[发明专利]一种通信/测距双系统的无人机通信方法

权利要求书

1.一种通信/测距双系统的无人机通信方法，特征在于：所述方法中地面站和无人机所搭载的通信模块均包含两个微控制器和两个射频芯片，地面站的通信模块的一个微控制器和一个射频芯片组成地面站端数传节点，另一个微控制器和另一个射频芯片组成地面站端测距节点；无人机的通信模块的一个微控制器和一个射频芯片组成无人机端数传节点，另一个微控制器和另一个射频芯片组成无人机端测距节点；所述方法包括以下步骤：

(1)地面站端的两个节点以及无人机端的两个节点上电初始化后，读取EEPROM存储值，若存储模式为数传模式则该节点为数传节点，负责数据传输，若存储模式为测距模式则该节点为测距节点，负责测量地面站与无人机之间的距离；所述测距节点在数传节点的通信质量出现问题时自动切换成数传模式顶替数传节点；

(2)地面站端数传节点和无人机端数传节点首先生成配对设备遵循的相同的由所有可用的信道组成的跳频图案，跳频图案均匀分布在整个频段内，然后主从设备开始定时跳频，从而在跳频时保持同步，其中地面站端数传节点为主设备，无人机端数传节点为从设备；依照跳频图案选择频点后，结合距离、RSSI、误帧率三者对调制方式做出选择，当信道条件较差时选择LoRa调制，当信道条件有所改善时选择FLRC调制，当信道条件较好时选择GFSK调制的目标；频点、调制方式选择好之后，进行数据的发送和接收；

(3)地面站端测距节点执行测距协议并监听通信质量，在测距协议中，通过采用每隔设定时间发送接收一次数据包来测量频偏的方法纠正时钟偏移量，用来对结果进行校正；当积累一定数量的原始测量数据后进行过滤和校正，最终得到一个测距结果；然后地面站端测距节点会通过串口将结果传输给地面站端数传节点；在执行测距协议的同时地面站端测距节点通过串口获取地面站端数传节点通信情况，监听通信质量，当地面站端数传节点通信异常时，地面站端测距节点通过数据包通知无人机端测距节点接下来进入数传模式。

2.根据权利要求1所述的通信/测距双系统的无人机通信方法，其特征在于：步骤(2)中，LoRa、FLRC、GFSK三种调制方式的最大数据传输速率递增，最远传输距离递减，通过实验采集接受信号强度数据，分别设定从LoRa调制切换到FLRC调制的接收信号强度阈值，记为L2F；从FLRC调制切换到GFSK调制的接收信号强度阈值F2G；从GFSK调制切换到FLRC调制的接收信号强度阈值G2F；从FLRC调制切换到LoRa调制的接收信号强度阈值F2L。

3.根据权利要求2所述的通信/测距双系统的无人机通信方法，其特征在于：步骤(2)中，三种调制方式切换的规则为：

LoRa模式下，若接收信号强度上升，达到阈值L2F，并且距离测量结果小于五百米，每秒统计的误帧率小于千分之八，则地面站端向无人机端发送至少三次切换命令，以保证命令的送达，地面站端和无人机端同时切换至FLRC模式；

FLRC模式下，若接收信号强度上升，达到阈值F2G，并且距离小于五十米，每秒统计的误帧率小于千分之八，则地面站端向无人机端发送至少三次切换命令，以保证命令的送达，地面站端和无人机端同时切换至GFSK调制；若接收信号强度下降，达到阈值F2L，或者距离大于五十米且小于五百米，或者每秒统计的误帧率大于千分之八，地面站端向无人机端发送至少三次切换命令，以保证命令的送达，地面站端和无人机端同时切换至LoRa调制；

GFSK模式下，若接收信号强度下降，达到阈值G2F，或者距离大于五十米，或者每秒统计的误帧率大于千分之八，地面站端向无人机端发送至少三次切换命令，以保证命令的送达，地面站端和无人机端同时切换至LoRa调制。

4.根据权利要求1所述的通信/测距双系统的无人机通信方法，其特征在于：数据传输和距离测量均采用随机信道选择算法进行跳频，上下行传输的帧结构中含有唯一ID标识，配对主机从机不会处理其他ID信号，并且使用均匀性、随机性的随机跳频序列降低同频概率从而减少同频干扰；跳频过程如下：将ID的高八位、ID的低八位进行异或作为产生伪随机序列的种子；使用梅森旋转算法生成37个以160为模的伪随机数组成跳频序列；主从双方均维护一个跳频计数器，使得每次在同一个频点收发数据。