基于无线网络通信的无人机超视距监控方法及系统技术方案

本发明专利技术的目的是提供一种基于4G或5G无线网络通信的无人机超视距监控方法及系统，旨在解决现有技术在无人机监控方面存在的数据传输速度慢、数据传输受区域和信号强度等因素影响大以及无法准确监控无人机飞行状态等问题。该监控方法采用4G或5G无线网络通信技术，可实现无人机在飞行过程中的实时监控，包括无人机的状态、位置和传输无人机拍摄的图像和视频等信息。与现有技术相比，本发明专利技术的技术优势在于数据传输速度快、传输稳定性好、传输不受距离的限制，且无人机定位监测精度更高。且无人机定位监测精度更高。且无人机定位监测精度更高。

【技术实现步骤摘要】
基于无线网络通信的无人机超视距监控方法及系统


[0001]本专利技术涉及网络通信、计算机和无人机
，具体是一种基于无线网络通信的无人机超视距监控方法及系统。

技术介绍

[0002]无人机由于具有高效率、高灵活性，可在短时间内到危险区域或人难以到达的地方如震区、海洋和火场等开展应急、救援和运输等任务，而且运营成本和维护成本较低，得到了国家各行业的大力支持和推广。然而，目前无人机是通过点对点的方式进行短距离范围内的双向交互操控，存在传输距离短、抗干扰能力差和使用效率低等局限。4G或5G无线网络通信作为一种高速数据传输的通信方式。如果将其与无人机结合，不仅可以实现高清视频流、图像等数据的高速传输，而且可以在通信基站覆盖范围内实现无缝连接，适合实时监控，具有稳定的连接性、较低的延迟性和较高的可靠性及安全性。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有技术的问题，提供了一种基于无线网络通信的无人机超视距监控方法及系统，旨在解决现有技术在无人机监控方面存在的数据传输速度慢、数据传输受区域和信号强度等因素影响大以及无法准确监控无人机飞行状态等问题。该监控方法采用4G或5G无线网络通信技术，可实现无人机在飞行过程中的实时监控，包括无人机的状态、位置和传输无人机拍摄的图像和视频等信息。与现有技术相比，本专利技术的技术优势在于数据传输速度快、传输稳定性好、传输不受距离的限制，且无人机定位监测精度更高。
[0004]本专利技术提供了一种基于无线网络通信的无人机超视距监控方法，包括以下步骤：1）数据下行处理：数据采集模块通过传感器采集数据信息经由4G或5G无线网络传递至监控中心的中央处理器中，对地面进行实时监控和信息处理；2）数据上行处理：监控中心发出指令，经由4G或5G无线网络对无人机发出指令，使无人机执行指定动作；3）将无人机信息记录存储于无人机主控模块存储卡中和监控中心的中央处理器中；4）蓄电池用于对无人机机载用电设备进行供电，外接电源用于对监控中心用电设备进行供电。
[0005]步骤1）所述数据下行处理过程具体如下：1.1）采集视频数据及其他数字数据，将采集的数据输入到主控模块进行压缩编码；1.2）对采集的数据进行压缩编码，将压缩编码后的数据写入到4G或5G无线网络通信模块数据缓存区；1.3）4G或5G无线网络通信模块提取数据缓存区数据，经数据调制后将无线信号通过4G或5G无线网络传输到地面服务器；
1.4）地面4G或5G无线网络通信模块接收数据，经数据调制后将数字信号输入到中央处理器；1.5）中央处理器对接收的数据解压缩解码，在通过数据处理分析进行可视化显示。
[0006]步骤1.1）中，通过可见光摄像头、红外摄像头读取视频信息，飞行控制器和惯性导航回传数字信息，通过有线传输的方式将数据传输到无人机主控模块；首先主控模块通过Open CV库函数创建Video Capture对象，指定要读取的摄像头ID，紧接着使用cv::Video Capture::read函数循环读取视频帧数据，并将其存储到Cuda Mapped Memory对象中；其次进行视频帧数据的预处理，将预处理后的视频数据使用cv::Video Writer::write函数将视频数据写入主控模块的数据压缩编码器中；最终实现可见光摄像头与红外摄像头视频数据的读取及将视频数据传输到主控模块；数字数据通过Python编写的程序读取，并通过Python的serial库将数据写入主控模块。
[0007]步骤1.2）中，首先使用H.264视频编码算法对可见光视频和红外视频的数据进行压缩编码，其次使用Huffman数据编码算法将压缩编码后的视频数据和数字数据转换为二进制数字数据，最后使用Python的serial库将数字数据写入4G或5G无线网络通信模块数据缓存区；步骤1.3）中，首先4G或5G无线网络通信模块通过串口通信的方式将数据缓存区的数据进行读取，其次使用OFDM数字调制技术将数字信号调制成模拟信号，最后将调制后的模拟信号通过通信天线将模拟信号转换成无线信号发出；步骤1.4）中，首先地面4G或5G无线网络模块通过通信天线接收无线信号，将无线信号转换成模拟信号，其次使用OFDM数字调制技术将模拟信号调制成数字信号，最后通过串口通信的方式将数据传输到地面处理器；步骤1.5）中，首先使用H.264视频编码算法实现数据解压缩和解码算法，将接收到的数据进行解压缩和解码操作，得到原始数据，其次对解码后的原始数据进行数据清洗、数据预处理、数据特征提取、数据分类等操作，再其次通过Open CV库和可视化库将处理分析后的数字数据可视化显示、视频数据进行打开播放，最后通过HDMI传输将可视化界面传输到显示屏上进行显示。
[0008]所述数据上行处理过程具体如下：2.1）地面服务器输入控制指令，将控制指令输入到4G或5G无线网络通信模块数据缓存区；2.2）4G或5G无线网络通信模块提取数据缓存区的数据经数据调制后将无线信号通过4G或5G无线网络传输到无人机；2.3）无人机上4G或5G无线网络通信模块接收数据，经数据调制将数字信号后输入到主控模块；2.4）主控模块对输入的控制指令进行分析处理，进而对无人机的动作进行控制。
[0009]步骤2.1）中，通过串口通信的方式与4G或5G无线网络通信模块建立连接，实现连接建立和打开数据传输通道，将编写好的控制指令输入到4G或5G无线网络通信模块的数据缓存区中等待发送；步骤2.2）中，首先4G或5G无线网络模块通过串口通信的方式将数据缓存区的控制
指令数据进行读取，其次使用OFDM数字调制技术将控制指令的数字信号调制成模拟信号，最后将调制后的模拟信号通过通信天线将模拟信号转换成无线信号发出；步骤2.3）中，首先无人机上的4G或5G无线网络模块通过通信天线接收无线信号，将无线信号转换成模拟信号，其次使用OFDM数字调制技术将模拟信号调制成数字信号，最后通过串口通信的方式将数据传输到主控模块；步骤2.4）中，首先主控模块通过串口通信方式接收地面服务器输入的控制指令。其次将接收到的控制指令进行解析，提取出需要控制的动作信息，根据解析出的动作信息，控制无人机进行相应的动作，最后在动作控制完成后，通过返回的响应数据来确认控制结果，确认无人机是否到达指定位置、是否转向到指定角度等操作。
[0010]本专利技术还提供了一种基于无线网络通信的无人机超视距监控系统，包括：无人机，所述无人机包括数据采集模块、主控模块、通信模块和电源模块。所述数据采集模块用来采集无人机上各种传感器的数据。所述主控模块是无人机上的控制中心，负责控制无人机的飞行和执行各种任务。所述通信模块负责与地面进行通信，传输数据和控制指令。所述电源模块为无人机上的各个模块提供电力支持。
[0011]监控中心，所述监控中心包括通信模块、地面服务器和电源模块。所述通信模块主要功能是与无人机进行数据通信和控制指令传输。所述地面服务器是地面监控中心的控制中心，负责对无人机的控制和监控。所述电源模块的主要功能是为监控中心的各个模块提供电力支持。
[0012]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无线网络通信的无人机超视距监控方法，其特征在于包括以下步骤：1）数据下行处理：数据采集模块通过传感器采集数据信息经由4G或5G无线网络传递至监控中心的中央处理器中，对地面进行实时监控和信息处理；2）数据上行处理：监控中心发出指令，经由4G或5G无线网络对无人机发出指令，使无人机执行指定动作；3）将无人机信息记录存储于无人机主控模块存储卡中和监控中心的中央处理器中；4）蓄电池用于对无人机机载用电设备进行供电，外接电源用于对监控中心用电设备进行供电。2.根据权利要求1所述的基于无线网络通信的无人机超视距监控方法，其特征在于：步骤1）所述数据下行处理过程具体如下：1.1）采集视频数据及其他数字数据，将采集的数据输入到主控模块进行压缩编码；1.2）对采集的数据进行压缩编码，将压缩编码后的数据写入到4G或5G无线网络通信模块数据缓存区；1.3）4G或5G无线网络通信模块提取数据缓存区数据，经数据调制后将无线信号通过4G或5G无线网络传输到地面服务器；1.4）地面4G或5G无线网络通信模块接收数据，经数据调制后将数字信号输入到中央处理器；1.5）中央处理器对接收的数据解压缩解码，在通过数据处理分析进行可视化显示。3.根据权利要求2所述的基于无线网络通信的无人机超视距监控方法，其特征在于：步骤1.1）中，通过可见光摄像头、红外摄像头读取视频信息，飞行控制器和惯性导航回传数字信息，通过有线传输的方式将数据传输到无人机主控模块；首先主控模块通过Open CV库函数创建Video Capture对象，指定要读取的摄像头ID，紧接着使用cv::Video Capture::read函数循环读取视频帧数据，并将其存储到Cuda Mapped Memory对象中；其次进行视频帧数据的预处理，将预处理后的视频数据使用cv::Video Writer::write函数将视频数据写入主控模块的数据压缩编码器中；最终实现可见光摄像头与红外摄像头视频数据的读取及将视频数据传输到主控模块；数字数据通过Python编写的程序读取，并通过Python的serial库将数据写入主控模块。4.根据权利要求2所述的基于无线网络通信的无人机超视距监控方法，其特征在于：步骤1.2）中，首先使用H.264视频编码算法对可见光视频和红外视频的数据进行压缩编码，其次使用Huffman数据编码算法将压缩编码后的视频数据和数字数据转换为二进制数字数据，最后使用Python的serial库将数字数据写入4G或5G无线网络通信模块数据缓存区；步骤1.3）中，首先4G或5G无线网络通信模块通过串口通信的方式将数据缓存区的数据进行读取，其次使用OFDM数字调制技术将数字信号调制成模拟信号，最后将调制后的模拟信号通过通信天线将模拟信号转换成无线信号发出；步骤1.4）中，首先地面4G或5G无线网络模块通过通信天线接收无线信号，将无线信号转换成模拟信号，其次使用OFDM数字调制技术将模拟信号调制成数字信号，最后通过串口通信的方式将数据传输到地面处理器；步骤1.5）中，首先使用H.264视频编码算法实现数据解压缩和解码算法，将接收到的数据进行解压缩和解码操作，得到原始数据，其次对解码后的原始数据进行数据清洗、数据预
处理、数据特征提取、数据分类等操作，再其次通过Open CV库和可视化库将处理分析后的数字数据可视化显示、视频数据进行打开播放，最后通过HDMI传输将可视化界面传输到显示屏上进行显示。5.根据权利要求1或2所述的基于无线网络通信的无人机超视距监控方法，其特征在于：所述数据上行处理过程具体如下：2.1）地面服务器输入控制指令，将控制指令输入到4G或5G无线网络通信模块数据缓存区；2.2）4G或5G无线网络通信模块提取数...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雨飞，李小光，徐冠华，顾天昊，
申请(专利权)人：南京壮大智能科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：