基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及無人機技術領域，具體涉及一種基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括通過移動通信網絡連接的用戶端和管控服務器，用戶端包括一個以上移動終端。飛行員或任務用戶通過移動終端并使用移動通信網絡向管控服務器發(fā)送飛行任務申請，移動終端在收到飛行任務審批服務器的批準信息后，才能進行飛行任務，否則只能在地面試車調試或在有限范圍內試飛。并且，管控服務器也可通過移動通信網絡對無人機進行飛行狀態(tài)廣播監(jiān)視和任務執(zhí)行監(jiān)管。因此，該系統(tǒng)為一種從飛行任務申報到飛行狀態(tài)廣播監(jiān)視，再到任務執(zhí)行監(jiān)管直到完成任務的完備管控系統(tǒng)，有效的解決了現(xiàn)階段民用無人機實行的管控措施不完備的問題。
【專利說明】
基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)
技術領域
[0001]本實用新型涉及無人機技術領域，具體而言，涉及一種基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著技術的迅猛發(fā)展，無人機技術已經逐漸成熟。無人機的應用也從軍事應用領域逐漸向民用領域滲透。越來越多的無人機用來執(zhí)行空中攝影、大地測繪、電力巡線、電力架線、石油管道監(jiān)控、植被長勢分析、農藥噴灑等民生領域。在“井噴”式的發(fā)展背后也同樣存在著問題。與車輛和載人飛機一樣，民用無人機作為一種通用運載工具，在其執(zhí)行任務時同樣對其周邊設施和人員具有潛在的威脅性，這除了與飛行器本身飛行穩(wěn)定性良莠不齊有關外，還與飛手缺乏相關飛行安全知識和飛行經驗，更重要的是，飛行器本身也缺乏能夠向空管部門實時上報自身位置的設備，致使軍民航空管部門不能監(jiān)控其飛行情況。而且在發(fā)展迅速的無人機領域，暫時對民用無人機實行的管控措施還尚不能與成熟的車輛或載人飛機的管控措施一樣成熟。但如果沒有完備的管控措施，任民用無人機無序飛行，勢必是對公眾安全的巨大威脅。如何依據現(xiàn)有的技術資源，全面有效的管控民用無人機，成為一項迫切的社會需要。

【發(fā)明內容】

[0003]本實用新型的目的在于提供一種基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，以解決現(xiàn)階段民用無人機實行的管控措施不完備的問題。
[0004]本實用新型提供了一種基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，其包括:通過移動通信網絡連接的用戶端和管控服務器；
[0005]所述用戶端包括一個以上移動終端，所述移動終端設置飛行任務申請編輯模塊和發(fā)送模塊；
[0006]所述管控服務器包括:依次連接的報備數(shù)據庫、飛行任務審批服務器、空中交通管制服務器和民航航空交通管制ATC數(shù)據庫，且空中交通管制服務器和報備數(shù)據庫連接。
[0007]在一些實施例中，優(yōu)選為，所述移動通信網絡包括:移動通信網絡運營商服務器，以及基站或無線路由器，移動通信網絡運營商服務器與基站或無線路由器連接;所述基站或無線路由器通過無線通信網絡與所述移動終端連接;所述飛行任務審批服務器和空中交通管制服務器通過無線通信網絡與所述運營商服務器連接。所述飛行任務審批服務器和空中交通管制服務器分別與主管部門終端連接。
[0008]上述無人機管控系統(tǒng)還包括無人機機載管控器，所述無人機機載管控器包括設置在無人機上的飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器，所述飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器通過無線通信網絡分別與所述移動終端、空中交通管制服務器和民航航空交通管制ATC數(shù)據庫連接；
[0009]所述飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器包括依次連接的GPS或北斗衛(wèi)星接收機、微控制器和移動通信收發(fā)器，所述GPS或北斗衛(wèi)星接收機、微控制器和移動通信收發(fā)器分別與電源管理模塊和備用電池連接；
[0010]所述微控制器連接有存儲器，所述移動通信收發(fā)器通過所述移動通信網絡與所述空中交通管制服務器連接。
[0011]所述飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器還包括分別與所述微控制器連接的氣壓高度表和微機電系統(tǒng)MEMS慣導設備。
[0012]所述無人機機載管控器包括設置在無人機上的舵機管控器，所述舵機管控器的管控微處理器MCU通過外部通信接口與微控制器連接;所述舵機管控器還包括現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA，所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA與所述管控微處理器MCU連接，并連接有舵機信號輸入接口和舵機信號輸出接口。
[0013]本實用新型實施例提供的基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術相比，包括通過移動通信網絡連接的用戶端和管控服務器，并且用戶端包括一個以上移動終端，飛行員或任務用戶通過移動終端并使用移動通信網絡向所述管控服務器發(fā)送飛行任務申請。移動終端在收到管控服務器的飛行任務審批服務器的批準信息后，才能進行飛行任務，否則只能在地面試車調試或在有限范圍內試飛。而且，管控服務器的空中交通管制服務器和民航航空交通管制ATC數(shù)據庫會實時對無人機進行飛行操作監(jiān)控，如若發(fā)現(xiàn)違規(guī)操作則對移動終端發(fā)出警報信息，迫其改正。該無人機管控系統(tǒng)自動化程度高，整個系統(tǒng)的運作可以自動完成，而且控制權歸屬清晰，無人機的飛行操作都可由主管部門的管控服務器決定或監(jiān)控，并且主管部門可以隨時介入行使其管控權利，以保護社會安全。從而，該無人機管控系統(tǒng)有效的解決了現(xiàn)階段民用無人機實行的管控措施不完備的問題。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型一個實施例中基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)結構圖示意圖；
[0015]圖2為本實用新型一個實施例中無人機機載管控器結構示意圖；
[0016]圖3為本實用新型一個實施例中基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)操作步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0017]為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0018]針對現(xiàn)階段的民用無人機實行的管控措施不完備的問題，本實用新型提出了一種基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)。如圖1所示，基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)具體包括:通過移動通信網絡20連接的用戶端10和管控服務器31，移動通信網絡20為移動通信網絡運營商，其包括移動通信網絡運營商服務器140，以及基站或無線路由器130。移動通信網絡運營商服務器140與基站或無線路由器130連接;基站或無線路由器130通過無線通信網絡與移動終端連接。用戶端10包括一個以上移動終端，飛行員或任務用戶通過移動終端向管控服務器31發(fā)送飛行任務申請;管控服務器31包括:依次連接的報備數(shù)據庫151、飛行任務審批服務器150、空中交通管制服務器152和民航航空交通管制ATC數(shù)據庫153，且空中交通管制服務器152和報備數(shù)據庫151連接。飛行任務審批服務器150和空中交通管制服務器152通過無線通信網絡與移動通信網絡運營商服務器140連接。
[0019]用戶端10中的任務用戶120以及飛行員110是飛行任務的發(fā)起者和操作者。對于應用民用無人機執(zhí)行通航任務，其地面操控手(“飛手”)通過遙控信號控制民用無人機800，與飛行員110具有相同地位。提交飛行任務是由任務用戶120和/或飛行員110通過移動終端111、移動終端121經由移動通信網絡20提交給飛行任務審批服務器150得以完成。飛行任務審批服務器150的功能是審核由用戶端10提交來的飛行任務，并判斷是否給予批準。以上的審核及判斷是由飛行任務審批服務器150完成的，審批結果備份在報備數(shù)據庫151中。具體的無人機飛行任務申報方法參照專利《基于移動通信網絡的通用航空器飛行任務申報審批系統(tǒng)及方法》或其他相關規(guī)定所要求保護的內容。若飛行任務審批服務器150批準飛行任務申請，則飛行員或任務用戶執(zhí)行飛行任務，并且管控服務器31實時監(jiān)控飛行任務是否依照飛行任務申請進行。若飛行任務不審批服務器150批準飛行任務申請，則飛行員或任務用戶在地面試車調試或在有限范圍內試飛，管控服務器31實時監(jiān)控飛行任務是否超出有限范圍。該有限范圍為相關規(guī)定的試飛范圍或行業(yè)內大家所認同的試飛范圍。
[0020]空中交通管制服務器152與民航ATC數(shù)據庫153及報備數(shù)據庫151相連通，信息共享?？罩薪煌ü苤品掌?52通過計算分析，實時繪制出空域交通情勢圖?？沼蚪煌ㄇ閯輬D顯示出該空域中活動的所有搭載通用航空器飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100的航空器以及民航ATC數(shù)據庫153提供的該空域中活動的航班狀態(tài)信息。飛行員110可以根據空域交通情勢圖分析判斷，以規(guī)避危險事件發(fā)生。公眾和相關部門可以通過接收廣播的方式獲得當時當?shù)氐目沼蚪煌ㄇ閯輬D，以滿足信息需求。具體的無人機飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視方法參照專利《基于移動通信網絡的航空器飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視系統(tǒng)》所要求保護的內容。
[0021]飛行任務審批服務器150、報備數(shù)據庫151和空中交通管制服務器152連接有主管部門終端40，主管部門終端40是為主管通用航空飛行任務審批和管控民用無人機的政府部門、安全部門設立的控制飛行任務審批服務器150和空中交通控制服務器152的接口。自動審批的相關規(guī)定由主管部門通過主管部門終端40錄入。少數(shù)飛行任務審批服務器150不能自動完成的申報審批項目將由主管部門通過主管部門終端40人工審批，審批結構通過飛行任務審批服務器150發(fā)送至移動終端，并且將審批結構存儲至報備數(shù)據庫151。若飛行認為申請獲得主管部門終端40批準，則在飛行任務進行中，主管部門終端40可通過空中交通管制服務器152對飛行任務進行監(jiān)控管制。
[0022]在民用無人機800執(zhí)行任務過程中，空中交通控制服務器152發(fā)現(xiàn)其行為與本次申報批準的飛行任務相悖，就會通過移動通信網絡20向任務用戶120、飛行員110的移動終端121、111分別發(fā)送警告。如果飛行員110沒有改正，空中交通控制服務器152 二次警告任務用戶120、飛行員110并在空域交通情勢圖標記該民用無人機800為危險對象，提起公眾對該無人機構成潛在危險的關注，提醒主管部門注意其動向。根據飛行員110的答復，主管部門可以采取相應措施。如果飛行員110答復聲明他失去了對民用無人機800的控制，無法控制該無人機安全降落，或者飛行員110在二次警告下依舊無悔改反應也無答復，那么主管部門可以通過無人機機載管控器65接管對民用無人機800的控制依據相關法規(guī)對該違規(guī)民用無人機800采取強制迫降的措施，以確保公眾安全。強制迫降的方法包括:打開機載降落傘、直升機自旋降落、固定翼平螺旋降落等方式。而且，無人機機載管控器65具有備用電源裝置，所有在沒有外接電源的情況下依然可以持續(xù)不斷的廣播民用無人機800的定位信息。操控民用無人機800的飛行員110可以以及定位信息搜索并回收該無人機。
[0023]如圖2所示，無人機機載管控器65包括設置在無人機上的飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100和舵機管控器600。飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100通過無線通信網絡與移動終端、空中交通管制服務器152和民航航空交通管ffjijATC數(shù)據庫153連接。飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100包括依次連接的GPS或北斗衛(wèi)星接收機501、微控制器504和移動通信收發(fā)器505XPS或北斗衛(wèi)星接收機501、微控制器504和移動通信收發(fā)器505連接有電源管理模塊和備用電池508，電源管理模塊或備用電池508為通用航空器飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100提供穩(wěn)定而持續(xù)的電源供應，即使在沒有外部供電的情況下也可以保證長時間的持續(xù)工作。微控制器504連接有存儲器506，移動通信收發(fā)器505通過移動通信網絡20與空中交通管制服務器152連接。為了提高對民用無人機800的飛行狀態(tài)的測量精度，并保證在接收不到衛(wèi)星導航數(shù)據時依然可以測量飛行狀態(tài)，飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100還包括分別與微控制器504連接的氣壓高度表502和微機電系統(tǒng)MEMS慣導設備503。飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100通過GPS/北斗衛(wèi)星接收機501接收來自GPS/北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的導航數(shù)據和授時數(shù)據，用來確定民用無人機800此時刻的定位、高度、航向和航速等信息。并且，在微控制器504的控制下，GPS/北斗衛(wèi)星接收機501、氣壓高度表502和MEMS慣導設備503協(xié)調工作，為通用航空器飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100持續(xù)的提供民用無人機800的高精度飛行狀態(tài)數(shù)據。存儲器506與微控制器504相連，存儲著代表本次飛行獲得許可的飛行任務批準密匙。通過外部通信接口 507，微控制器504可以與其他機載設備進行通信。移動通信收發(fā)器505與微控制器504相連，接收來自移動通信網絡20發(fā)來的數(shù)據，同時發(fā)送來自微控制器504的數(shù)據。
[0024]舵機管控器600的管控微處理器MCU601通過外部通信接口 507與微控制器504連接;舵機管控器600還包括現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA602，現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA602與管控微處理器MCU601連接，并連接有舵機信號輸入接口 603和舵機信號輸出接口 604。管控微處理器MCU 601與外部通信接口507相連，以獲得民用無人機800的飛行狀態(tài)信息。在管控MCU601的控制下FPGA 602可以管控多路舵機信號的輸入輸出。這里的舵機信號是指由民用無人機800搭載的遙控接收機或飛行控制器發(fā)送給機載執(zhí)行機構的所有類型控制信號的總稱，具有廣義性。FPGA 601與舵機信號輸入接口 603和舵機信號輸出接口 604相連。舵機信號輸入接口 603與民用無人機800搭載的遙控接收機或飛行控制器相連，接收民用無人機800搭載的遙控接收機或飛行控制器發(fā)送給舵機的控制信號。舵機信號輸出接口 604與民用無人機800上搭載的舵機相連接，以控制舵機的動作，從而直接控制民用無人機800。這里的舵機是指用來控制民用無人機800動作的所有執(zhí)行機構的總稱，也同樣具有廣義性。
[0025]針對本實用新型還公開的基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，操作步驟如圖3所示，可以為:
[0026]S1:移動終端與管控服務器31通過移動通信網絡20連接，飛行員或任務用戶通過移動終端向管控服務器31發(fā)送飛行任務申請；
[0027]S2:管控服務器31判斷是否有審批飛行任務申請的權限，若沒有權限，進行S3，否貝1J，進行S4;
[0028]S3:主管部門人員通過主管部門終端40判斷是否批準飛行任務申請，若批準飛行任務申請，進行S5，則發(fā)送批準密鑰給移動終端，并將批準密鑰存儲到管控服務器31的報備數(shù)據庫151;否則，進行S6;
[0029]S4:管控服務器31判斷是否批準飛行任務申請，若批準飛行任務申請，進行S5，則發(fā)送批準密鑰給移動終端，并將批準密鑰存儲到管控服務器31的報備數(shù)據庫151;否則，進行S6;
[0030]S5:移動終端接收批準密鑰，飛行員或任務用戶執(zhí)行飛行任務，管控服務器31實時監(jiān)控飛行任務是否依照飛行任務申請進行，若沒有依照飛行任務申請進行，進行S7，否則，進行S8;
[0031]S6:飛行員或任務用戶在地面試車調試或在有限范圍內試飛，管控服務器31實時監(jiān)控飛行任務是否超出有限范圍，若沒有超出有限范圍，則繼續(xù)在地面試車調試或在有限范圍內試飛，否則，進行S7;
[0032]S7:管控服務器31通過移動通信網絡20向移動終端發(fā)送初級警告；飛行員或任務用戶根據初級警告更正飛行任務，則進行S8，或繼續(xù)在地面試車調試或在有限范圍內試飛；否則，管控服務器31通過移動通信網絡20向移動終端發(fā)送二級警告；
[0033]飛行員或任務用戶根據二次警告更正飛行任務，則進行S8，或繼續(xù)在地面試車調試或在有限范圍內試飛；否則，管控服務器31采取強制迫降無人機的措施，追究飛行員或任務用戶的責任。
[0034]S8:飛行員或任務用戶繼續(xù)執(zhí)行飛行任務直至任務完成，或中斷飛行任務。
[0035]S9:空中交通管制服務器152根據若飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器100發(fā)送的數(shù)據以及來民航航空交通管制ATC數(shù)據庫153的數(shù)據，進行計算分析，實時繪制出空域交通情勢圖；
[0036]S10:空中交通管制服務器152將空域交通情勢圖發(fā)送給移動終端。
[0037]上述管控服務器31采取強制迫降無人機的措施包括:
[0038]管控服務器31發(fā)送降落指令給管控微處理器M⑶；
[0039]降落指令由舵機信號輸出接口604傳輸給無人機上搭載的舵機，舵機為控制無人機動作的所有執(zhí)行機構的總稱;舵機操控無人機降落。強制迫降的方法包括:打開機載降落傘、直升機自旋降落、固定翼平螺旋降落等方式。
[0040]以上僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，其特征在于，包括:通過移動通信網絡(20)連接的用戶端(10)和管控服務器(31); 所述用戶端(10)包括一個以上移動終端，所述移動終端設置飛行任務申請編輯模塊和發(fā)送模塊； 所述管控服務器(31)包括:依次連接的報備數(shù)據庫(151)、飛行任務審批服務器(150)、空中交通管制服務器(152)和民航航空交通管制ATC數(shù)據庫(153)，且空中交通管制服務器(152)和報備數(shù)據庫(I 51)連接。2.如權利要求1所述的基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，其特征在于，所述移動通信網絡(20)包括:移動通信網絡運營商服務器(140)，以及基站或無線路由器(130)，移動通信網絡運營商服務器(140)與基站或無線路由器(130)連接;所述基站或無線路由器(130)通過無線通信網絡與所述移動終端連接； 所述飛行任務審批服務器(150)和空中交通管制服務器(152)通過無線通信網絡與所述運營商服務器(140)連接； 和/或， 所述飛行任務審批服務器(150)、報備數(shù)據庫(151)和空中交通管制服務器(152)分別與主管部門終端(40)連接。3.如權利要求1所述的基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，其特征在于，還包括無人機機載管控器(65)，所述無人機機載管控器(65)包括設置在無人機上的飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器(100)，所述飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器(100)通過無線通信網絡分別與所述移動終端、空中交通管制服務器(152)和民航航空交通管制ATC數(shù)據庫(153)連接； 所述飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器(100)包括依次連接的GPS或北斗衛(wèi)星接收機(501)、微控制器(504)和移動通信收發(fā)器(505);所述GPS或北斗衛(wèi)星接收機(501)、微控制器(504)和移動通信收發(fā)器(505)分別與電源管理模塊和備用電池(508)連接； 所述微控制器(504)連接有存儲器(506)，所述移動通信收發(fā)器(505)通過所述移動通信網絡(20)與所述空中交通管制服務器(152)連接。4.如權利要求3所述的基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，其特征在于，所述飛行狀態(tài)自動廣播監(jiān)視器(100)還包括分別與所述微控制器(504)連接的氣壓高度表(502)和微機電系統(tǒng)MEMS慣導設備(503)。5.如權利要求3所述的基于移動通信網絡的民用無人機管控系統(tǒng)，其特征在于，所述無人機機載管控器(65)包括設置在無人機上的舵機管控器(600)，所述舵機管控器(600)的管控微處理器MCU(601)通過外部通信接口(507)與微控制器(504)連接；所述舵機管控器(600)還包括現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA(602)，所述現(xiàn)場可編程邏輯門陣列FPGA(602)與所述管控微處理器MCU(601)連接，并連接有舵機信號輸入接口(603)和舵機信號輸出接口(604) ο
【文檔編號】G08G5/00GK205665905SQ201620521093
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】羅景琳, 侯洪寧, 儲瑞忠, 侯浩錄, 申智泉, 王志杰, 李英杰
【申請人】北京瀚科瑞杰科技發(fā)展有限公司