CN105869442A - 基于移动通信网络的民用无人机管控系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种基于移动通信网络的民用无人机管控系统及方法。该系统主要包括通过移动通信网络连接的用户端和管控服务器，用户端包括一个以上移动终端。飞行员或任务用户通过移动终端并使用移动通信网络向管控服务器发送飞行任务申请，移动终端在收到飞行任务审批服务器的批准信息后，才能进行飞行任务，否则只能在地面试车调试或在有限范围内试飞。并且，管控服务器也可通过移动通信网络对无人机进行飞行状态广播监视和任务执行监管。因此，该系统为一种从飞行任务申报到飞行状态广播监视，再到任务执行监管直到完成任务的完备管控系统，有效的解决了现阶段民用无人机实行的管控措施不完备的问题。

Description

基于移动通信网络的民用无人机管控系统及方法

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体而言，涉及一种基于移动通信网络的民用无人机管控系统及方法。

背景技术

随着技术的迅猛发展，无人机技术已经逐渐成熟。无人机的应用也从军事应用领域逐渐向民用领域渗透。越来越多的无人机用来执行空中摄影、大地测绘、电力巡线、电力架线、石油管道监控、植被长势分析、农药喷洒等民生领域。在“井喷”式的发展背后也同样存在着问题。与车辆和载人飞机一样，民用无人机作为一种通用运载工具，在其执行任务时同样对其周边设施和人员具有潜在的威胁性，这除了与飞行器本身飞行稳定性良莠不齐有关外，还与飞手缺乏相关飞行安全知识和飞行经验，更重要的是，飞行器本身也缺乏能够向空管部门实时上报自身位置的设备，致使军民航空管部门不能监控其飞行情况。而且在发展迅速的无人机领域，暂时对民用无人机实行的管控措施还尚不能与成熟的车辆或载人飞机的管控措施一样成熟。但如果没有完备的管控措施，任民用无人机无序飞行，势必是对公众安全的巨大威胁。如何依据现有的技术资源，全面有效的管控民用无人机，成为一项迫切的社会需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于移动通信网络的民用无人机管控系统及方法，以解决现阶段民用无人机实行的管控措施不完备的问题。

本发明提供了一种基于移动通信网络的民用无人机管控系统，其包括：通过移动通信网络连接的用户端和管控服务器；

所述用户端包括一个以上移动终端，所述移动终端设置飞行任务申请编辑模块和发送模块；

所述管控服务器包括：依次连接的报备数据库、飞行任务审批服务器、空中交通管制服务器和民航航空交通管制ATC数据库，且空中交通管制服务器和报备数据库连接。

在一些实施例中，优选为，所述移动通信网络包括：移动通信网络运营商服务器，以及基站或无线路由器，移动通信网络运营商服务器与基站或无线路由器连接；所述基站或无线路由器通过无线通信网络与所述移动终端连接；所述飞行任务审批服务器和空中交通管制服务器通过无线通信网络与所述运营商服务器连接。所述飞行任务审批服务器和空中交通管制服务器分别与主管部门终端连接。

上述无人机管控系统还包括无人机机载管控器，所述无人机机载管控器包括设置在无人机上的飞行状态自动广播监视器，所述飞行状态自动广播监视器通过无线通信网络分别与所述移动终端、空中交通管制服务器和民航航空交通管制ATC数据库连接；

所述飞行状态自动广播监视器包括依次连接的GPS或北斗卫星接收机、微控制器和移动通信收发器，所述GPS或北斗卫星接收机、微控制器和移动通信收发器分别与电源管理模块和备用电池连接；

所述微控制器连接有存储器，所述移动通信收发器通过所述移动通信网络与所述空中交通管制服务器连接。

所述飞行状态自动广播监视器还包括分别与所述微控制器连接的气压高度表和微机电系统MEMS惯导设备。

所述无人机机载管控器包括设置在无人机上的舵机管控器，所述舵机管控器的管控微处理器MCU通过外部通信接口与微控制器连接；所述舵机管控器还包括现场可编程逻辑门阵列FPGA，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA与所述管控微处理器MCU连接，并连接有舵机信号输入接口和舵机信号输出接口。

本发明还提供了一种基于移动通信网络的民用无人机管控方法，其包括：

S1：移动终端与管控服务器通过移动通信网络连接，移动终端向管控服务器发送飞行任务申请；

S2：管控服务器判断是否有审批所述飞行任务申请的权限，若没有权限，进行S3，否则，进行S4；

S3：主管部门终端判断是否批准所述飞行任务申请，若批准所述飞行任务申请，进行S5，否则，进行S6；

S4：管控服务器判断是否批准所述飞行任务申请，若批准所述飞行任务申请，进行S5，否则，进行S6；

S5：执行飞行任务中，管控服务器实时监控所述飞行任务是否依照所述飞行任务申请进行，若没有依照所述飞行任务申请进行，进行S7，否则，进行S8；

S6：在地面试车调试或在有限范围内试飞中，管控服务器实时监控所述飞行任务是否超出所述有限范围，若没有超出所述有限范围，则继续在地面试车调试或在有限范围内试飞，否则，进行S7；

S7：管控服务器通过移动通信网络向所述移动终端发送警告；

S8：飞行员或任务用户继续执行飞行任务直至任务完成。

在一些实施例中，优选为，所述S3和S4中还包括：若批准所述飞行任务申请，则发送批准密钥给移动终端，并将批准密钥存储到管控服务器的报备数据库；S5还包括，移动终端接收所述批准密钥。

管控服务器通过移动通信网络向所述移动终端发送初级警告；

根据初级警告更正飞行任务，则进行S8，或继续在地面试车调试或在有限范围内试飞；否则，管控服务器通过移动通信网络向所述移动终端发送二级警告；

根据二次警告更正飞行任务，则进行S8，或继续在地面试车调试或在有限范围内试飞；否则，管控服务器采取强制迫降无人机的措施，追究飞行员或任务用户的责任。

管控服务器采取强制迫降无人机的措施包括：管控服务器发送降落指令给管控微处理器MCU；降落指令由舵机信号输出接口传输给无人机上搭载的舵机，所述舵机为控制无人机动作的所有执行机构的总称；所述舵机操控无人机降落。

上述无人机管控方法还包括：

S9：空中交通管制服务器根据若飞行状态自动广播监视器发送的数据以及来民航航空交通管制ATC数据库的数据，进行计算分析，实时绘制出空域交通情势图；

S10：空中交通管制服务器将空域交通情势图发送给移动终端。

本发明实施例提供的基于移动通信网络的民用无人机管控系统及方法，与现有技术相比，包括通过移动通信网络连接的用户端和管控服务器，并且用户端包括一个以上移动终端，飞行员或任务用户通过移动终端并使用移动通信网络向所述管控服务器发送飞行任务申请。移动终端在收到管控服务器的飞行任务审批服务器的批准信息后，才能进行飞行任务，否则只能在地面试车调试或在有限范围内试飞。而且，管控服务器的空中交通管制服务器和民航航空交通管制ATC数据库会实时对无人机进行飞行操作监控，如若发现违规操作则对移动终端发出警报信息，迫其改正。该无人机管控系统自动化程度高，整个系统的运作可以自动完成，而且控制权归属清晰，无人机的飞行操作都可由主管部门的管控服务器决定或监控，并且主管部门可以随时介入行使其管控权利，以保护社会安全。从而，该无人机管控系统有效的解决了现阶段民用无人机实行的管控措施不完备的问题。

附图说明

图1为本发明一个实施例中基于移动通信网络的民用无人机管控系统结构图示意图；

图2为本发明一个实施例中无人机机载管控器结构示意图；

图3为本发明一个实施例中基于移动通信网络的民用无人机管控方法示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对现阶段的民用无人机实行的管控措施不完备的问题，本发明提出了一种基于移动通信网络的民用无人机管控系统及方法。如图1所示，基于移动通信网络的民用无人机管控系统具体包括：通过移动通信网络20连接的用户端10和管控服务器31，移动通信网络20为移动通信网络运营商，其包括移动通信网络运营商服务器140，以及基站或无线路由器130。移动通信网络运营商服务器140与基站或无线路由器130连接；基站或无线路由器130通过无线通信网络与移动终端连接。用户端10包括一个以上移动终端，飞行员或任务用户通过移动终端向管控服务器31发送飞行任务申请；管控服务器31包括：依次连接的报备数据库151、飞行任务审批服务器150、空中交通管制服务器152和民航航空交通管制ATC数据库153，且空中交通管制服务器152和报备数据库151连接。飞行任务审批服务器150和空中交通管制服务器152通过无线通信网络与移动通信网络运营商服务器140连接。

用户端10中的任务用户120以及飞行员110是飞行任务的发起者和操作者。对于应用民用无人机执行通航任务，其地面操控手(“飞手”)通过遥控信号控制民用无人机800，与飞行员110具有相同地位。提交飞行任务是由任务用户120和/或飞行员110通过移动终端111、移动终端121经由移动通信网络20提交给飞行任务审批服务器150得以完成。飞行任务审批服务器150的功能是审核由用户端10提交来的飞行任务，并判断是否给予批准。以上的审核及判断是由飞行任务审批服务器150完成的，审批结果备份在报备数据库151中。具体的无人机飞行任务申报方法参照专利《基于移动通信网络的通用航空器飞行任务申报审批系统及方法》或其他相关规定所要求保护的内容。若飞行任务审批服务器150批准飞行任务申请，则飞行员或任务用户执行飞行任务，并且管控服务器31实时监控飞行任务是否依照飞行任务申请进行。若飞行任务不审批服务器150批准飞行任务申请，则飞行员或任务用户在地面试车调试或在有限范围内试飞，管控服务器31实时监控飞行任务是否超出有限范围。该有限范围为相关规定的试飞范围或行业内大家所认同的试飞范围。

空中交通管制服务器152与民航ATC数据库153及报备数据库151相连通，信息共享。空中交通管制服务器152通过计算分析，实时绘制出空域交通情势图。空域交通情势图显示出该空域中活动的所有搭载通用航空器飞行状态自动广播监视器100的航空器以及民航ATC数据库153提供的该空域中活动的航班状态信息。飞行员110可以根据空域交通情势图分析判断，以规避危险事件发生。公众和相关部门可以通过接收广播的方式获得当时当地的空域交通情势图，以满足信息需求。具体的无人机飞行状态自动广播监视方法参照专利《基于移动通信网络的航空器飞行状态自动广播监视系统》所要求保护的内容。

飞行任务审批服务器150、报备数据库151和空中交通管制服务器152连接有主管部门终端40，主管部门终端40是为主管通用航空飞行任务审批和管控民用无人机的政府部门、安全部门设立的控制飞行任务审批服务器150和空中交通控制服务器152的接口。自动审批的相关规定由主管部门通过主管部门终端40录入。少数飞行任务审批服务器150不能自动完成的申报审批项目将由主管部门通过主管部门终端40人工审批，审批结构通过飞行任务审批服务器150发送至移动终端，并且将审批结构存储至报备数据库151。若飞行认为申请获得主管部门终端40批准，则在飞行任务进行中，主管部门终端40可通过空中交通管制服务器152对飞行任务进行监控管制。

在民用无人机800执行任务过程中，空中交通控制服务器152发现其行为与本次申报批准的飞行任务相悖，就会通过移动通信网络20向任务用户120、飞行员110的移动终端121、111分别发送警告。如果飞行员110没有改正，空中交通控制服务器152二次警告任务用户120、飞行员110并在空域交通情势图标记该民用无人机800为危险对象，提起公众对该无人机构成潜在危险的关注，提醒主管部门注意其动向。根据飞行员110的答复，主管部门可以采取相应措施。如果飞行员110答复声明他失去了对民用无人机800的控制，无法控制该无人机安全降落，或者飞行员110在二次警告下依旧无悔改反应也无答复，那么主管部门可以通过无人机机载管控器65接管对民用无人机800的控制依据相关法规对该违规民用无人机800采取强制迫降的措施，以确保公众安全。强制迫降的方法包括：打开机载降落伞、直升机自旋降落、固定翼平螺旋降落等方式。而且，无人机机载管控器65具有备用电源装置，所有在没有外接电源的情况下依然可以持续不断的广播民用无人机800的定位信息。操控民用无人机800的飞行员110可以以及定位信息搜索并回收该无人机。

如图2所示，无人机机载管控器65包括设置在无人机上的飞行状态自动广播监视器100和舵机管控器600。飞行状态自动广播监视器100通过无线通信网络与移动终端、空中交通管制服务器152和民航航空交通管制ATC数据库153连接。并且，飞行状态自动广播监视器100包括依次连接的GPS或北斗卫星接收机501、微控制器504和移动通信收发器505。GPS或北斗卫星接收机501、微控制器504和移动通信收发器505连接有电源管理模块和备用电池508，电源管理模块或备用电池508为通用航空器飞行状态自动广播监视器100提供稳定而持续的电源供应，即使在没有外部供电的情况下也可以保证长时间的持续工作。微控制器504连接有存储器506，移动通信收发器505通过移动通信网络20与空中交通管制服务器152连接。为了提高对民用无人机800的飞行状态的测量精度，并保证在接收不到卫星导航数据时依然可以测量飞行状态，飞行状态自动广播监视器100还包括分别与微控制器504连接的气压高度表502和微机电系统MEMS惯导设备503。飞行状态自动广播监视器100通过GPS/北斗卫星接收机501接收来自GPS/北斗卫星导航系统的导航数据和授时数据，用来确定民用无人机800此时刻的定位、高度、航向和航速等信息。并且，在微控制器504的控制下，GPS/北斗卫星接收机501、气压高度表502和MEMS惯导设备503协调工作，为通用航空器飞行状态自动广播监视器100持续的提供民用无人机800的高精度飞行状态数据。存储器506与微控制器504相连，存储着代表本次飞行获得许可的飞行任务批准密匙。通过外部通信接口507，微控制器504可以与其他机载设备进行通信。移动通信收发器505与微控制器504相连，接收来自移动通信网络20发来的数据，同时发送来自微控制器504的数据。

舵机管控器600的管控微处理器MCU601通过外部通信接口507与微控制器504连接；舵机管控器600还包括现场可编程逻辑门阵列FPGA602，现场可编程逻辑门阵列FPGA602与管控微处理器MCU601连接，并连接有舵机信号输入接口603和舵机信号输出接口604。管控微处理器MCU 601与外部通信接口507相连，以获得民用无人机800的飞行状态信息。在管控MCU601的控制下FPGA 602可以管控多路舵机信号的输入输出。这里的舵机信号是指由民用无人机800搭载的遥控接收机或飞行控制器发送给机载执行机构的所有类型控制信号的总称，具有广义性。FPGA 601与舵机信号输入接口603和舵机信号输出接口604相连。舵机信号输入接口603与民用无人机800搭载的遥控接收机或飞行控制器相连，接收民用无人机800搭载的遥控接收机或飞行控制器发送给舵机的控制信号。舵机信号输出接口604与民用无人机800上搭载的舵机相连接，以控制舵机的动作，从而直接控制民用无人机800。这里的舵机是指用来控制民用无人机800动作的所有执行机构的总称，也同样具有广义性。

本发明还公开了一种基于移动通信网络的民用无人机管控方法，如图3所示，包括：

S1：移动终端与管控服务器31通过移动通信网络20连接，飞行员或任务用户通过移动终端向管控服务器31发送飞行任务申请；

S2：管控服务器31判断是否有审批飞行任务申请的权限，若没有权限，进行S3，否则，进行S4；

S3：主管部门人员通过主管部门终端40判断是否批准飞行任务申请，若批准飞行任务申请，进行S5，则发送批准密钥给移动终端，并将批准密钥存储到管控服务器31的报备数据库151；否则，进行S6；

S4：管控服务器31判断是否批准飞行任务申请，若批准飞行任务申请，进行S5，则发送批准密钥给移动终端，并将批准密钥存储到管控服务器31的报备数据库151；否则，进行S6；

S5：移动终端接收批准密钥，飞行员或任务用户执行飞行任务，管控服务器31实时监控飞行任务是否依照飞行任务申请进行，若没有依照飞行任务申请进行，进行S7，否则，进行S8；

S6：飞行员或任务用户在地面试车调试或在有限范围内试飞，管控服务器31实时监控飞行任务是否超出有限范围，若没有超出有限范围，则继续在地面试车调试或在有限范围内试飞，否则，进行S7；

S7：管控服务器31通过移动通信网络20向移动终端发送初级警告；飞行员或任务用户根据初级警告更正飞行任务，则进行S8，或继续在地面试车调试或在有限范围内试飞；否则，管控服务器31通过移动通信网络20向移动终端发送二级警告；

飞行员或任务用户根据二次警告更正飞行任务，则进行S8，或继续在地面试车调试或在有限范围内试飞；否则，管控服务器31采取强制迫降无人机的措施，追究飞行员或任务用户的责任。

S8：飞行员或任务用户继续执行飞行任务直至任务完成，或中断飞行任务。

S9：空中交通管制服务器152根据若飞行状态自动广播监视器100发送的数据以及来民航航空交通管制ATC数据库153的数据，进行计算分析，实时绘制出空域交通情势图；

S10：空中交通管制服务器152将空域交通情势图发送给移动终端。

上述管控服务器31采取强制迫降无人机的措施包括：

管控服务器31发送降落指令给管控微处理器MCU；

降落指令由舵机信号输出接口604传输给无人机上搭载的舵机，舵机为控制无人机动作的所有执行机构的总称；舵机操控无人机降落。强制迫降的方法包括：打开机载降落伞、直升机自旋降落、固定翼平螺旋降落等方式。

该民用无人机管控方法的原理及操作过程同上述民用无人机管控系统相同，故不再作详细陈述。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于移动通信网络的民用无人机管控系统，其特征在于，包括：通过移动通信网络(20)连接的用户端(10)和管控服务器(31)；

所述用户端(10)包括一个以上移动终端，所述移动终端设置飞行任务申请编辑模块和发送模块；

所述管控服务器(31)包括：依次连接的报备数据库(151)、飞行任务审批服务器(150)、空中交通管制服务器(152)和民航航空交通管制ATC数据库(153)，且空中交通管制服务器(152)和报备数据库(151)连接。

2.如权利要求1所述的基于移动通信网络的民用无人机管控系统，其特征在于，所述移动通信网络(20)包括：移动通信网络运营商服务器(140)，以及基站或无线路由器(130)，移动通信网络运营商服务器(140)与基站或无线路由器(130)连接；所述基站或无线路由器(130)通过无线通信网络与所述移动终端连接；

所述飞行任务审批服务器(150)和空中交通管制服务器(152)通过网络与所述运营商服务器(140)连接；

和/或，

所述飞行任务审批服务器(150)、报备数据库(151)和空中交通管制服务器(152)分别与主管部门终端(40)连接。

3.如权利要求1所述的基于移动通信网络的民用无人机管控系统，其特征在于，还包括无人机机载管控器(65)，所述无人机机载管控器(65)包括设置在无人机上的飞行状态自动广播监视器(100)，所述飞行状态自动广播监视器(100)通过无线通信网络分别与所述移动终端、空中交通管制服务器(152)和民航航空交通管制ATC数据库(153)连接；

所述飞行状态自动广播监视器(100)包括依次连接的GPS或北斗卫星接收机(501)、微控制器(504)和移动通信收发器(505)；所述GPS或北斗卫星接收机(501)、微控制器(504)和移动通信收发器(505)分别与电源管理模块和备用电池(508)连接；

所述微控制器(504)连接有存储器(506)，所述移动通信收发器(505)通过所述移动通信网络(20)与所述空中交通管制服务器(152)连接。

4.如权利要求3所述的基于移动通信网络的民用无人机管控系统，其特征在于，所述飞行状态自动广播监视器(100)还包括分别与所述微控制器(504)连接的气压高度表(502)和微机电系统MEMS惯导设备(503)。

5.如权利要求3所述的基于移动通信网络的民用无人机管控系统，其特征在于，所述无人机机载管控器(65)包括设置在无人机上的舵机管控器(600)，所述舵机管控器(600)的管控微处理器MCU(601)通过外部通信接口(507)与微控制器(504)连接；所述舵机管控器(600)还包括现场可编程逻辑门阵列FPGA(602)，所述现场可编程逻辑门阵列FPGA(602)与所述管控微处理器MCU(601)连接，并连接有舵机信号输入接口(603)和舵机信号输出接口(604)。

6.一种基于移动通信网络的民用无人机管控方法，其特征在于，包括：

S1：移动终端与管控服务器(31)通过移动通信网络(20)连接，移动终端向管控服务器(31)发送飞行任务申请；

S2：管控服务器(31)判断是否有审批所述飞行任务申请的权限，若没有权限，进行S3，否则，进行S4；

S3：主管部门终端(40)判断是否批准所述飞行任务申请，若批准所述飞行任务申请，进行S5，否则，进行S6；

S4：管控服务器(31)判断是否批准所述飞行任务申请，若批准所述飞行任务申请，进行S5，否则，进行S6；

S5：执行飞行任务中，管控服务器(31)实时监控所述飞行任务是否依照所述飞行任务申请进行，若没有依照所述飞行任务申请进行，进行S7，否则，进行S8；

S6：在地面试车调试或在有限范围内试飞中，管控服务器(31)实时监控所述飞行任务是否超出所述有限范围，若没有超出所述有限范围，则继续在地面试车调试或在有限范围内试飞，否则，进行S7；

S7：管控服务器(31)通过移动通信网络(20)向所述移动终端发送警告；

S8：继续执行飞行任务直至任务完成。

7.如权利要求6所述的基于移动通信网络的民用无人机管控方法，其特征在于，所述S3和S4中还包括：若批准所述飞行任务申请，则发送批准密钥给移动终端，并将批准密钥存储到管控服务器(31)的报备数据库(151)；

S5还包括，移动终端接收所述批准密钥。

8.如权利要求6所述的基于移动通信网络的民用无人机管控方法，其特征在于，所述S7包括：

管控服务器(31)通过移动通信网络(20)向所述移动终端发送初级警告；

根据初级警告更正飞行任务，则进行S8，或继续在地面试车调试或在有限范围内试飞；否则，管控服务器(31)通过移动通信网络(20)向所述移动终端发送二级警告；

根据二次警告更正飞行任务，则进行S8，或继续在地面试车调试或在有限范围内试飞；否则，管控服务器(31)采取强制迫降无人机的措施，追究责任。

9.如权利要求8所述的基于移动通信网络的民用无人机管控方法，其特征在于，管控服务器(31)采取强制迫降无人机的措施包括：

管控服务器(31)发送降落指令给管控微处理器MCU；

降落指令由舵机信号输出接口(604)传输给无人机上搭载的舵机，所述舵机为控制无人机动作的所有执行机构的总称；

所述舵机操控无人机降落。

10.如权利要求6所述的基于移动通信网络的民用无人机管控方法，其特征在于，还包括：

S9：空中交通管制服务器(152)根据由飞行状态自动广播监视器(100)发送的数据以及来民航航空交通管制ATC数据库(153)的数据，实时绘制出空域交通情势图；

S10：空中交通管制服务器(152)将空域交通情势图发送给移动终端。