長(zhǎng)滯空無(wú)人機(jī)基站通信及監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)人機(jī),尤其是一種基于光纖通信、電纜供電的無(wú)人機(jī)高空通信基站和視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國(guó)家現(xiàn)場(chǎng)主要應(yīng)急救援指揮主要以地面應(yīng)急通信機(jī)動(dòng)車輛為主,主要提供現(xiàn)場(chǎng)通信保障以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控。一方面,通信指揮由于受到天線掛高限制,應(yīng)急通信車的覆蓋范圍也相對(duì)有限,只能覆蓋周圍幾公里的范圍,因此給通信保障帶來(lái)了新的挑戰(zhàn);另一方面,由于受地理環(huán)境影響,現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法提供大范圍的視頻監(jiān)控,供指揮者進(jìn)行判斷和決策。
[0003]無(wú)人機(jī)經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展歷程,從技術(shù)角度看已經(jīng)比較成熟。其優(yōu)點(diǎn)是成本低,易操縱,具有高度靈活性,高度適應(yīng)性和安全穩(wěn)定性。能夠攜帶一些重要的設(shè)備從空中完成特殊任務(wù),比如空中監(jiān)視,空中轉(zhuǎn)信等。在處理自然災(zāi)害、事故災(zāi)難以及社會(huì)安全事件等方面能發(fā)揮出重要作用。但是由于受無(wú)人機(jī)以及所攜帶的設(shè)備供電能源的限制,無(wú)人機(jī)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間滯留在空中執(zhí)行監(jiān)視、轉(zhuǎn)信等任務(wù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足,提供一種基于電纜供電、光纖數(shù)據(jù)傳輸、可長(zhǎng)時(shí)間滯空?qǐng)?zhí)行任務(wù)的長(zhǎng)滯空無(wú)人機(jī)基站通信及監(jiān)控系統(tǒng)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種長(zhǎng)滯空無(wú)人機(jī)基站通信及監(jiān)控系統(tǒng),包括無(wú)人機(jī),系留電纜和地面供電控制模塊;所述無(wú)人機(jī)通過(guò)系留電纜連接地面供電控制模塊,接收地面供電控制模塊發(fā)出的控制指令和提供的供電電力;
無(wú)人機(jī)上設(shè)有機(jī)載電子設(shè)備,用于進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)以及進(jìn)行視頻監(jiān)控,將視頻信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給地面供電控制模塊。
[0005]具體地,無(wú)人機(jī)上的機(jī)載電子設(shè)備包括:機(jī)載基站通信模塊、視頻采集設(shè)備、無(wú)人機(jī)飛行控制模塊、主控芯片、物理接口收發(fā)器、以太網(wǎng)交換模塊、光纖接口、無(wú)人機(jī)供電接口、DC-DC電源管理模塊、電源切換模塊、機(jī)載穩(wěn)壓降壓模塊、電源管理芯片以及機(jī)載后備電池;
所述無(wú)人機(jī)上設(shè)有用于穩(wěn)定和控制飛行姿態(tài)以及提供輔助升力的低壓電機(jī)螺旋槳和用于提供主要升力的高壓主升力驅(qū)動(dòng)器;
系留電纜中包含供電電纜和通信光纖;
主控芯片通過(guò)無(wú)人機(jī)飛行控制模塊分別連接并驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)低壓電機(jī)和無(wú)人機(jī)高壓電機(jī);無(wú)人機(jī)低壓電機(jī)和無(wú)人機(jī)高壓電機(jī)分別為無(wú)人機(jī)的低壓電機(jī)螺旋槳和高壓主升力驅(qū)動(dòng)器提供動(dòng)力;
主控芯片通過(guò)物理接口收發(fā)器連接以太網(wǎng)交換模塊,以太網(wǎng)交換模塊分別連接通信基站模塊和視頻采集設(shè)備;
機(jī)載基站通信模塊,用于接收并轉(zhuǎn)發(fā)地面用戶的無(wú)線通信信號(hào),以及將地面用戶的無(wú)線通信信號(hào)通過(guò)所述系留電纜中的通信光纖轉(zhuǎn)發(fā)至所述地面供電控制模塊;
視頻采集設(shè)備,用于進(jìn)行視頻監(jiān)控并通過(guò)系留電纜中的通信光纖將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)至所述地面供電控制模塊;
以太網(wǎng)交換模塊連接光纖接口,通過(guò)所述光纖接口和系留電纜中的通信光纖與地面供電控制模塊通信;
無(wú)人機(jī)供電接口通過(guò)系留電纜中的供電電纜連接地面供電控制模塊;將地面供電控制模塊產(chǎn)生的高壓供電電壓提供給高壓主升力驅(qū)動(dòng)器工作,同時(shí)供電給機(jī)載穩(wěn)壓降壓模塊;機(jī)載穩(wěn)壓降壓模塊通過(guò)電源切換模塊連接無(wú)人機(jī)低壓電機(jī)和DC-DC電源管理模塊;機(jī)載穩(wěn)壓降壓模塊將接入的高壓供電電壓轉(zhuǎn)化低壓供電電壓,提供給驅(qū)動(dòng)低壓電機(jī)螺旋槳的無(wú)人機(jī)低壓電機(jī);并為DC-DC電源管理模塊提供輸入電壓;
電源管理芯片與主控芯片、機(jī)載穩(wěn)壓降壓模塊以及機(jī)載后備電池相連接;
電源切換模塊連接ARM主控芯片,當(dāng)ARM主控芯片檢測(cè)到地面供電控制模塊的供電中斷時(shí),通過(guò)電源切換模塊將無(wú)人機(jī)的供電電源切換到機(jī)載后備電池供電;
DC-DC電源管理模塊與電源切換模塊的輸出端連接,用于將機(jī)載穩(wěn)壓降壓模塊提供的低壓供電電壓或機(jī)載后備電池提供的電壓轉(zhuǎn)化為機(jī)載電子設(shè)備中各部件所需的供電電壓;DC-DC電源管理模塊受控于主控芯片而為機(jī)載電子設(shè)備中的部件供電。
[0006]進(jìn)一步地,所述視頻采集設(shè)備采用機(jī)載雙波段光電吊艙,包括可見光攝像機(jī)和紅外攝像機(jī);分別用于采集可見光視頻信號(hào)與熱成像紅外視頻信號(hào);
所述機(jī)載電子設(shè)備還包括一個(gè)連接主控芯片的光照度傳感芯片;主控芯片通過(guò)所述光照度傳感芯片所檢測(cè)到環(huán)境光照度信息自動(dòng)控制所述雙波段光電吊艙進(jìn)行紅外攝像機(jī)和可見光攝像機(jī)的切換,同時(shí)控制所述DC-DC電源管理模塊切斷相應(yīng)不工作攝像機(jī)的工作電源以降低無(wú)人機(jī)的功耗。
[0007]進(jìn)一步地,所述高壓主升力驅(qū)動(dòng)器采用高壓涵道風(fēng)扇。
[0008]進(jìn)一步地,當(dāng)ARM主控芯片檢測(cè)到地面供電控制模塊的供電中斷時(shí),通過(guò)電源切換模塊將無(wú)人機(jī)的供電電源切換到機(jī)載后備電池供電;同時(shí)通過(guò)DC-DC電源管理模塊切斷視頻采集設(shè)備和機(jī)載基站通信模塊的供電;提供電力給用于穩(wěn)定和控制飛行姿態(tài)以及提供輔助升力的低壓電機(jī)螺旋槳工作。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
I)通過(guò)輕質(zhì)系留電纜中的導(dǎo)線進(jìn)行地面直接給無(wú)人機(jī)供電,可以解決無(wú)人機(jī)和機(jī)載電子設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間滯空工作能源限制的問題。
[0010]2)通過(guò)地面1000V高壓低電流直接給無(wú)人機(jī)供電解決遠(yuǎn)距離大功率低壓供電帶來(lái)的線路壓降問題,使無(wú)人機(jī)供電系統(tǒng)更為穩(wěn)定可靠;
3)高壓涵道風(fēng)扇為無(wú)人機(jī)提供主要升力,減輕無(wú)人機(jī)的機(jī)載穩(wěn)壓電源控制模塊的重量,增加了無(wú)人機(jī)的負(fù)載能力;
4)輕質(zhì)系留電纜中的光纖通信,增加了無(wú)人機(jī)與地面供電指控通信中心的通信帶寬,保證機(jī)載基站通信模塊和高清視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)與地面供電指控通信中心的大數(shù)據(jù)流的交互;
5)通過(guò)機(jī)載基站通信模塊的通信轉(zhuǎn)發(fā)能力,增加了地面無(wú)線通信設(shè)備的通信距離。
[0011]6)通過(guò)機(jī)載雙波段光電吊艙可以實(shí)現(xiàn)全天候?qū)崟r(shí)視頻監(jiān)控。
[0012]7)通過(guò)光照度傳感芯片的光照度檢測(cè),可以自動(dòng)切換和關(guān)閉機(jī)載雙波段光電吊艙中紅外攝像機(jī)和可見光攝像機(jī)工作狀態(tài),降低系統(tǒng)的工作功耗。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)組成示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的系留電纜示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明的機(jī)載電子設(shè)備示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明提供的長(zhǎng)滯空無(wú)人機(jī)基站通信及監(jiān)控系統(tǒng),如圖1所示,包括無(wú)人機(jī)、系留電纜7和地面供電控制模塊8;無(wú)人機(jī)通過(guò)系留電纜7連接地面供電控制模塊8,接收地面供電控制模塊8發(fā)出的控制指令和供電電力;無(wú)人機(jī)上設(shè)有機(jī)載電子設(shè)備6,用于進(jìn)行無(wú)線通信信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)以及進(jìn)行視頻監(jiān)控,將視頻監(jiān)控信號(hào)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給地面供電控制模塊8;地面供電控制模塊8設(shè)置于圖3中的地面供電指控通信中心中;
無(wú)人機(jī)上設(shè)有四個(gè)低壓電機(jī)螺旋槳1、2、3、4和一個(gè)高壓涵道風(fēng)扇5,高壓涵道風(fēng)扇5由高壓電機(jī)帶動(dòng),是無(wú)人機(jī)的高壓主升力驅(qū)動(dòng)器;通過(guò)四個(gè)低壓電機(jī)螺旋槳1、2、3、4和一個(gè)高壓涵道風(fēng)扇5來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī);低壓電機(jī)螺旋槳用于穩(wěn)定和控制無(wú)人機(jī)的飛行姿態(tài),以及提供部分輔助升力;高壓涵道風(fēng)扇5用于提供無(wú)人機(jī)的主要升力;
如圖2所示,系留電纜7中包含供電電纜71和通信光纖72;供電電纜71可以將地面供電控制模塊8提供的高壓供電電壓(本例中高壓涵道風(fēng)扇5需要1000V高壓直流電源)導(dǎo)入無(wú)人機(jī)使用;通信光纖72提供無(wú)人機(jī)與地面供電控制模塊8的通信鏈路;
地面供電控制模塊8將220v交流市電轉(zhuǎn)換成高壓供電電壓(1000V高壓直流電源),同時(shí)通過(guò)所述系留電纜7中的通信光纖72給無(wú)人機(jī)發(fā)出飛行控制指令;并接受無(wú)人機(jī)上返回的通信信號(hào)和機(jī)載雙波段光電吊艙的實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控信號(hào);
如圖3所示,無(wú)人機(jī)上的機(jī)載電子設(shè)備包括:機(jī)載基站通信模塊、作為視頻采集設(shè)備的機(jī)載雙波段光電吊艙、無(wú)人機(jī)飛行控制模塊、ARM主控芯片、作為存儲(chǔ)模塊的Flash芯片、光照度傳感芯片、作為物理接口收發(fā)器的PHY芯片(PHY芯片的中文名稱就是物理接口收發(fā)器)、10/100M以太網(wǎng)交換模塊、10/100M光纖接口、無(wú)人機(jī)供電接口、DC_DC電源管理模塊、電源切換模塊、機(jī)載穩(wěn)壓降壓模塊、電源管理芯片以及機(jī)載后備電池;
主控芯片通過(guò)無(wú)人機(jī)飛行控制模塊分別連接并驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)低壓電機(jī)和無(wú)人機(jī)高壓電機(jī);無(wú)人機(jī)低壓電機(jī)和無(wú)人機(jī)高壓電機(jī)分別為無(wú)人機(jī)的低壓電機(jī)螺旋槳和高壓涵道風(fēng)扇提供動(dòng)力;高壓涵道風(fēng)扇的供電電壓為100v;