论文部分内容阅读
摘要：在分析民用無人机飞行控制要求的基础上，从其工作原理角度讨论，就基于无线通信网络的无人机监控系统设计中关键模块和功能进行分析，希望对于今后的无人机监控系统发展具有一定帮助。
关键词：无人机监控；无线通信网络；系统设计；关键技术
在控制民用无人机的飞行过程中，相关部门应该进一步完善规章制度，并从技术层面有效监管无人机的飞行过程，更好地预防不必要的事故问题。当前，在实践中应用比较为广泛的则是2010 年发布的 Mission Planner。从国内情况来看，则是匿名科创开源无人机团队所提出的ANO 地面站系统，这里结合相关的技术措施，重点探讨了相关基于无线通信网络的无人机监控系统中相关涉及到技术问题，能够实现GSM/GPRS 信号覆盖范围的情况下，有效实现无人机的实时监控要求。
1 工作原理分析
将监控模块安装在无人机上，结合相关地面站的监控软件的作用，使得无人机无序放飞情况得到改善，在具体的无人机监控过程中，则应该保证地面站系统、无人机系统构建合理的通信链路，保证有效实施传输其飞行数据到地面工作站。一般来说，在上述的数据传输方面，数传电台的方式则是小型四旋翼无人机与地面站相互通信常用的手段，这种方式能实现传输距离在1公里之内，由于比较短的传输距离，使得监控范围受到局限。为了进一步保证监控范围的扩大，提升监控系统的有效性，这里提出监控系统以 GSM/GPRS 无线通信网络作为通信链路，主要就是能实现相关的无线通信信号覆盖下的无人机监控工作[1]。
在监控工作中，无人机的GPS信息、飞行参数等都是由飞行控制器所提供，相应的监控模块则是从飞行控制器获取飞行参数，利用相应的GSM/GPRS 无线通信模块，实现数据传输到运营商服务器。在此基础上，地面系统能够利用网络来获得上述的无人机飞行相关参数，结合电子地理的围栏功能，有效判定无人机的飞行区域。这里所讲的电子地理围栏，主要就是包括结合用户要求，在地面站上，进行无人机飞行区域的设置，一般来说，则是往往构成封闭的多边形 GPS 区域，在其区域中，涉及到平面范围以及最低、最高高度等参数。通过电子地理围栏功能，能保证对于超过区域设置的无人机来说，能自动启动返航模式，实现达到预定位置并悬停，进一步等待用户指令。对于用户来说，通过发射器的开关实现控制。结合实际需求，本系统中的电子地理围栏除去传统功能外，还能在非预定区域外进行报警处理，并及时通知操作人员。
2 系统设计与实现
从实际需求来看，无人机监控系统主要包括机载监控模块以及地面模块。其中，无人机上安装机载监控模块，其独立于无人机而存在，主要是对于无人机的位置信息进行采集，并利用GSM/GPRS 无线通信网络，实现数据传输，发送运营商服器；地面模块主要涉及到地面站计算、服务器以及地面站软件等几部分。对于在运营商机房中的服务器来说，则是进行数据存储的介质，实现相关的数据交换，可以看做是地面站和无人机的桥梁；监控监管无人机的终端则是地面站计算机；地面系统中的相关功能软件，则是可以读取到的无人机的位置信息以及必要运行参数在显示器中显示，在出现无人机越界时，发出相关警报处理，并利用手机短信来通知操作人员[2]。
2.1 机载监控模块设计
在设计机载监控模块中，其和飞控设备以及其他用电设备公用一个电源。其主要设置在飞控与数传无线电台之间，通过这样的设计，主要就是有效保障监控系统所采集数据的客观性，避免外界影响，保证监控系统服务于独立的第三方监管部门。结合相应的需求，设置相关的机载监控模块功能。针对特定型号的无人机类型，满足无人机飞控与无线电台之间通过串口进行通信，并选择MAVLink 协议格式进行数据打包处理。所以，为了准确获得无人机所涉及到相关的GPS 位置信息、飞行参数等，机载监控模块要求具备相关的串口通信要求，同时能实现解包 MAVLink 协议帧。
2.2 地面模块设计
应用地面模块的过程中，主要实现有效处理机载监控模块发来的无人机位置数据，主要涉及到地面站、服务器等两部分内容。服务器实现数据存储，这些数据则是机载监控模块通过 GSM/GPRS 无线通信网络所发来的数据，设置于运营商机房中，则是数据链路的中继。
对于上述提到的机载模块采集的数据的处理过程则是通过地面站计算机系统完成，这是监控系统的终端。在互联网的作用线，利用相关的软件功能，能在友好的用户界面中显示访问服务器得到的数据。同时，结合监控系统的核心功能要求，地面站软件还具备相关的判断功能，能对于无人机是否在电子地理围栏范围内进行判断，如果出现与设计不同的情况，则及时发出警报，并通知操作人员。
在实现地理围栏功能中，需要无人机的机载模块以及地面站系统的共同完成，结合软件功能，用户结合使用需求，在软件中划出多边形区域则是地理围栏，通过相关机载模块的设定，及时将必要的GPS信息传送给服务器。通过地面站软件，获取无人机相关信息后，利用射线法，结合相关设定的地理围栏区域信息，比较相关的无人机位置信息，对其判断是否存在围栏区域内。当出现超越围栏的情况，则通过地面站进行机载模块发送指令操作，并要求无人机返航，按照预定返航点进行。
3 结语
结合当前四旋翼无人机飞控的发展，实现输出接口采集无人机的GPS信息以及飞行参数，利用GSM/GPRS无线通信网络技术，数据传输至服务器，满足预期功能要求；地面计算机系统，利用互联网技术，从服务器中读取相应的无人机数据，并能在用户界面上进行显示。并结合系统中的电子地理围栏功能，保证无人机的实时监控功能的实现，通过本文的分析，有效位今后的小型民用四旋翼无人机的监管提供相关思路。
参考文献：
[1]周国栋，胡延霖，于克振. 基于GIS和GPS的某小型无人机监控及导航系统设计与实现[J]. 航空兵器，2006，（2）.
[2]聂振钢，张晓林. 一种新的无人机监控图像实时目标识别算法[J]. 遥测遥控，2007，28（2）.
关键词：无人机监控；无线通信网络；系统设计；关键技术
在控制民用无人机的飞行过程中，相关部门应该进一步完善规章制度，并从技术层面有效监管无人机的飞行过程，更好地预防不必要的事故问题。当前，在实践中应用比较为广泛的则是2010 年发布的 Mission Planner。从国内情况来看，则是匿名科创开源无人机团队所提出的ANO 地面站系统，这里结合相关的技术措施，重点探讨了相关基于无线通信网络的无人机监控系统中相关涉及到技术问题，能够实现GSM/GPRS 信号覆盖范围的情况下，有效实现无人机的实时监控要求。
1 工作原理分析
将监控模块安装在无人机上，结合相关地面站的监控软件的作用，使得无人机无序放飞情况得到改善，在具体的无人机监控过程中，则应该保证地面站系统、无人机系统构建合理的通信链路，保证有效实施传输其飞行数据到地面工作站。一般来说，在上述的数据传输方面，数传电台的方式则是小型四旋翼无人机与地面站相互通信常用的手段，这种方式能实现传输距离在1公里之内，由于比较短的传输距离，使得监控范围受到局限。为了进一步保证监控范围的扩大，提升监控系统的有效性，这里提出监控系统以 GSM/GPRS 无线通信网络作为通信链路，主要就是能实现相关的无线通信信号覆盖下的无人机监控工作[1]。
在监控工作中，无人机的GPS信息、飞行参数等都是由飞行控制器所提供，相应的监控模块则是从飞行控制器获取飞行参数，利用相应的GSM/GPRS 无线通信模块，实现数据传输到运营商服务器。在此基础上，地面系统能够利用网络来获得上述的无人机飞行相关参数，结合电子地理的围栏功能，有效判定无人机的飞行区域。这里所讲的电子地理围栏，主要就是包括结合用户要求，在地面站上，进行无人机飞行区域的设置，一般来说，则是往往构成封闭的多边形 GPS 区域，在其区域中，涉及到平面范围以及最低、最高高度等参数。通过电子地理围栏功能，能保证对于超过区域设置的无人机来说，能自动启动返航模式，实现达到预定位置并悬停，进一步等待用户指令。对于用户来说，通过发射器的开关实现控制。结合实际需求，本系统中的电子地理围栏除去传统功能外，还能在非预定区域外进行报警处理，并及时通知操作人员。
2 系统设计与实现
从实际需求来看，无人机监控系统主要包括机载监控模块以及地面模块。其中，无人机上安装机载监控模块，其独立于无人机而存在，主要是对于无人机的位置信息进行采集，并利用GSM/GPRS 无线通信网络，实现数据传输，发送运营商服器；地面模块主要涉及到地面站计算、服务器以及地面站软件等几部分。对于在运营商机房中的服务器来说，则是进行数据存储的介质，实现相关的数据交换，可以看做是地面站和无人机的桥梁；监控监管无人机的终端则是地面站计算机；地面系统中的相关功能软件，则是可以读取到的无人机的位置信息以及必要运行参数在显示器中显示，在出现无人机越界时，发出相关警报处理，并利用手机短信来通知操作人员[2]。
2.1 机载监控模块设计
在设计机载监控模块中，其和飞控设备以及其他用电设备公用一个电源。其主要设置在飞控与数传无线电台之间，通过这样的设计，主要就是有效保障监控系统所采集数据的客观性，避免外界影响，保证监控系统服务于独立的第三方监管部门。结合相应的需求，设置相关的机载监控模块功能。针对特定型号的无人机类型，满足无人机飞控与无线电台之间通过串口进行通信，并选择MAVLink 协议格式进行数据打包处理。所以，为了准确获得无人机所涉及到相关的GPS 位置信息、飞行参数等，机载监控模块要求具备相关的串口通信要求，同时能实现解包 MAVLink 协议帧。
2.2 地面模块设计
应用地面模块的过程中，主要实现有效处理机载监控模块发来的无人机位置数据，主要涉及到地面站、服务器等两部分内容。服务器实现数据存储，这些数据则是机载监控模块通过 GSM/GPRS 无线通信网络所发来的数据，设置于运营商机房中，则是数据链路的中继。
对于上述提到的机载模块采集的数据的处理过程则是通过地面站计算机系统完成，这是监控系统的终端。在互联网的作用线，利用相关的软件功能，能在友好的用户界面中显示访问服务器得到的数据。同时，结合监控系统的核心功能要求，地面站软件还具备相关的判断功能，能对于无人机是否在电子地理围栏范围内进行判断，如果出现与设计不同的情况，则及时发出警报，并通知操作人员。
在实现地理围栏功能中，需要无人机的机载模块以及地面站系统的共同完成，结合软件功能，用户结合使用需求，在软件中划出多边形区域则是地理围栏，通过相关机载模块的设定，及时将必要的GPS信息传送给服务器。通过地面站软件，获取无人机相关信息后，利用射线法，结合相关设定的地理围栏区域信息，比较相关的无人机位置信息，对其判断是否存在围栏区域内。当出现超越围栏的情况，则通过地面站进行机载模块发送指令操作，并要求无人机返航，按照预定返航点进行。
3 结语
结合当前四旋翼无人机飞控的发展，实现输出接口采集无人机的GPS信息以及飞行参数，利用GSM/GPRS无线通信网络技术，数据传输至服务器，满足预期功能要求；地面计算机系统，利用互联网技术，从服务器中读取相应的无人机数据，并能在用户界面上进行显示。并结合系统中的电子地理围栏功能，保证无人机的实时监控功能的实现，通过本文的分析，有效位今后的小型民用四旋翼无人机的监管提供相关思路。
参考文献：
[1]周国栋，胡延霖，于克振. 基于GIS和GPS的某小型无人机监控及导航系统设计与实现[J]. 航空兵器，2006，（2）.
[2]聂振钢，张晓林. 一种新的无人机监控图像实时目标识别算法[J]. 遥测遥控，2007，28（2）.