[发明专利]一种通信/测距双系统的无人机通信方法

说明书

本发明公开了一种通信/测距双系统的无人机通信方法，属于物联网无线通信技术领域。该方法使用双通信系统，同时进行数据通信和距离测量，测距方时刻监听通信质量，在通信方出现失控迹象时及时顶替。结合距离测量值、RSSI值、误帧率自适应选择LoRa、FLRC和GFSK三种调制方式，在保证误帧率低于目标值的情况下最大化传输速率。使用随机的信道选择算法进行跳频，跳频图案均匀分布于2.4G ISM频段内，有效提高抗干扰性能。本发明在通信的基础上增加距离测量功能，为地面站提供了可靠的距离参考信息，也为失控情况提供备用通信方案，为无人机的安全飞行增添可靠保障，同时运用自适应多制式选择算法和随机信道选择算法显著提高系统的有效性和可靠性。

技术领域

本发明涉及一种通信/测距双系统的无人机通信方法，辅以自适应多制式选择算法和随机信道选择算法，提高系统的传输速率和抗干扰性能，属于物联网无线通信技术领域。

背景技术

近几年，小型无人机依靠其体量小、机动性强、部署快捷等特点在众多领域得到应用。灵活可靠的通信系统作为无人机系统的重要组成部分，得到越来越多研究学者的关注。在无人机独特的空对地传播信道模型下，实现无人机驾驶员或地面站与空中无人机平台的实时通信并且完成稳定的数据交互与安全控制是一大挑战。

面对物流配送、农林作业、巡检安防、地理勘探等多样化民用场景，现阶段ISM2.4GHz频段的WiFi、ZigBee和蓝牙等无线传输技术无法满足300米到2000米的覆盖范围要求，无法有效抵抗移动速度高达160km/h的无人机引起的多普勒效应，且极易受同频段信号的干扰。LoRa作为一种扩频通信技术，具有远距离、低功耗、高鲁棒性等特点，是扩大传输距离的有效手段，也是有利于延长无人机空中续航能力的选择，并且非常适合应用于快速变化的无人机通信场景。

无人机安全飞行是任何使用场景下都要遵循的原则，安全二字除了对操控人员的专业素养提出较高要求，也是要求遥控技术精益求精，快速且稳健的数据传输性能是关键。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种通信/测距双系统的无人机通信方法，辅以自适应多制式选择算法和随机信道选择算法，为无人机通信链路双保障的同时最大化系统的传输速率和提高抗干扰性能。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种通信/测距双系统的无人机通信方法，该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，一个微控制器和一个射频芯片组成数传节点，另一个微控制器和另一个射频芯片组成测距节点；所述方法包括以下步骤：

(1)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)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；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)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；然后测距节点会通过串口将结果传输给数传节点；在执行测距协议的同时测距节点通过串口获取数传节点通信情况，监听通信质量，当数传节点通信异常时，测距节点的地面站端通过数据包通知测距节点的无人机端接下来进入数传模式。