CN107453798A - 通过4g网络与无人机进行远距离信息交互的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置及方法，所述装置包括：设置在无人机上的4G通信模块，4G通信模块具有各种不同的接口并通过各种不同的接口与无人机上的传感器模块进行数据收发；支持4G网络的智能移动终端，智能移动终端能通过4G网络和4G通信模块与无人机进行远距离信息交互，用以向无人机发送相关指令数据以及实时收集无人机所回传的图传信息和飞行状态信息；云端，无人机在飞行过程所拍摄到的图片、视频及其它数据能通过4G通信模块传至云端。本发明能够实现与无人机的远距离信息交互且使无人机飞行更安全、高效；同时，可实现无人机的联网，便于无人机相关信息的分享和无人机状态的监控。

Description

通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置及方法

技术领域

本发明属于无人机技术领域，涉及一种无人机的信息交互装置及方法，具体涉及一种通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置及方法。

背景技术

无人飞行器，简称无人机，是一种处在迅速发展中的飞行装置，其具有机动灵活、反应快速、无人飞行、操作要求低等优点。无人机通过搭载多种传感器，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。目前，无人机的使用范围已经扩展到军事、科研和民用三大领域，具体在电力、通信、气象、农业、海洋、勘探、摄影、防灾减灾、农作物估产、缉毒缉私、边境巡逻、治安反恐等领域应用甚广。

信息交互是无人机中一项非常重要的技术，用于向无人机传输控制命令和接收无人机发送回来的回传信息。目前大多数无人机通过Wi-Fi、蓝牙、无线电波等进行信息交互，可交互范围通常仅限于1千米左右。除了交互距离受限外，这些信息交互方式的信号通常都容易受到障碍物阻挡，抗干扰能力差。

4G网络指的就是第四代移动通信技术，包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G网络的优势在于它是集3G与WLAN于一体的，其下载速度可以达到100Mbps，能够快速传输数据、高质量的音频和视频以及图像等。同时，4G网络带宽高、速度快、延时小，如果能用于与无人机的信息交互，必然会提高无人机的飞行安全性，并有助于各种信息的及时交互和共享等。但是，目前将4G网络应用于无人机信息交互的技术却几乎没有。

鉴于现有技术的上述缺陷，迫切需要一种基于4G网络的无人机信息交互装置及方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置及方法，其能够实现与无人机的远距离信息交互且使无人机飞行更安全、高效；同时，可实现无人机的联网，便于无人机相关信息的分享和无人机状态的监控。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置，其特征在于，包括：

设置在无人机上的4G通信模块，所述4G通信模块具有各种不同的接口并通过所述各种不同的接口与所述无人机上的各个传感器模块进行数据收发；

支持4G网络的智能移动终端，所述智能移动终端能够通过所述4G网络和所述4G通信模块与所述无人机进行远距离信息交互，用以向所述无人机发送相关指令数据从而控制无人机的飞行路线以及实时收集无人机所回传的图传信息和飞行状态信息。

其中，所述通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置进一步包括：

云端，所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据能通过所述4G通信模块传至所述云端。

进一步地，其中，所述通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置进一步包括：

个人电脑，所述个人电脑能通过网络从所述云端下载所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据。

更进一步地，其中，所述4G通信模块的各种不同的接口包括有线接口和无线接口。

再进一步地，其中，所述各种不同的接口包括UART接口、USB接口、mini PCI-E接口和Wi-Fi接口。

再更进一步地，其中，所述无人机上的传感器模块包括陀螺仪、内置摄像头、加速度计和GPS单元。

此外，本发明还提供一种采用上述装置与无人机进行远距离信息交互的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、支持4G网络的智能移动终端向所述无人机发送相关指令数据；

2)、无人机上的所述4G通信模块接收所述相关指令数据并根据所述无人机上的传感器模块的请求通过所述各种不同的接口将不同的指令数据自动分配给所述无人机上的相应传感器模块。

其中，所述方法进一步包括以下步骤：

3)、所述无人机上的各个传感器模块通过所述各种不同的接口将无人机的图传信息和飞行状态信息传输给所述4G通信模块并通过所述4G通信模块回传给所述智能移动终端。

进一步地，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

4)、无人机在飞行过程中通过所述内置摄像头所拍摄到的图片、视频及其它数据通过所述4G通信模块传至所述智能移动终端。

更进一步地，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

5)、无人机在飞行过程中通过所述内置摄像头所拍摄到的图片、视频及其它数据通过所述4G通信模块传至所述云端。

再进一步地，其中，所述方法进一步包括以下步骤：

6)、个人电脑通过网络从所述云端下载所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据。

而且，本发明还提供一种无人机，其特征在于，具有上述通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置。

最后，本发明还提供一种无人机，其特征在于，采用上述方法进行远距离信息交互。

与现有的信息交互装置和方法相比，本发明的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置和方法具有如下有益技术效果：

1、其采用4G网络对无人机进行精准控制，突破了业内现有的无线电操控技术，无人机只要在4G网络覆盖的地方都可被操控飞行，甚至可以实现超视距飞行，理论上来说，只要电量充足，有4G信号的地方无人机都能飞到(飞得更高更远)，使无人机摆脱了控制距离的限制，借助覆盖面广泛的公共通信网络跨地域工作，配合丰富的任务载荷，在某些特定行业发挥无人机无可比拟的优势，可以为物流、农业、建筑、保险等行业提供无线连接，更好地进行数据传输；这也同时让无人机具备了极佳的抗干扰能力，采用数字宽带技术，其信号以毫米波作为主要传输波段，更好地提升了用户容量，增加了无人机通信信号的冗余度，动态网络和信道变化自适应处理机制，能满足不同速录、不同设备用户间的共存与互通，结合避障技术，大幅提高无人机飞行的安全性。

2、采用4G网络为无人机的远程通信技术所遇到的瓶颈问题提供了可行的解决方案，它不但可以充分利用城市内遍布的手机基站传输数据和图像，更具有与手机应用无缝结合的先天优势，更可以利用自己的手机查看无人机的飞行状况；而且，4G网络数据传输延时变小，可靠性高，只要连入信号就能控制无人机，4G移动通讯作为一种成熟的通讯方式，只要无人机接入到移动网络即可实现联网(无人机与无人机、无人机与控制设备)，基本不受位置限制。

3、4G通讯技术在传输速率上有很大的提升，因此可以实现实时视频传输，可用于无人机的监控、航拍、救援等。

附图说明

图1是本发明的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置的构成示意图。

图2是采用本发明的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置与无人机进行远距离信息交互的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

图1示出了本发明的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置的构成示意图。如图1所示，本发明的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置包括设置在无人机上的4G通信模块和支持4G网络的智能移动终端。

其中，通过在无人机上设置4G通信模块，使得所述无人机能够通过所述4G通信模块基于4G网络进行无线信息交互，从而便于各种信息的收发。并且，由于采用4G网络与无人机进行信息交互，因此，只要有4G网络，其信息交互距离不受限制。同时，4G网络的传输数据带宽也不受限，极大地提高了与无人机的信息交互能力，可以实现实时视频传输，可用于无人机的监控、航拍、救援等。

在本发明中，所述4G通信模块的工作模式可以为TD-LTE和FDD-LTE，从而使所述无人机能够接入各个通信运营商的4G网络，例如移动公司的4G网络、联通公司的4G网络等，进而使得其4G网络不受到限制。具体地，接入的4G网络基于所述4G通信模块中插入的运营商卡而定。例如，类似手机采用移动公司的卡，则接入的就是移动公司的网络。此时可以理解的是，无人机可以通过所述4G通信模块访问网络，进行信息收发。

同时，在本发明中，所述4G通信模块具有各种不同的接口并通过所述各种不同的接口与所述无人机上的各个传感器模块(图1中的传感器模块A、传感器模块B、……传感器N)进行数据收发。优选地，所述4G通信模块的各种不同的接口包括有线接口和无线接口。更优选地，所述各种不同的接口包括UART接口、USB接口、mini PCI-E接口和Wi-Fi接口等。这样，所述无人机上的各个传感器模块，例如陀螺仪、内置摄像头、加速度计和GPS单元等等都可以通过不同的接口与所述4G通信模块相连。

在本发明中，由于所述4G通信模块与无人机上的各个传感器模块之间分别利用不同的接口进行连接，所以可以实现不同数据自动分配给无人机的特定传感器模块。具体地，数据传输到所述4G通信模块后，根据不同部分例如，陀螺仪、加速度计等的请求，由于各个传感器模块与所述4G通信模块之间的接口类型都不相同，因此，根据接口类型和数据类型即可将相应的数据自动分配给发送请求的传感器模块，确保各传感器模块的数据的独立性。

而且，在本发明中，所述智能移动终端能够通过所述4G网络和所述4G通信模块与所述无人机进行远距离信息交互，用以向所述无人机发送相关指令数据从而控制无人机的飞行路线以及实时收集无人机所回传的图传信息和飞行状态信息。

具体地，所述智能移动终端可以通过所述4G网络向所述无人机发送相关指令数据，如起飞，航行，拍摄等。相关指令数据被所述4G通信模块接收，之后所述4G通信模块根据所述无人机的各个传感器模块的请求通过不同的接口将相关数据自动分配给无人机的各个传感器模块。

并且，所述无人机中产生的各种信息，包括无人机自身的飞行状态信息(例如位置，高度，姿态，电量等)以及图传信息，可以通过所述各种不同的接口传输到所述4G通信模块并经由所述4G通信模块实时向外发送，由所述智能移动终端接收。

尤其是，由于采用4G网络，其传输速率比较大且传输延时比较小，因此，无人机的内置摄像头所拍摄的高清图像或视频可以通过所述4G通信模块发送给所述智能移动终端，所述智能移动终端的用户可以在通过所述智能移动终端监控无人机周围环境的同时，根据所述无人机的周围环境通过所述智能移动终端实时调整无人机的飞行路线。

此外，在本发明中，所述通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置可以进一步包括云端。所述智能移动终端与所述4G通信模块之间的信息交互通过所述云端进行。这样，所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据(例如飞行状态信息、回传信息等)能通过所述4G通信模块传至所述云端。由此，所有无人机的相关信息都能够存储在所述云端上，便于相关信息的联网、存储和共享等。

同时，所述通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置可以进一步包括个人电脑。所述个人电脑能通过网络(该网络不限于4G网络，也可以是Internet网、局域网等，只要使得所述个人电脑之间能够联网即可)从所述云端下载所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据。这样，实现了无人机相关信息的共享。

图2示出了采用本发明的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置与无人机进行远距离信息交互的方法的流程图。如图2所示，本发明的方法包括以下步骤：

首先，根据控制无人机的需要，支持4G网络的所述智能移动终端向具有4G通信模块的无人机发送相关指令数据，例如起飞、航行和拍摄等。

其次，无人机上的所述4G通信模块通过4G网络接收所述相关指令数据并根据所述无人机上的传感器模块的请求通过所述各种不同的接口将不同的指令数据自动分配给所述无人机上的相应传感器模块。也就是，所述4G通信模块在接收到所述相关指令数据之后，根据所述相关指令数据的类型和接口类型将相应的指令数据自动分配给所述无人机上的相应传感器模块，以实现所述无人机的控制。

在本发明中，所述方法进一步包括以下步骤：所述无人机上的传感器模块通过所述各种不同的接口将无人机的图传信息和飞行状态信息传输给所述4G通信模块并通过所述4G通信模块回传给所述智能移动终端。也就是，所述无人机上的传感器模块将所获得的无人机自身的飞行状态信息(例如位置，高度，姿态，电量等)以及图传信息，通过所述各种不同的接口传输到所述4G通信模块并通过所述4G通信模块经由所述4G网络发出，由所述智能移动终端接收所述4G通信模块发出的无人机自身的飞行状态信息(例如位置，高度，姿态，电量等)以及回传图像。这样，便于所述智能移动终端的用户掌控所述无人机的相关信息，从而便于对无人机的控制。

当然，在本发明中，所述方法还可以进一步包括以下步骤：无人机在飞行过程通过所述内置摄像头所拍摄到的图片、视频及其它数据通过所述4G通信模块传至所述智能移动终端。这样，使得所述智能移动终端的用户能通过所述智能移动终端监控无人机周围环境，并在监控无人机周围环境的同时，可根据周围环境实时调整无人机的飞行路线，确保无人机的飞行安全。

而且，在本发明中，所述方法还可以进一步包括以下步骤：无人机在飞行过程中通过所述内置摄像头所拍摄到的图片、视频及其它数据通过所述4G通信模块传至所述云端。这样，位于4G网络中的所有无人机都能够将所拍摄到的图片、视频及其它数据传至所述云端并存储在所述云端，从而能够实现所有无人机的联网，便于无人机信息的共享。

最后，在本发明中，所述方法还可以进一步包括以下步骤：个人电脑或所述智能移动终端通过网络从所述云端下载所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据。这样，使得非无人机的控制终端也能够了解无人机的相关信息，不但实现了信息共享，而且有助于信息的交流。

当然，具有上述通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置的无人机也在本发明的保护范围之内。

同时，采用上述方法进行远距离信息交互的无人机也在本发明的保护范围之内。

采用本发明的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置及方法的无人机的信息交互没有地域限制，只要在4G网络覆盖的地方都可以被操控飞行，超视距飞行当然也可以，极佳的抗干扰能力也提高了无人机飞行的安全性。同时，4G网络的延时较小，操作者能通过无人机反馈的实时视频来远程操控，提高了操作的准确性。

在消费级方面，采用本发明的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置及方法的无人机只要在网络覆盖的地方都可被操控飞行，因此，给无人机接入移动数据服务将能有效提高无人机的远程飞行能力，并为无人机照片实时传送、视频直播等新功能开发做了技术铺垫，通过4G网络控制无人机飞行，无人机飞行距离不再受限制，并可实现高质量的图像、视频传输。

在应用级方面，使用连接4G网络的无人机可以为企业客户提供石油管道检测、农业产量和火灾灾情监测等，并可完全实现无人机的远程控制。4G网络能让视频信号实现实时、清晰、稳定、高效的传输，这将使无人机在航拍、监控等应用领域如鱼得水。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (13)

1.一种通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置，其特征在于，包括：

设置在无人机上的4G通信模块，所述4G通信模块具有各种不同的接口并通过所述各种不同的接口与所述无人机上的各个传感器模块进行数据收发；

支持4G网络的智能移动终端，所述智能移动终端能够通过所述4G网络和所述4G通信模块与所述无人机进行远距离信息交互，用以向所述无人机发送相关指令数据从而控制无人机的飞行路线以及实时收集无人机所回传的图传信息和飞行状态信息。

2.根据权利要求1所述的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置，其特征在于，进一步包括：

云端，所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据能通过所述4G通信模块传至所述云端。

3.根据权利要求2所述的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置，其特征在于，进一步包括：

个人电脑，所述个人电脑能通过网络从所述云端下载所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据。

4.根据权利要求3所述的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置，其特征在于，所述4G通信模块的各种不同的接口包括有线接口和无线接口。

5.根据权利要求4所述的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置，其特征在于，所述各种不同的接口包括UART接口、USB接口、mini PCI-E接口和Wi-Fi接口。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的通过移动网络与无人机进行远距离通信的装置，其特征在于，所述无人机上的各个传感器模块包括陀螺仪、内置摄像头、加速度计和GPS单元。

7.一种采用权利要求1-6中任一项所述的装置与无人机进行远距离信息交互的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、支持4G网络的智能移动终端向所述无人机发送相关指令数据；

2)、无人机上的所述4G通信模块接收所述相关指令数据并根据所述无人机上的各个传感器模块的请求通过所述各种不同的接口将不同的指令数据自动分配给所述无人机上的相应传感器模块。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

3)、所述无人机上的传感器模块通过所述各种不同的接口将无人机的图传信息和飞行状态信息传输给所述4G通信模块并通过所述4G通信模块回传给所述智能移动终端。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

4)、无人机在飞行过程中通过所述内置摄像头所拍摄到的图片、视频及其它数据通过所述4G通信模块传至所述智能移动终端。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

5)、无人机在飞行过程中通过所述内置摄像头所拍摄到的图片、视频及其它数据通过所述4G通信模块传至所述云端。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

6)、个人电脑通过网络从所述云端下载所述无人机在飞行过程中所拍摄到的图片、视频及其它数据。

12.一种无人机，其特征在于，具有权利要求1-5中任一项所述的通过4G网络与无人机进行远距离信息交互的装置。

13.一种无人机，其特征在于，采用权利要求6-11中任一项所述的方法进行远距离信息交互。