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CN110635831B - 一种基于fdma的无人机测控蜂窝通信方法 - Google Patents

一种基于fdma的无人机测控蜂窝通信方法 Download PDF

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CN110635831B
CN110635831B CN201910943226.8A CN201910943226A CN110635831B CN 110635831 B CN110635831 B CN 110635831B CN 201910943226 A CN201910943226 A CN 201910943226A CN 110635831 B CN110635831 B CN 110635831B
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Abstract

本发明公开了一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，包括：搭建混合基站；利用混合基站构建蜂窝通信网络；为蜂窝通信网络分配一个下行频段、上行频段和宽带频段；为每个无人机分配一个窄带下行频段和窄带上行频段；从混合基站中选择出无人机的活动基站，调整活动基站天线单元方向；活动基站向无人机发送通知信息，使无人机天线单元的方向与活动基站的基站天线单元方向相匹配；无人机在窄带下行频段广播遥测帧信号；活动基站接收遥测帧信号进行解调、译码和帧格式解析得到遥测帧；活动基站将遥测帧转发至主控台；本发明通过FDMA技术，避免了无人机之间的信号干扰，其可以容纳多个无人机，解决了无人机测控系统的多址接入问题。

Description

一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法
技术领域
本发明属于无人机通信技术领域，具体涉及一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法。
背景技术
随着无人机技术的发展，无人机不再简单应用于影视拍摄、微型自拍等方面，在农业、物流、灾难救援、观察野生动物、监控传染病、测绘、新闻报道、电力巡检等领域均有应用，中远距离无人机测控问题也越发得到关注。无人机测控系统包含无人机遥测、视频下行及无人机遥控。无人机测控是跟踪定位无人机、监视无人机工作状态、获取视频数据和遥控无人机的重要手段。通过无人机遥测和视频下行，获得无人机设备状态信息、无人机搭载的传感器数据和无人机拍摄的实时视频，并通过直播视频流、事后分析设备状态及传感器数据，为无人机巡检和无人机的正常运行提供不可或缺的作用。通过无人机遥控，可以控制无人机完成指定的动作和任务。
现有的无人机大都采用电台通信方式，无人机通过无线电台与控制台连接，其通信距离受限，一般不超过50公里，不能满足中远距离测控。少部分远距离飞行无人机采用卫星信道，需要无人机本身携带卫星终端，成本高昂；大部分卫星终端体积大、重量大，需占用无人机有限载荷量。少部分卫星终端虽体积较小但码速率低，不能满足图传需求。
此外，现有的无人机测控系统在通信体制上大都采用点到点通信，即一个测控站同时只与一架无人机通信；少部分无人机测控系统虽然能够容纳多架无人机，但是其测控地面站数目只有一个，由于测控地面站数目少，所以可支持的无人机测控范围也相对较小。现阶段没有单位和个人对无人机采用混合基站蜂窝通信，与其相对应的基于FDMA(频分多址)进行无人机物理层通信的方式以及相应的自定义链路层协议也没有出现过。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其利用蜂窝通信网络进行通信，解决了电台通信模式下无人机测控范围过小的问题，解决了卫星通信模式下卫星终端成本高昂的问题。
本发明所采用的技术方案为：一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，包括以下步骤：
搭建混合基站，且每个混合基站均设置基站天线单元和定位模块，每个无人机均设置无人机天线单元和定位模块；
利用混合基站构建蜂窝通信网络；
为蜂窝通信网络分配一个下行频段、上行频段和宽带频段；
为每个无人机分配一个相互正交的窄带下行频段和窄带上行频段，且窄带下行频段处于下行频段的范围内，窄带上行频段处于上行频段的范围内；
各个混合基站获取每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频，并将每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频存储在混合基站的无人机信息表中；
在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向；
所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配；
各个无人机判断是否存在管辖自己的活动基站，若存在，则该无人机利用无人机天线单元在宽带频段发送视频流数据，该无人机对自己的遥测帧进行编码和调制，并上变频到该无人机的窄带下行频段广播遥测帧信号；
活动基站接收下行频段内的遥测帧信号并进行解调，然后从各路解调通道中选择出自身管辖的无人机的解调通道，活动基站对该解调通道的解调信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；该活动基站利用基站天线单元在宽带频段接收该活动基站管辖的无人机的视频流数据；
活动基站将自己管辖的无人机的遥测帧和视频流数据转发至主控台；
主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧；
活动基站对遥控指令帧进行编码、调制并上变频到待遥控无人机的窄带上行频段广播遥控指令帧信号；
待遥控无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到遥控指令帧；
待遥控无人机执行遥控指令帧的遥控指令。
作为优选方式，在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向包括以下步骤：
在每个时间片Δt内，各个无人机对下行路由帧进行编码、调制并上变频到该无人机的窄带下行频段进行广播下行路由帧信号，所述下行路由帧包括无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和时间戳t；
各混合基站接收下行频段内的下行路由帧信号，采用并行解调法处理收到的下行路由帧信号，然后对各路解调通道的下行路由帧信号分别进行译码和帧格式解析得到下行路由帧，然后将下行路由帧中无人机的位置信息存储在混合基站的无人机位置表中；
各混合基站根据无人机的位置信息计算自身与所有无人机的距离信息，并将距离信息发送至主控台，主控台根据每个混合基站发送的距离信息为各个无人机选择出距离最近的混合基站作为该无人机的活动基站，然后主控台将各活动基站的信息写入主控台的活动基站信息表中；
各活动基站从无人机位置表中查询自身管辖的无人机位置信息，并结合自身的位置信息调整自身基站天线单元的方向。
作为优选方式，计算无人机与混合基站之间的距离信息具体为：以地心为原点建立三维直角坐标系，再将无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和混合基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB分别转换为三维直角坐标系下的坐标，得到无人机的坐标点A(Xv,Yv,Zv)和混合基站的坐标点B(XB,YB,ZB)，然后计算出坐标点A(Xv,Yv,Zv)和坐标点B(XB,YB,ZB)之间的距离，即为无人机与混合基站之间的距离
Figure BDA0002223496930000041
作为优选方式，所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配包括以下步骤：
在每个时间片Δt内，活动基站对上行路由帧进行编码、调制并上变频到自己管辖的无人机窄带上行频段广播上行路由帧信号，所述上行路由帧包括活动基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB；
无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到上行路由帧；
各无人机根据上行路由帧中管辖自己的活动基站的位置信息，并结合自身的位置信息调整无人机天线单元的方向，使无人机天线单元的方向与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配。
作为优选方式，所述下行路由帧、上行路由帧、遥测帧和遥控指令帧均设有校验和FCS字段，所述校验和FCS字段用于判断接收的帧是否准确无误。
作为优选方式，所述基站天线单元和无人机天线单元均包括全向天线和MIMO天线。
作为优选方式，各个无人机利用MIMO天线在宽带频段发送视频流数据。
作为优选方式，所述主控台先在活动基站信息表中查询待遥控无人机的活动基站，然后主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧。
作为优选方式，待遥控无人机执行遥控指令后，该无人机在窄带下行频段广播遥控指令回执，如果活动基站在规定时间内未成功接收到该遥控指令回执，则活动基站重新广播遥控指令帧信号。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过混合基站蜂窝通信网络，解决了电台通信模式下无人机测控范围过小的问题，解决了卫星通信模式下卫星终端成本高昂的问题，由于无需携带卫星终端，相对增加了无人机可用载荷量。
2、本发明通过FDMA(频分多址)技术，利用互相正交的频段来区分不同无人机，避免了每个无人机信号之间的干扰，使得系统可以容纳多个无人机，解决了无人机测控系统的多址接入问题。
3、本发明自定义了无人机测控链路层协议，通过下行路由帧为基站建立无人机拓扑，并为各无人机选择活动基站；通过上行路由帧为无人机建立活动基站拓扑；通过遥测帧为无人机传输遥测数据；通过遥控指令帧向无人机发送遥控指令；通过遥控指令回执来判断无人机是否执行了指令，保证遥控了指令传输的可靠性，并且遥控指令回执相对较短，对整个通信系统带来的负担小。
4、本发明通过MIMO(多入多出)技术，利用定向天线来传输无人机的视频下行数据，并且为视频下行链路分配了单独的频段，信道质量好、容量大，满足了无人机视频传输的高带宽需求。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法中混合基站蜂窝通信拓扑图；
图2是本发明提供的一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法中混合基站的接收机的工作框图；
图3是本发明提供的一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法中的工作流程图。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，如图3所示，包括以下步骤：
S1，搭建M个混合基站BS0、BS1、BS2、…、BSM-1，且每个混合基站均设置基站天线单元和定位模块，每个无人机均设置无人机天线单元和定位模块(GPS/北斗/GALILEO/GLONASS)，实现混合基站与无人机之间的通信，混合基站与主控台之间可以通过任意的链路通信，如利用中继卫星、3G/4G/5G网络或者光纤，进而解决无人机与主控台之间的通信。所述基站天线单元和无人机天线单元均包括全向天线和MIMO天线，全向天线用于传输遥测、遥控数据，MIMO天线用于传输视频流数据。本发明通过MIMO(多入多出)技术，利用定向天线来传输无人机的视频下行数据，并且为视频下行链路分配了单独的频段，信道质量好、容量大，满足了无人机视频传输的高带宽需求。
S2，利用混合基站构建蜂窝通信网络；如图1所示，蜂窝通信网络中的单个混合基站可覆盖半径10-100公里的区域，通过合理布局使多个混合基站覆盖更大的区域，为了防止某些区域未覆盖，混合基站之间覆盖区域有交叉。一旦蜂窝通信网络构建完成，每个混合基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB就可以写入混合基站的存储器中。本发明利用混合基站蜂窝通信网络，解决了电台通信模式下无人机测控范围过小的问题，解决了卫星通信模式下卫星终端成本高昂的问题，由于无需携带卫星终端，相对增加了无人机可用载荷量。
S3，为蜂窝通信网络分配一个下行频段fDL～fDU、上行频段fUL～fUU和宽带频段。下行路由和遥测共同使用下行频段，上行路由和遥控共同使用上行频段，视频下行使用宽带频段。
S4，为每个无人机分配一个相互正交的窄带下行频段和窄带上行频段，且窄带下行频段处于下行频段的范围内，窄带上行频段处于上行频段的范围内。假设一共有N个无人机V0、V1、V2、…、VN-1，则无人机V0、V1、V2、…、VN-1的窄带下行载频(即为窄带下行频段的中心频率)分别为fD0、fD1、fD2、…、fDN-1，窄带上行载频(即为窄带上行频段的中心频率)分别为fU0、fU1、fU2、…、fUN-1；其中fDL<fD0<fD1<fD2<…<fDN-1<fDU，fUL<fU0<fU1<fU2<…<fUN-1<fUU，各个窄带下行频段和窄带上行频段之间相互正交以保证不同无人机信号之间互不干扰。
S5，主控台向各个混合基站发送每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频，各混合基站接收到每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频后，将每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频存储进混合基站的无人机信息表中。其中，无人机信息表的格式及其说明分别如表101和102所示。
表101无人机信息表的格式
无人机编号 窄带下行载频 窄带上行载频
UINT16类型，2字节 FLOAT，4字节 FLOAT，4字节
表102无人机信息表的说明
名称 说明
无人机编号 赋予无人机唯一的编号，UINT16类型，2字节
窄带下行频率 该无人机的窄带下行载频，FLOAT类型，4字节
窄带上行频率 该无人机的窄带上行载频，FLOAT类型，4字节
S6，在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向，具体包括以下步骤：
S61，在每个时间片Δt内，各无人机在每个时间片Δt内向定位模块(GPS/北斗/GALILEO/GLONASS)获取无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和时间戳t并形成下行路由帧RD，各个无人机对下行路由帧进行编码、调制并上变频到该无人机的窄带下行频段进行广播下行路由帧信号。其中，下行路由帧RD的格式及其说明分别如表103和104所示。
表103下行路由帧的格式
Figure BDA0002223496930000081
表104下行路由帧的格式说明
Figure BDA0002223496930000082
S62，各混合基站接收下行频段内的下行路由帧信号，采用并行解调法处理收到的下行路由帧信号，每个混合基站的接收机均有N路解调通道，分别对应总共N个无人机，每一路解调通道应采用对应无人机的窄带下行频段进行解调，混合基站的接收机的工作框图如图2所示。由于每个无人机的窄带下行频段相互正交，所以每一支路只会解调出对应无人机的下行路由帧信号。混合基站对各路解调通道的下行路由帧信号分别进行译码和帧格式解析得到下行路由帧，混合基站通过下行路由帧中的校验和FCS字段判断收到的下行路由帧是否准确无误，若否，则丢弃该下行路由帧；若是，则混合基站将下行路由帧中无人机的位置信息存储在混合基站的无人机位置表中，帧中无人机的位置信息包括无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv。其中，无人机位置表的格式及其说明分别如表105和106所示。
表105无人机位置表的格式
Figure BDA0002223496930000091
表106无人机位置表的说明
名称 说明
无人机编号 赋予无人机唯一的编号，UINT16类型，2字节
经度 无人机在地球球面坐标系的横坐标，FLOAT类型，4字节
纬度 无人机在地球球面坐标系的纵坐标，FLOAT类型，4字节
高度 无人机的海拔高度，FLOAT类型，4字节
时间戳 无人机向定位模块获取的时间信息，DATETIME，4字节
S63，各混合基站根据无人机的位置信息计算自身与所有无人机的距离信息，并将距离信息发送至主控台，主控台根据每个混合基站发送的距离信息为各个无人机选择出距离最近的混合基站作为该无人机的活动基站，主控台通知混合基站成为对应无人机的活动基站，然后主控台将各活动基站的信息写入主控台的活动基站信息表中，活动基站信息表的格式及其说明分别如表107和108所示。其中，计算无人机与混合基站之间的距离信息具体为：以地心为原点建立三维直角坐标系，再将无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和混合基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB分别转换为三维直角坐标系下的坐标，得到无人机的坐标点A(Xv,Yv,Zv)和混合基站的坐标点B(XB,YB,ZB)，然后计算出坐标点A(Xv,Yv,Zv)和坐标点B(XB,YB,ZB)之间的距离，即为无人机与混合基站之间的距离
Figure BDA0002223496930000092
表107活动基站信息表
无人机编号 活动基站编号
UINT16型,2字节 UINT16型，2字节
表108活动基站信息表的说明
名称 说明
无人机编号 赋予无人机唯一的编号，UINT16类型，2字节
活动基站编号 为该无人机传输遥测信号的混合基站编号，UINT16，2字节
S64，各活动基站从无人机位置表中查询自身管辖的无人机位置信息，并结合自身的位置信息调整自身MIMO天线波束的方向，以良好地接收视频流数据。
S7，所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配，具体包括以下步骤：
S71，在每个时间片Δt内，活动基站将自己的经度LngB、纬度LatB和高度hB封装为上行路由帧RU，上行路由帧RU的格式及其说明分别如表109和110所示。活动基站从无人机信息表中查询自己管辖的无人机窄带上行频段，对上行路由帧进行编码、调制并上变频到自己管辖的无人机窄带上行频段广播上行路由帧信号。
表109上行路由帧的格式
Figure BDA0002223496930000101
表110上行路由帧的格式说明
Figure BDA0002223496930000102
Figure BDA0002223496930000111
S72，无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到上行路由帧。无人机通过上行路由帧中的校验和FCS字段判断收到的上行路由帧是否准确无误，若否，则丢弃该上行路由帧；若是，则进入S73。
S73，各无人机根据上行路由帧中管辖自己的活动基站的位置信息，该位置信息包括活动基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB，并结合自身的位置信息调整无人机MIMO天线波束的方向，使无人机的MIMO天线方向与管辖自己的活动基站的MIMO天线方向相匹配，以保证活动基站能够对视频流数据进行良好的接收。
S8，各个无人机判断是否存在管辖自己的活动基站，若存在，则该无人机利用MIMO天线在宽带频段发送视频流数据。该无人机对自己的遥测帧进行编码和调制，并上变频到该无人机的窄带下行频段广播遥测帧信号。无人机向遥测设备获取遥测数据并形成遥测帧F，向摄像设备获取视频数据并形成视频流数据，在某些时刻可能无遥测数据，则遥测帧为空，遥测帧的格式及其说明分别如表111和表112所示。
表111遥测帧的格式
Figure BDA0002223496930000112
表112遥测帧的格式说明
Figure BDA0002223496930000113
Figure BDA0002223496930000121
S9，活动基站接收下行频段内的遥测帧信号并进行解调，然后从各路解调通道中选择出自身管辖的无人机的解调通道，活动基站对该解调通道的解调信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；由于每个无人机采用的窄带下行频段相互正交，所以活动基站的接收机每一支路只会解调出对应无人机的遥测帧信号。活动基站通过遥测帧中的校验和FCS字段判断该遥测帧是否准确无误；若否，则丢弃该遥测帧，若是，则进入步骤S10。该活动基站利用MIMO天线在宽带频段接收该活动基站管辖的无人机的视频流数据。
S10，活动基站将自己管辖的无人机的遥测帧和视频流数据转发至主控台。
主控台向无人机发送遥控指令，需进行以下步骤。
S11，主控台在活动基站信息表中查询待遥控无人机的活动基站，主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧。其中，遥控指令帧的格式及其说明分别如表113和114所示。
表113遥控指令帧的格式
Figure BDA0002223496930000122
表114遥控指令帧的格式说明
Figure BDA0002223496930000123
Figure BDA0002223496930000131
S12，活动基站从无人机信息表中查询待遥控无人机的窄带上行频段，活动基站对遥控指令帧进行编码、调制并上变频到待遥控无人机的窄带上行频段广播遥控指令帧信号。
S13，待遥控无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到遥控指令帧；然后遥控无人机通过遥控指令帧中的校验和FCS字段判断该遥控指令帧是否准确无误；若否，则丢弃该遥控指令帧，若是，则进入步骤S14。
S14，待遥控无人机执行遥控指令帧的遥控指令，然后该无人机在窄带下行频段广播遥控指令回执，如果活动基站在规定时间内未成功接收到该遥控指令回执，则活动基站重新广播遥控指令帧信号。其中，遥控指令回执的格式及其说明分别如表115和116所示。
表115遥控指令回执的格式
Figure BDA0002223496930000132
表116遥控指令回执的说明
Figure BDA0002223496930000133
Figure BDA0002223496930000141
进入下一时间片Δt后，则重复步骤S6～S14。
本发明通过FDMA(频分多址)技术，利用互相正交的频段来区分不同无人机，避免了每个无人机信号之间的干扰，使得系统可以容纳多个无人机，解决了无人机测控系统的多址接入问题。本发明自定义了无人机测控链路层协议，通过下行路由帧为基站建立无人机拓扑，并为各无人机选择活动基站；通过上行路由帧为无人机建立活动基站拓扑；通过遥测帧为无人机传输遥测数据；通过遥控指令帧向无人机发送遥控指令；通过遥控指令回执来判断无人机是否执行了指令，保证遥控了指令传输的可靠性，并且遥控指令回执相对较短，对整个通信系统带来的负担小。
本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。

Claims (9)

1.一种基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，包括以下步骤：
搭建混合基站，且每个混合基站均设置基站天线单元和定位模块，每个无人机均设置无人机天线单元和定位模块；
利用混合基站构建蜂窝通信网络；
为蜂窝通信网络分配一个下行频段、上行频段和宽带频段；
为每个无人机分配一个相互正交的窄带下行频段和窄带上行频段，且窄带下行频段处于下行频段的范围内，窄带上行频段处于上行频段的范围内；
各个混合基站获取每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频，并将每个无人机的窄带下行载频和窄带上行载频存储在混合基站的无人机信息表中；
在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向；
所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配；
各个无人机判断是否存在管辖自己的活动基站，若存在，则该无人机利用无人机天线单元在宽带频段发送视频流数据，该无人机对自己的遥测帧进行编码和调制，并上变频到该无人机的窄带下行频段广播遥测帧信号；
活动基站接收下行频段内的遥测帧信号并进行解调，然后从各路解调通道中选择出自身管辖的无人机的解调通道，活动基站对该解调通道的解调信号进行译码和帧格式解析得到遥测帧；该活动基站利用基站天线单元在宽带频段接收该活动基站管辖的无人机的视频流数据；
活动基站将自己管辖的无人机的遥测帧和视频流数据转发至主控台；
主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧；
活动基站对遥控指令帧进行编码、调制并上变频到待遥控无人机的窄带上行频段广播遥控指令帧信号；
待遥控无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到遥控指令帧；
待遥控无人机执行遥控指令帧的遥控指令。
2.根据权利要求1所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，在每个时间片Δt内，从混合基站中选择出用于对无人机进行管辖的混合基站作为该无人机的活动基站，然后该活动基站调整自身基站天线单元的方向包括以下步骤：
在每个时间片Δt内，各个无人机对下行路由帧进行编码、调制并上变频到该无人机的窄带下行频段进行广播下行路由帧信号，所述下行路由帧包括无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和时间戳t；
各混合基站接收下行频段内的下行路由帧信号，采用并行解调法处理收到的下行路由帧信号，然后对各路解调通道的下行路由帧信号分别进行译码和帧格式解析得到下行路由帧，然后将下行路由帧中无人机的位置信息存储在混合基站的无人机位置表中；
各混合基站根据无人机的位置信息计算自身与所有无人机的距离信息，并将距离信息发送至主控台，主控台根据每个混合基站发送的距离信息为各个无人机选择出距离最近的混合基站作为该无人机的活动基站，然后主控台将各活动基站的信息写入主控台的活动基站信息表中；
各活动基站从无人机位置表中查询自身管辖的无人机位置信息，并结合自身的位置信息调整自身基站天线单元的方向。
3.根据权利要求2所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，计算无人机与混合基站之间的距离信息具体为：以地心为原点建立三维直角坐标系，再将无人机的经度Lngv、纬度Latv、高度hv和混合基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB分别转换为三维直角坐标系下的坐标，得到无人机的坐标点A(Xv,Yv,Zv)和混合基站的坐标点B(XB,YB,ZB)，然后计算出坐标点A(Xv,Yv,Zv)和坐标点B(XB,YB,ZB)之间的距离，即为无人机与混合基站之间的距离
Figure FDA0002223496920000031
4.根据权利要求2所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，所述活动基站向自身管辖的无人机发送通知信息，使各个无人机调整自身无人机天线单元的方向并与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配包括以下步骤：
在每个时间片Δt内，活动基站对上行路由帧进行编码、调制并上变频到自己管辖的无人机窄带上行频段广播上行路由帧信号，所述上行路由帧包括活动基站的经度LngB、纬度LatB和高度hB；
无人机接收窄带上行频段的遥控指令帧信号，对该遥控指令帧信号进行解调、译码和帧格式解析后得到上行路由帧；
各无人机根据上行路由帧中管辖自己的活动基站的位置信息，并结合自身的位置信息调整无人机天线单元的方向，使无人机天线单元的方向与管辖自己的活动基站的基站天线单元方向相匹配。
5.根据权利要求4所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，所述下行路由帧、上行路由帧、遥测帧和遥控指令帧均设有校验和FCS字段，所述校验和FCS字段用于判断接收的帧是否准确无误。
6.根据权利要求1所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，所述基站天线单元和无人机天线单元均包括全向天线和MIMO天线。
7.根据权利要求6所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，各个无人机利用MIMO天线在宽带频段发送视频流数据。
8.根据权利要求2所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，所述主控台先在活动基站信息表中查询待遥控无人机的活动基站，然后主控台向待遥控无人机的活动基站发送该无人机要执行的遥控指令帧。
9.根据权利要求1所述的基于FDMA的无人机测控蜂窝通信方法，其特征在于，待遥控无人机执行遥控指令后，该无人机在窄带下行频段广播遥控指令回执，如果活动基站在规定时间内未成功接收到该遥控指令回执，则活动基站重新广播遥控指令帧信号。
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