视接收设备通过无线空间独立接收的无线数据报文和通过有线网络收到的具有相同报文编号的有线数据报文进行比对，其中，所述空中无线电数据为地面测控通信单元在一个时隙内发送的具有设定长度及相应报文编号的测控数据报文，所述测控数据报文分别由三套单通道监视接收设备通过无线空间独立接收；
[0016]若连续两个周期内的无线数据报文与有线数据报文不一致，则表征地面测控通信设备存在故障，并通过串口发出通道切换指示，进行通道切换。
[0017]在本专利技术的一些实施例中，所述链路切换设备还用于：
[0018]统计分别通过三套单通道监视接收设备通过无线空间接收的功率测试报文的功率强度，所述功率测试报文为作为主用的地面测控通信单元的发送具有预设长度的测试数据，且每个周期的测试数据均编配一个报文编码；
[0019]分别将所述三套单通道监视接收设备所接收的功率测试报文的功率强度与目标门限值进行比对，若连续的2个周期内的功率测试报文的功率值均小于所述目标门限值，则表征所述作为主用的地面测控通信单元存在故障，给出报警提示，并通过串口发出通道切换指示，进行通道切换。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述链路切换设备在根据原始数据和空口数据的周期性比对结果，判别地面测控通信设备发生故障，发出通道切换指令的时延最多为3个时隙周期，其中，在所述3个时隙周期的前两个时隙周期内发送相应报文并进行报文对比，若需要切换传输通道，则在所述3个时隙周期的第3个时隙周期内发出通道切换指令并完成切换；
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述链路切换设备还用以向作为备用的地面测控通信设备以每3个时隙周期的频率发出状态自检指令，并接收所述作为备用的地面测控通信设备在完成自检后，通过串口上报的自检报文，以使所述链路切换设备通过所述自检报文判断所述作为备用的地面测控通信设备是否完好。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述两套地面测控通信设备与无人机载测控通信设备
工作在TDMA模式下，所述两套地面测控通信设备之间通过串口实时共享网络和设备参数，具体为：
[0023]作为主用的地面测控通信设备提取当前使用的网络时隙编号以及设备参数，通过串口发送给备用地面测控通信设备；
[0024]作为备用的地面测控通信设备通过串口收到当前使用的网络时隙编号，将当前的时隙号调整为所述网络时隙编号，以与所述作为主用的测控通信设备所使用的通信时隙保持一致；
[0025]作为备用的地面测控通信设备通过串口收到作为主用的地面测控通信设备的设备参数后，调整本机的设备参数，以与作为主用的测控通信设备所使用的通信参数保持一致；
[0026]作为主用的地面测控通信设备和作为备用的地面测控通信设备通过时钟同步接口接受外部时统信号，并根据时统信号调整本地时钟，实现网络同步。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，业务报文的数据包格式定义为：AGC启动段+前导段+帧头+数据段+包序号+保护段；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统，其特征在于，包括：无人机载测控通信单元，其部署于无人机侧，包括无人机载测控通信设备及配套天线，用以进行业务数据处理、发送和接收，所述无人机载测控通信单元与地面测控通信设备通信连接，互相传输遥测遥控数据；地面双冗余测控通信单元，其部署于地面控制站侧，包括两套相互独立且功能性能一致的地面测控通信设备及配套天线，用以进行业务数据处理、发送、接收和网络控制，所述地面双冗余测控通信单元与所述无人机载测控通信设备通信连接，传输遥测遥控数据，其中，所述两套地面测控通信设备均为加电状态，且作为备用的地面测控通信设备加电但不发射信号，处于热备份状态；单通道监视单元，其部署于地面控制站侧，包括至少三套相互独立且功能性能一致的单通道监视接收设备及配套天线，用于接收并解调所述地面测控通信设备发送的上行数据，并将解调数据与从有线网络收到的原始数据进行比对，将获得的比对结果发送给链路切换设备；所述链路切换设备部署于地面控制站侧，其用以根据原始数据和空口数据的周期性比对结果，判别地面测控通信设备是否发生故障，若发生故障则产生报警，并在自动切换模式下，自动发出通道切换指令。2.根据权利要求1所述的多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统，其特征在于，所述地面双冗余测控通信单元、所述单通道监视单元、所述链路切换设备分别通过以太网交换机接入地面测控站配套软件，且所述单通道监视接收设备、所述地面测控通信设备的IP地址配置为相同的组播地址。3.根据权利要求1所述的多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统，其特征在于，所述链路切换设备判别地面测控通信设备是否发生故障，具体包括：通过串口依据预设周期从作为主用的测控通信设备和作为备用的测控通信设备获取设备心跳报文，若在连续预设次数的定时周期内，均未收到所述作为主用的测控通信设备的心跳报文，则表征所述作为主用的测控通信设备出现故障，进行通道切换，通过串口发出通道切换指示；若在连续所述预设次数的定时周期内，均未收到所述作为备用的测控通信设备的心跳报文，则表征所述作为备用的测控通信设备出现故障，发出故障报警提示。4.根据权利要求1所述的多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统，其特征在于，所述链路切换设备还用于：周期性比对空中无线电数据监测结果，具体为：将所述三套单通道监视接收设备通过无线空间独立接收的无线数据报文和通过有线网络收到的具有相同报文编号的有线数据报文进行比对，其中，所述空中无线电数据为地面测控通信单元在一个时隙内发送的具有设定长度及相应报文编号的测控数据报文，所述测控数据报文分别由三套单通道监视接收设备通过无线空间独立接收；若连续两个周期内的无线数据报文与有线数据报文不一致，则表征地面测控通信设备存在故障，并通过串口发出通道切换指示，进行通道切换。5.根据权利要求1所述的多通道数据实时监测的无人机双冗余测控通信系统，其特征
在于，所述链路切换设备还用于：统计分别通过三套单通道监视接收设备通过无线空间接收的功率测试报文的功率强度，所述功率测试报文为作为主...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈萍，邓拥军，陈华志，李东，倪志刚，
申请(专利权)人：中国船舶工业系统工程研究院，
类型：发明
国别省市：