專利名稱：一種基于3g/4g通信技術的遙控飛行系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種飛行控制系統，尤其涉及一種基于3G/4G通信技術的遙控飛行系 統。
背景技術：
無線電遙控飛行器在航拍、巡邏、偵察等領域正得到越來越多的應用。在無線電遙 控飛行器上加裝可視航拍遙控器，可以為操作者提供身處空中現場般的視覺和操縱感受， 大大提高了航拍等領域的工作效率，同時降低了生產成本。但是傳統的無線電遙控飛行器通過專用的無線電設備進行遙控，有效控制距離非 常有限。目前，市場上常見的無線電遙控飛行器有效控制距離一般都小于1公里。制造較 大型的飛行器可以裝載功率更大的無線電設備，有效控制距離可以達到10 15公里，甚至 更遠一些，但是較大型的飛行器制造成本很高，更關鍵的是，遠距離無線電遙控多個飛行器 容易造成信號相互干擾，并且遙控飛行器使用的無線電頻段受到嚴格控制和監管，難以得 到大規模商業應用。有人提出使用通信衛星系統作為信號轉發裝置來實現超遠距離的遙控飛行。衛星 通信帶寬資源寶貴，租用成本高昂，實時視頻信息傳送質量難以保證，加之通信終端制造成 本高，重量大，只能應用在大型飛行器上，因此，只有軍方等極少數部門能夠基于通信衛星 系統實現超遠距離的遙控飛行，也難以得到大規模的商業應用。實際上，除了軍方使用的遙控飛行器外，一般的無線電遙控飛行器都在視距內進 行遙控，或者事先設定飛行和工作程序，從而大大影響了其應用范圍。目前，世界先進國家都在大力推進無人飛行器技術的發展和商業應用，相關產業 要想獲得蓬勃發展，就必須解決以低廉成本實現超遠距離并且能夠得到大規模商業應用的 遙控飛行這一關鍵問題。
發明內容
本發明針對現有技術的弊端，提供一種基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，利 用3G/4G通信網絡及終端代替傳統的無線電遙控飛行器所使用的專用無線電遙控設備，實 現超遠距離的、具有現場感并可大規模商業應用的遙控飛行。本發明所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，包括遙控裝置及接受其遙控 指令的飛行器，所述遙控裝置設置有指令輸入單元、中央處理單元，所述飛行器設置有飛行 控制單元，所述遙控裝置與飛行器經由3G/4G通信網絡進行信令交互；所述遙控裝置進一步設置有3G/4G通信單元和顯示輸出單元，其中，所述3G/4G通 信單元用于接收飛行器經由3G/4G通信網絡發送的包含飛行器當前所處環境的影像信息 及飛行器本身狀態信息的飛行器實時狀態信息，以及，經由3G/4G通信網絡向飛行器發送 遙控指令；所述顯示輸出單元則用于顯示輸出經中央處理單元處理后的飛行器實時狀態信息； 所述飛行器進一步設置有3G/4G通信終端和影像獲取單元，其中，所述3G/4G通信 終端用于經由3G/4G通信網絡向遙控裝置發送飛行器實時狀態信息，以及，接收遙控裝置 經由3G/4G通信網絡發送的遙控指令；所述飛行控制單元根據該接收到的遙控指令調整飛 行器的飛行狀態。本發明所述的基于3G/4G通信網絡的遙控飛行系統中，所述遙控裝置內進一步設 置有數據存儲單元，該數據存儲單元用于存儲經中央處理單元處理后的飛行器實時狀態信 肩、ο本發明所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統中，所述飛行器實時狀態信息 還包括飛行器航速、航向、飛行器高度、風向、風力、溫度、濕度信息。
本發明所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統中，所述影像獲取單元為攝像 機，該攝像機具有可以與3G/4G通信終端對接的數據接口。本發明所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統中，所述顯示輸出單元為顯示 器。所述指令輸入單元為鍵盤、鼠標或操縱桿。本發明所述基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統中，飛行器通過3G/4G通信終端 和網絡，把影像獲取單元獲取的影像信息實時傳送到遙控裝置上，并通過遙控裝置的顯示 輸出單元展現給操作者，令操作者有身處現場般的視覺感受；操作者可以根據其所觀察到 的場景，通過遙控裝置的指令輸入單元向飛行器發出控制指令，這些指令通過3G/4G通信 網絡傳送到飛行器上，被飛行控制單元加以執行。本發明所述基于3G/4G通信技術的遙控 飛行系統利用3G/4G通信網絡和終端，代替傳統的無線電遙控飛行器所使用的專用無線電 遙控設備，實現超遠距離的、具有現場感并可得到大規模商業應用的遙控飛行。
圖1為本發明所述基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明，以令本領域技術人員參照說明書文 字能夠據以實施。本發明所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，不僅適用于當前廣泛使用的 3G通信網絡，同樣適用于目前研發中的4G通信網絡。如圖1所示，所述基于3G/4G通信技 術的遙控飛行系統包括遙控裝置、飛行器、以及為二者之間提供信令交互服務的3G/4G通 信網絡。所述遙控裝置包括指令輸入單元、中央處理單元，以及增加設置的3G/4G通信單 元、顯示輸出單元。其中，所述指令輸入單元用于輸入對飛行器的控制指令，該指令輸入單元可為鍵 盤、鼠標或操縱桿等具有信息輸入功能的設備。所述中央處理單元為具有數據處理功能的裝置，該中央處理單元可對指令輸入單 元輸入的控制指令、3G/4G通信單元接收到的飛行器實時狀態信息、以及需要在顯示輸出單 元進行輸出的數據進行處理，以適應各單元對數據的不同要求。
所述3G/4G通信單元用于接收飛行器的實時狀態信息，該飛行器的實時狀態信息 包括飛行器當前所處環境的影像信息，還可包含飛行器的航速、航向、飛行器所處的高度、 當前風向、風力、溫度、濕度等信息。所述飛行器的實時狀態信息由飛行器經由3G/4G通信 網絡發出。所述3G/4G通信單元還用于向飛行器發送遙控指令，該遙控指令由指令輸入單元 輸入，經由3G/4G通信網絡發出。所述顯示輸出單元用于顯示輸出飛行器的實時狀態信息，所述飛行器的實時狀態 信息由3G/4G通信單元接收并被中央處理單元轉換為顯示輸出單元匹配的數據格式。所述 顯示輸出單元可為顯示器等具備圖像輸出功能的裝置。所述的遙控裝置中，還可進一步增加設置數據存儲單元，該數據存儲單元用于存 儲經中央處理單元處理后的飛行器實時狀態信息，以備后續調用查詢。本發明是基于3G/4G通信網絡而進行飛行器與遙控裝置之間的信令交互，因此， 在飛行器中也對應設置了 3G/4G通信終端。如圖1所示，所述飛行器包括飛行控制單元、3G/4G通信終端、影像獲取單元。其中，所述飛行控制單元用于接收控制指令并根據該控制指令調整飛行器的飛行 狀態，所述控制指令即為3G/4G通信終端接收到的遙控裝置發出的遙控指令。所述3G/4G通信終端用于接收遙控裝置經由3G/4G通信網絡發送的遙控指令，并 將該遙控指令轉發至飛行控制單元；同時，所述3G/4G通信終端還經由3G/4G通信網絡向遙 控裝置發送飛行器的實時狀態信息。這里所述的飛行器實時狀態信息包括了飛行器當前所 處環境的影像信息以及飛行器的航速、航向、飛行器所處的高度、當前風向、風力、溫度、濕 度等{曰息。前述飛行器當前所處環境的影像信息由本發明中增加設置的影像獲取單元獲取， 該影像獲取單元為具有可以與3G/4G通信終端對接的數據接口的攝像機。本發明所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統中，充分應用了 3G/4G通信技 術對于多媒體數據傳輸速度快的優點，使得位于遠端的遙控裝置使用者可自顯示輸出單元 上得到飛行器上影像獲取單元獲取的飛行器當前所處環境的影像信息，并進而可適時發出 調整飛行狀態的遙控指令。下面以一實例來進一步說明本發明所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統。所述實例為遙控城市監控飛艇，包括飛艇和控制臺。飛艇為定制的小型無人飛艇，裝備有電源，電動引擎和3G通信終端，并加裝提供了控制接口的飛行控制系統和云臺攝像系統。飛艇總質量< 15kg，艇殼可以容納于一個 4m(長)X3m(寬)X2m(高)的空間內(差不多相當于一部面包車)，充氦氣，最大飛行速 度可以達到100km/h，抗風能力可達6級，飛行高度0 300m，持續高速(> 60km/h)飛行 時間可以達到3小時，待機(留空但無飛行任務)時間可以長達1周。3G通信終端為定制 的WCDMA3G手機主板(留有與飛行控制系統和云臺攝像系統對接的端口)，使用Android應 用平臺，安裝專為超遠距離遙控飛行而開發的(控制臺端的Mndroid應用程序。該程序接 收攝像系統拍攝的視頻信息，通過3G通信網絡(中國聯通的WCDMA網絡)把視頻信息傳送 給控制臺，并接受控制臺發出的控制指令，調用飛行控制系統和云臺攝像系統的相關控制 接口。
控制臺是一臺加裝了 3G通信網卡的PC，使用Windows操作系統，安裝專為超遠距 離遙控飛行而開發的(控制臺端的)Windows應用程序。運行該應用程序，將在Windows桌 面上產生一組遙控飛行用戶界面，包括場景顯示窗口和控制面板窗口，通過場景顯示窗口 向操作者實時展現3G通信網卡接收到的、由飛艇攝像系統所拍攝的視頻信息，并通過控制 面板接收操作者的控制指令，通過3G通信網卡發送到飛艇。在面積為IOkmX IOkm的城市上空部署一艘這樣的飛艇，可以在5分鐘內到達城市 中的任何一個地點，把現場信息實時傳送回控制臺。部署更多的飛艇，可以監控更大的區 域，達到更快的反應速度，并且有更強的并發事件應對能力，在大城市的交通管理、新聞采 錄、救災反恐方面有巨大的應用前景。相較于現有技術中的無線電遙控飛行器，本發明所述基于3G/4G通信技術的遙控 飛行系統具有如下明顯優勢1.超遠的控制距離。理論上，只要是3G/4G通信網絡覆蓋到的區域，都可以對飛行 器進行有效的遙控，例如，操作者可以在北京的控制臺上遙控位于廣州的飛行器。
2.具有現場感的遙控模式幫助操作者發出更加準確的飛行控制指令。傳統的無線 電遙控飛行器在視距內控制，操作者必須要仔細觀察數百米外飛行器的姿態，判斷飛行器 的位置、速度，才能避免發出錯誤的控制指令，這對于普通人而言有很大難度。基于本發明 所提出的遙控飛行系統，操作者可以同步觀察到飛行器所能“觀察”到的場景，令其有身處 現場般的視覺和操縱感受，普通人也能夠隨心所欲的控制飛行器。3.制造和使用成本低廉。無論是通信終端的制造或者采購成本，還是通信費用，都 相對低廉，完全能夠滿足大規模商業應用的要求。4.可對大量飛行器同時進行遠距離遙控，不受無線電頻段控制和監管的約束，這 對于大規模商業應用也是至關重要的。盡管本發明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列 運用，它完全可以被適用于各種適合本發明的領域，對于熟悉本領域的人員而言，可容易地 實現另外的修改，因此在不背離權利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發明并不限 于特定的細節和這里示出與描述的圖例。
權利要求
一種基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，包括遙控裝置及接受其遙控指令的飛行器，所述遙控裝置設置有指令輸入單元、中央處理單元，所述飛行器設置有飛行控制單元，其特征在于，所述遙控裝置與飛行器經由3G/4G通信網絡進行信令交互；所述遙控裝置進一步設置有3G/4G通信單元和顯示輸出單元，其中，所述3G/4G通信單元用于接收飛行器經由3G/4G通信網絡發送的包含飛行器當前所處環境的影像信息及飛行器本身狀態信息的飛行器實時狀態信息，以及，經由3G/4G通信網絡向飛行器發送遙控指令；所述顯示輸出單元則用于顯示輸出經中央處理單元處理后的飛行器實時狀態信息；所述飛行器進一步設置有3G/4G通信終端和影像獲取單元，其中，所述3G/4G通信終端用于經由3G/4G通信網絡向遙控裝置發送飛行器實時狀態信息，以及，接收遙控裝置經由3G/4G通信網絡發送的遙控指令；所述飛行控制單元根據該接收到的遙控指令調整飛行器的飛行狀態。
2.如權利要求1所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，其特征在于，所述遙控裝 置內進一步設置有數據存儲單元，該數據存儲單元用于存儲經中央處理單元處理后的飛行 器實時狀態信息。
3.如權利要求2所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，其特征在于，所述飛行器 實時狀態信息還包括飛行器航速、航向、飛行器高度、風向、風力、溫度、濕度信息。
4.如權利要求2所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，其特征在于，所述影像獲 取單元為攝像機，該攝像機具有可以與3G/4G通信終端對接的數據接口。
5.如權利要求2所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，其特征在于，所述顯示輸 出單元為顯示器。
6.如權利要求2所述的基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，其特征在于，所述指令輸 入單元為鍵盤、鼠標或操縱桿。
全文摘要
本發明公開了一種基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統，包括遙控裝置及接受其遙控指令的飛行器，所述遙控裝置與飛行器經由3G/4G通信網絡進行信令交互；所述遙控裝置進一步設置有與飛行器進行通信的3G/4G通信單元和輸出包含飛行器當前所處環境的影像信息及飛行器本身狀態信息的飛行器實時狀態信息的顯示輸出單元；所述飛行器進一步設置有與遙控裝置進行通信的3G/4G通信終端和獲取飛行器當前所處環境的影像信息的影像獲取單元。本發明所述基于3G/4G通信技術的遙控飛行系統利用3G/4G通信網絡和終端，代替傳統的無線電遙控飛行器所使用的專用無線電遙控設備，實現超遠距離的、具有現場感并可得到大規模商業應用的遙控飛行。
文檔編號G08C17/02GK101819711SQ20101013200
公開日2010年9月1日 申請日期2010年3月25日 優先權日2010年3月25日
發明者曹蕤 申請人:曹蕤