[发明专利]一种基于系留式无人机的应急通信与支援系统和方法

说明书

技术领域

本发明属于应急通信、应急救援领域，涉及一种基于系留式无人机的应急通信与支援系统和方法。具体涉及一种通过系留线缆进行供电，实现快速升空、持续飞行工作，通过机载飞控系统实现自动起降、姿态稳定、空中机动、抗风飞行等功能，可通过携带便携式通信基站升空组建应急通信专网，可通过携带高清摄像头升空实现视频指挥支援的应急通信支援系统。

背景技术

自然灾害、重大事故等事件的发生具有突发性，需要快速建立可持续的，具备一定机动能力的无线宽带应急通信专网，并具有公网通信接入能力，提供移动视频监控、多媒体指挥调度、宽带数据传输等业务，在战场预警、反恐侦察、区域监控、抢险救灾等应用领域满足用户使用需求。

目前在公共治安、消防、反恐等领域，主要使用超短波电台或LTE集群通信系统进行通信，并采用高点架设或升降杆举升基站的方式解决通信的通视(light of sight)需求，提高通信信号的覆盖范围。

由于升降杆的举升高度有限，一般最多仅能举升20m左右，无法充分发挥通信基站的信号覆盖能力，存在通信距离近、通信盲区大，通信效果受地形地物影响明显等缺陷。尤其在某些特殊或极端险情条件下，一般的通信手段无法满足需求，例如在高层建筑失火时，民用通信基站断电后，目前的各种通信手段均无法实现火场救援人员、受困人员与地面指挥人员的有效通信。

曾有方案提出使用系留气球或旋翼无人机携带集群通信基站升空的方式建立临时空中基站，解决通信通视问题或高层建筑救援的通信问题。但这两种方法均存在明显的局限性：系留式气球的主要问题是充放气时间长，无法快速升空工作，升空后无法再进行机动；旋翼式无人机的主要问题是携带通信基站后，滞空时间很短，无法长时间工作。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于系留式无人机的应急通信与支援系统和方法，采用了系留式无人机携带LTE通信基站(不限于，也可以是超短波通信基站等)和视频采集设备升空的技术手段，将一条包含光纤和电源线的轻质光电复合缆作为系留线，将地面发电机的电能源源不断的提供给飞行中的无人机，并将视频采集设备的实时图像信息传输至地面，与此同时，该光电复合缆也负责无人机、机载电子设备与地面控制设备之间的信号传输。通过视频采集设备及其实时采集的图像信息可进行指挥、支援等。该方案使无人机可携带载荷快速升空，长时间滞空工作，达到了快速、长时间组建无信号盲区的通信专网，兼具实时空中视频采集能力的技术效果，具有留空时间长、信号无盲区、兼具实时的空中视频采集能力的技术优势，是一种可应用在公共治安、反恐、高层建筑消防等领域的低成本集群通信与视频支援系统解决方案。

具体来说，本发明采用的技术方案如下：

一种基于系留式无人机的应急通信与支援系统，包括飞行平台分系统、地面控制分系统、光电复合缆和通信终端；

所述飞行平台分系统包括无人机，所述无人机上设有通信基站、基站天线和视频采集设备，所述基站天线为所述通信基站提供射频信号的发射和接收能力；

所述地面控制分系统通过所述光电复合缆连接所述飞行平台分系统，并通过所述光电复合缆对所述飞行平台分系统进行控制及通信；

所述光电复合缆将地面的电能传输到所述飞行平台分系统，并实现空地数据的双向光纤传输；

所述通信终端与所述地面控制分系统、所述飞行平台分系统建立通信连接。

进一步地，所述飞行平台分系统还包括：

飞行控制设备，对飞行器进行自动控制或接受地面无人机控制设备的手动控制；

电源转换设备，将地面传输上来的高压直流电转换为无人机及任务载荷需要的低压电源；

光电转换设备，将任务载荷采集的各种数据转变为光纤信号，然后通过光纤向地面传输，或将光纤传来的信号转换为无人机上设备使用的电信号。

进一步地，所述飞行平台分系统还包含备用电源，用于确保无人机在地面供电突然断开后仍能安全降落。

进一步地，所述地面控制分系统包括：

通信管理模块，包括视频调度服务器、IP电话服务器、VPN服务器、网络交换机以及电源转换模块，用于通信业务接入、通信调度管理、通信资源配置以及电源分配；

显控模块，包括显示控制终端和无人机控制设备，用于显示通信系统及无人机工作状态、控制无人机升降和配置通信资源，并通过显示控制终端的人机交互界面对无人机进行实时操控；