[发明专利]一种基于WebRTC的无人机操控系统及连接建立方法

说明书

本发明涉及一种基于WebRTC的无人机操控系统及连接建立方法，其中系统包括无人机本体、云端服务器和远程控制设备，无人机本体包括飞控模块和图像采集模块，系统还包括机载WebRTC装置，该机载WebRTC装置固定于无人机本体上并与飞控模块和图像采集模块交互数据，远程控制设备借助云端服务器同机载WebRTC装置连接。与现有技术相比，本发明依赖于WebRTC技术，实现了可以仅依赖主流浏览器，无需安装任何额外的软件以及插件，适用各大平台。

技术领域

本发明涉及一种无人机操控系统，尤其是涉及一种基于WebRTC的无人机操控系统及连接建立方法。

背景技术

近些年，无人机在快递、地面监控、交通管制、灾难救援、通信中继等领域得到了飞速发展。然而，现有的无人机主要使用Wi-Fi频段(2.4GHz&5GHz)进行直接的地对无人机控制。这种方法存在速率有限、不可靠、安全性差、易受干扰等缺点；更重要的是，受限于信号衰竭问题，其只能在视距范围内操控。以4G为代表的蜂窝通信技术(甚至包括将来更先进的5G)，克服了上述缺点，还兼具信号覆盖广阔的优点。因此，将无人机同4G网络(5G)相结合，通过4G网络实现对无人机的超视距操控，成为一种新的途径。对于这类无人机，我们在下文中将用“联网无人机”一词进行指代。

直观上来说，当对无人机进行操控时，涉及两个方向上的数据传输。一方面，操控者发出的控制命令(比如前后左右移动)会经由网络到达无人机，而无人机将会执行相应的机动动作；另一方面，无人机会实时将第一视角视频流以及飞行传感数据通过网络回传给操控者，以便操控者实时掌握飞行情况。相比传统无人机，联网无人机只是将其数据流承载在4G网络上而非Wi-Fi上(Wi-Fi控制一般会在同一局域网中)，但是这所带来的技术上的挑战包括：

1.受限于IPv4地址短缺的问题，网络地址翻译(Network Address Translation,NAT)在当前网络中普遍存在，即便是4G网络也不例外。因此，当无人机接入4G网络时，所分配得到的IP地址属于内网地址。实际上，多个终端包括无人机在内会共用一个公网IP地址。因此，操控者无法直接通过公网IP地址对无人机发起通信。类似地，由于无线路由器的普遍使用，相应的问题也存在在操控者身上，即无人机无法通过公网地址就唯一确定操控者。因此，为了实现联网无人机，就需要设计一种方法保障无人机和操控者之间能建立起双向数据流；

2.无人机作为高机动目标，可能会经常跨越基站覆盖区，因此其所分配到的内网地址及公网地址均可能发生变动，甚至可能会出现信号短暂丢失。因此，从飞行安全的角度来看，即便是在这种情况下，也应该保证在有限的时间内可以无干预自动恢复数据流；

3.无人机与操控者之间的数据流对传输质量的要求大相径庭，需要针对特定的数据流进行专门优化。

a)从无人机回传至操控者的实时视频流，数据量较大，但是由于视频编码的特点，轻微的丢包并不会影响视频的质量。因此，对该视频流的传输，主要侧重速率，以保障视频流的实时性；

b)从无人机回传至操控端的传感器数据以及从操控端发送至无人机的控制命令，数据量相对较小，因此，主要侧重在提供可靠传输的同时，尽可能地降低时延。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于WebRTC的无人机操控系统及连接建立方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于WebRTC的无人机操控系统，包括无人机本体、云端服务器和远程控制设备，所述无人机本体包括飞控模块和图像采集模块，所述系统还包括机载WebRTC装置，该机载WebRTC装置固定于无人机本体上并与飞控模块和图像采集模块交互数据，所述远程控制装置通过通信网络与机载WebRTC装置连接。

所述机载WebRTC装置通过Wi-Fi、串口或USB方式与飞控模块和图像采集模块连接。