一种无人机通信控制方法和装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种无人机通信控制方法。该方法包括：控制终端读取定位模块中的第一位置信息和电子罗盘所指示的第一天线角度信息；根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置；根据所述第一天线角度信息和所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，生成控制信号以控制驱动模块驱动第一天线指向所述无人机。本方案使得无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
【专利说明】
_种无人机通信控制方法和装置
技术领域
[0001]本发明实施例涉及无人机技术，尤其涉及一种无人机通信控制方法和装置。
【背景技术】
[0002]无人机在飞行过程中会实时和地面控制终端进行通信，如控制终端传输飞行指令以控制无人机的飞行，无人机发送其拍摄的图像、视频至控制终端以存储或直接显示。
[0003]现有的无人机在通信过程中，采用传统的全向天线收发通信信号(如控制信号、数传信号、图传信号)。即控制终端采用全向天线向空间发射全方位的通信信号，无人机在控制终端信号的有效通信距离内进行信号接收。无人机也通过全向天线向空间发射全方位信号，控制终端在无人机发射信号的有效通信距离内接收无人机的返回信号。
[0004]由于无人机和控制终端的通信属于点对点通信，现有技术中采用全向天线收发通信信号的方式存在通信功耗大、距离短和干扰大的缺点。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种无人机通信控制方法和装置，以实现无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
[0006]第一方面，本发明实施例提供了一种无人机通信控制方法，包括:
[0007]控制终端读取定位模块中的第一位置信息和电子罗盘所指示的第一天线角度信息;
[0008]根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置；
[0009]根据所述第一天线角度信息和所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，生成控制信号以控制驱动模块驱动第一天线指向所述无人机。
[0010]第二方面，本发明实施例还提供了一种无人机通信控制方法，包括:
[0011]无人机读取定位单元中的第二位置信息和第二电子罗盘所指示的第二天线角度信息；
[0012]根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端相对于所述无人机的相对位置；
[0013]根据所述第二天线角度信息和所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，生成控制信号以控制驱动单元驱动第二天线指向所述控制终端。
[0014]第三方面，本发明实施例还提供了一种无人机通信控制装置，包括:
[0015]定位模块，用于获取控制终端的第一位置信息；
[0016]电子罗盘，用于获取第一天线角度信息；
[0017]控制器，用于读取所述第一位置信息和所述第一天线角度信息，并根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，并根据所述第一天线角度信息和所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，生成控制信号；
[0018]驱动模块，用于根据所述控制信号驱动第一天线指向所述无人机，其中所述定位模块、电子罗盘和驱动模块分别和控制器相连。
[0019]第四方面，本发明实施例还提供了一种无人机通信控制装置，包括:
[0020]定位单元，用于获取无人机的第二位置信息；
[0021 ]第二电子罗盘，用于获取第二天线角度信息；
[0022]控制器单元，用于读取所述第二位置信息和所述第二天线角度信息，并根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，并根据所述第二天线角度信息和所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，生成控制信号；
[0023]驱动单元，用于根据所述控制信号驱动第二天线指向所述无人机，其中所述定位单元、第二电子罗盘和驱动单元分别和控制器相连。
[0024]本发明通过控制终端读取定位模块中的第一位置信息和电子罗盘所指示的第一天线角度信息，根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，根据所述第一天线角度信息和所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，生成控制信号以控制驱动模块驱动第一天线指向所述无人机，解决了现有技术中无人机和控制终端采用全向天线收发通信信号所带来的通信功耗大、距离短和干扰高的问题，使得无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
【附图说明】
[0025]图1为本发明实施例一提供的无人机通信控制方法的流程图；
[0026]图2为本发明实施例二提供的无人机通信控制方法的流程图；
[0027]图3为本发明实施例二提供的天线指向和无人机位置的关系示意图；
[0028]图4为本发明实施例二提供的对夹角α进行分解的示意图；
[0029]图5为本发明实施例三提供的无人机通信控制方法的流程图；
[0030]图6为本发明实施例四提供的无人机通信控制装置的结构图；
[0031 ]图7为本发明实施例六提供的无人机通信控制装置的结构图示意图；
[0032]图8为本发明实施例六提供的无人机通过控制装置控制定向天线移动的示意图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0034]实施例一
[0035]图1为本发明实施例一提供的无人机通信控制方法的流程图，本实施例可适用于控制终端和无人机进行通讯的情况，该方法可以由控制终端如地面控制台来执行，具体包括如下步骤:
[0036]步骤101、控制终端读取定位模块中的第一位置信息和电子罗盘所指示的第一天线角度信息。
[0037]其中，定位模块集成在控制终端中，可实时获取该控制终端的位置信息，可选的该定位模块采用GPS(Global Posit1ning System，全球定位系统)方式进行定位。定位模块获取的第一位置信息可实时传输至控制终端的控制器中。电子罗盘用于指示第一天线的角度，控制终端可通过电子罗盘传输的角度信息得到第一天线的角度值。该第一天线包括定向天线。
[0038]步骤102、根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置。
[0039]其中，该第一位置信息即控制终端自身的位置信息，示例性的可通过定位模块得到控制终端所处的经玮度值，和控制终端进行信息交互的无人机的实时位置定义为第二位置信息，同样该第二位置信息可以是无人机的经玮度信息值，控制终端根据自身位置的经玮度值和无人机的经玮度值可得到无人机相对于控制终端的相对位置。
[0040]步骤103、根据所述第一天线角度信息和所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，生成控制信号以控制驱动模块驱动第一天线指向所述无人机。
[0041]示例性的，控制终端的控制器生成控制信号后，发送至云台驱动电路，云台驱动电路驱动云台电机转动，以使得第一天线指向无人机。
[0042]本实施例的技术方案，控制终端根据无人机和自身的相对位置，控制定向天线移动，实时指向无人机，由于定向天线在特定方向上发送和接受电磁波的能力远强于现有的全向天线，同时抗干扰能力更强，使得无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
[0043]在上述技术方案的基础上，在控制终端读取定位模块中的第一位置信息和电子罗盘所指示的第一天线角度信息之前，还包括:控制终端发送连接指令，和无人机建立通信连接;或控制终端接收所述无人机发送的连接指令，和所述无人机建立通信连接。其中，在控制终端和无人机初始化后，开始建立控制终端和无人机之间的通信链路，相应的，在初始化时，天线复位至预设位置，可以是复位至天线槽中。
[0044]在上述技术方案的基础上，在控制终端读取定位模块中的第一位置信息后，还包括:发送所述第一位置信息至无人机。本方案中，控制终端将自己的位置信息发送至无人机，可使无人机采用相同的原理以驱动无人机的定向天线指向控制终端，进一步提高了控制终端和无人机之间的通信效率，降低噪声干扰。
[0045]实施例二
[0046]图2为本发明实施例二提供的无人机通信控制方法的流程图，本实施例在实施例一的基础上，给出了一种具体的调整第一天线的方法，包括:
[0047]步骤201、控制终端读取定位模块中的第一位置信息和电子罗盘所指示的第一天线角度信息。
[0048]步骤202、建立以所述控制终端为原点的三维坐标系，根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机在所述三维坐标系中的坐标值。
[0049]如图3所示，图3为本发明实施例二提供的天线指向和无人机位置的关系示意图。其中，以控制终端作为三维坐标系的原点，根据控制终端的自身位置和无人机的位置信息得到无人机在该三维坐标系中的坐标值，示例性的为(X，y，Z)坐标值分别为50，50，40。
[0050]步骤203、根据所述坐标值和所述第一天线角度信息得到第一天线的指向方向和所述无人机的夹角。
[0051]如图3所示，根据无人机在三维坐标系的坐标值和第一天线的指向得到二者的夹角为α。相应的，可得到无人机的第二天线指向和控制终端的夹角β。
[0052]步骤204、生成控制信号以控制驱动模块驱动第一天线的指向方向和所述无人机的夹角为零。
[0053]具体的，控制器在生成控制信号的过程中，将图3中的夹角α分解为两个方向的控制向量，如图4所示，图4为本发明实施例二提供的对夹角α进行分解的示意图。分别将夹角α分解为axy向量和αχζ向量，同时控制云台电机分别在χζ方向转动α?角度，在Xy方向转动α2角度，以使得第一天线指向无人机的位置。
[0054]本实施例的技术方案，控制终端通过驱动天线指向无人机的位置，使得无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
[0055]在上述各实施例的基础上，还包括:根据所述第一位置信息和所述第二位置信息计算得到所述控制终端和所述无人机的直线距离;根据所述直线距离的长短以实时调整传输模块的功耗。如图3所示，图中标记了控制终端至无人机的直线距离，根据该距离的长短来实时调整传输模块的功耗，可选的，当该距离越长增大传输模块的功耗，距离越短则降低传输模块的功耗。具体的，可在测试过程中，测得天线通信功耗和通信距离之间的关系并存入数据库中，在后续的传输过程中控制器根据该数据库中记录的通信距离和通信功耗之间的对应关系调整传输模块的功耗，示例性的，该传输模块包括图传单元和数传单元。
[0056]实施例三
[0057]图5为本发明实施例三提供的无人机通信控制方法的流程图，本实施例可参照前述实施例中控制终端控制第一天线指向无人机的方案，本实施例中，无人机控制自身的第二天线以实时指向控制终端，具体包括:
[0058]步骤301、无人机读取定位单元中的第二位置信息和第二电子罗盘所指示的第二天线角度信息。
[0059]步骤302、根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端相对于所述无人机的相对位置。
[0060]步骤303、根据所述第二天线角度信息和所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，生成控制信号以控制驱动单元驱动第二天线指向所述控制终端。
[0061]本实施例提供的技术方案，使得无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
[0062]在上述技术方案的基础上，在无人机读取定位单元中的第二位置信息和第二电子罗盘所指示的第二天线角度信息之前，还包括:无人机发送连接指令，和控制终端建立通信连接;或无人机接收所述控制终端发送的连接指令，和所述控制终端建立通信连接。
[0063]在上述技术方案的基础上，在无人机读取定位单元中的第二位置信息后，还包括:发送所述第二位置信息至控制终端。
[0064]在上述技术方案的基础上，根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端相对于所述无人机的相对位置包括:建立以所述无人机为原点的三维坐标系，根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端在所述三维坐标系中的坐标值;根据所述坐标值和所述第二天线角度信息得到第二天线的指向方向和所述控制终端的夹角。
[0065]在上述技术方案的基础上，生成控制信号以控制驱动单元驱动第二天线指向所述控制终端包括:生成控制信号以控制驱动单元驱动第二天线的指向方向和所述控制终端的夹角为零。
[0066]在上述技术方案的基础上，还包括:根据所述第二位置信息和所述第一位置信息计算得到所述无人机和所述控制终端的直线距离;根据所述直线距离的长短以实时调整传输单元的功耗。
[0067]实施例四
[0068]图6为本发明实施例四提供的无人机通信控制装置的结构图，具体包括:
[0069]定位模块I，用于获取控制终端的第一位置信息；
[0070]电子罗盘2，用于获取第一天线角度信息；
[0071 ]控制器3，用于读取所述第一位置信息和所述第一天线角度信息，并根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，并根据所述第一天线角度信息和所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，生成控制信号；
[0072]驱动模块4，用于根据所述控制信号驱动第一天线指向所述无人机，其中所述定位模块、电子罗盘和驱动模块分别和控制器相连。
[0073]本实施例的技术方案使得无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
[0074]在上述技术方案的基础上，所述控制器具体用于:建立以所述控制终端为原点的三维坐标系，根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机在所述三维坐标系中的坐标值;根据所述坐标值和所述第一天线角度信息得到第一天线的指向方向和所述无人机的夹角。
[0075]在上述技术方案的基础上，所述控制器还用于:根据所述第一位置信息和所述第二位置信息计算得到所述控制终端和所述无人机的直线距离;根据所述直线距离的长短以实时调整传输模块的功耗，所述传输模块和所述控制器相连。
[0076]实施例五
[0077]本实施例提供了一种无人机通信控制装置，具体包括:
[0078]定位单元，用于获取无人机的第二位置信息；
[0079]第二电子罗盘，用于获取第二天线角度信息；
[0080]控制器单元，用于读取所述第二位置信息和所述第二天线角度信息，并根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，并根据所述第二天线角度信息和所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，生成控制信号；
[0081]驱动单元，用于根据所述控制信号驱动第二天线指向所述无人机，其中所述定位单元、第二电子罗盘和驱动单元分别和控制器相连。
[0082]本实施例的技术方案使得无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
[0083]在上述技术方案的基础上，所述控制器具体用于:建立以所述无人机为原点的三维坐标系，根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端在所述三维坐标系中的坐标值;根据所述坐标值和所述第二天线角度信息得到第二天线的指向方向和所述控制终端的夹角。
[0084]在上述技术方案的基础上，所述控制器还用于:根据所述第二位置信息和所述第一位置信息计算得到所述无人机和所述控制终端的直线距离;根据所述直线距离的长短以实时调整传输单元的功耗，所述传输单元和所述控制器相连。
[0085]上述产品可执行本发明任意实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
[0086]实施例六
[0087]本实施例可以以上述实施例为基础，提供了一种优选实例。图7为本发明实施例六提供的无人机通信控制装置的结构图示意图。如图7所示，控制终端和无人机通过各自的定向天线进行信息交互。初始化阶段，无人机和控制终端建立通信链路，通过各自的GPS定位自身的位置信息并传输给对方。具体的，GPS和控制器相连，将定位信息传输给控制器，同时电子罗盘传输给控制器定向天线的角度信息，控制器将信号发送至数传/图传收发模块经过定向天线完成交互。当无人机云台和控制终端中均得到自身的位置信息和对方的相对位置信息后，控制器发送控制信号驱动云台驱动模块以控制云台相应移动以使定向天线指向对方。示例性的，如图8所示，图8为本发明实施例六提供的无人机通过控制装置控制定向天线移动的示意图。对应的，控制终端通过控制装置控制定向天线的结构与此相同。其中，云台位于脚架上可横向、竖向转动，定向天线安装在云台上，可随云台的转动而移动，云台另一侧搭载了电池、电子罗盘、控制器、GPS、数传/图传和驱动电路等模块。
[0088]本实施例提供的技术方案，无人机和控制终端在通信过程中，各自通过云台的移动使得定向天线指向对方，使得无人机和控制终端的通信功耗减小，提高了无人机的续航能力，同时通信距离增大，也减小了通信信号对周边环境的通信干扰。
[0089]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【主权项】
1.一种无人机通信控制方法，其特征在于，包括: 控制终端读取定位模块中的第一位置信息和电子罗盘所指示的第一天线角度信息； 根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置； 根据所述第一天线角度信息和所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，生成控制信号以控制驱动模块驱动第一天线指向所述无人机。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制终端读取定位模块中的第一位置信息和电子罗盘所指示的第一天线角度信息之前，还包括: 控制终端发送连接指令，和无人机建立通信连接;或控制终端接收所述无人机发送的连接指令，和所述无人机建立通信连接。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制终端读取定位模块中的第一位置信息后，还包括: 发送所述第一位置信息至无人机。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置包括: 建立以所述控制终端为原点的三维坐标系，根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机在所述三维坐标系中的坐标值； 根据所述坐标值和所述第一天线角度信息得到第一天线的指向方向和所述无人机的夹角。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，生成控制信号以控制驱动模块驱动第一天线指向所述无人机包括: 生成控制信号以控制驱动模块驱动第一天线的指向方向和所述无人机的夹角为零。6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，还包括: 根据所述第一位置信息和所述第二位置信息计算得到所述控制终端和所述无人机的直线距离； 根据所述直线距离的长短以实时调整传输模块的功耗。7.一种无人机通信控制方法，其特征在于，包括: 无人机读取定位单元中的第二位置信息和第二电子罗盘所指示的第二天线角度信息； 根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端相对于所述无人机的相对位置； 根据所述第二天线角度信息和所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，生成控制信号以控制驱动单元驱动第二天线指向所述控制终端。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端相对于所述无人机的相对位置包括: 建立以所述无人机为原点的三维坐标系，根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端在所述三维坐标系中的坐标值； 根据所述坐标值和所述第二天线角度信息得到第二天线的指向方向和所述控制终端的夹角。9.一种无人机通信控制装置，其特征在于，包括: 定位模块，用于获取控制终端的第一位置信息； 电子罗盘，用于获取第一天线角度信息； 控制器，用于读取所述第一位置信息和所述第一天线角度信息，并根据所述第一位置信息和接收到的无人机的第二位置信息计算得到所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，并根据所述第一天线角度信息和所述无人机相对于所述控制终端的相对位置，生成控制信号； 驱动模块，用于根据所述控制信号驱动第一天线指向所述无人机，其中所述定位模块、电子罗盘和驱动模块分别和控制器相连。10.一种无人机通信控制装置，其特征在于，包括: 定位单元，用于获取无人机的第二位置信息； 第二电子罗盘，用于获取第二天线角度信息； 控制器单元，用于读取所述第二位置信息和所述第二天线角度信息，并根据所述第二位置信息和接收到的控制终端的第一位置信息计算得到所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，并根据所述第二天线角度信息和所述控制终端相对于所述无人机的相对位置，生成控制信号； 驱动单元，用于根据所述控制信号驱动第二天线指向所述无人机，其中所述定位单元、第二电子罗盘和驱动单元分别和控制器相连。
【文档编号】G05D1/10GK105892492SQ201610402200
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】郝祁, 兰功金, 卜亚圣
【申请人】南方科技大学