本發(fā)明屬于傳感技術領域，更具體地，涉及一種基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸系統(tǒng)及方法。

背景技術：

目前，無人機與傳感器數(shù)據(jù)接入傳輸系統(tǒng)相對獨立，無人機只提供傳感器安裝接口或供電接口，傳感數(shù)據(jù)的接入傳輸模塊獨立于無人機存在，不能將傳感器的遙測數(shù)據(jù)與無人機的遙控數(shù)據(jù)充分融合在一起實現(xiàn)同步傳輸，系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信時效性低；并且，不支持擴展多種探測傳感器的接入傳輸，系統(tǒng)擴展性差；另外，不支持無人機及其搭載傳感器的唯一尋址功能，系統(tǒng)安全性差。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸系統(tǒng)及方法，其目的在于提高無人機及其上搭載傳感器的數(shù)據(jù)傳輸時效性，并實現(xiàn)唯一尋址。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸系統(tǒng)，包括傳感器載荷、IPv6化無人機載具平臺和地面遙控遙測單元；

其中，傳感器載荷搭載在IPv6化無人機載具平臺上，兩者通過數(shù)據(jù)接口相連，地面遙控遙測單元與IPv6化無人機載具平臺之間通過無線通信方式進行數(shù)據(jù)交互；

其中，傳感器載荷用于信息采集，并對采集到的信息進行波形調(diào)理、模式轉(zhuǎn)換，生成數(shù)字信號；并對數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)處理，獲得遙測數(shù)據(jù)；

IPv6化無人機載具平臺用于將遙測數(shù)據(jù)與遙控數(shù)據(jù)進行封裝編碼，根據(jù)約定的協(xié)議生成IPv6數(shù)據(jù)包；其中，遙控數(shù)據(jù)包括該載具平臺接收的無人機遙控指令以及發(fā)送的無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)；

地面遙控遙測單元一方面用于向IPv6化無人機載具平臺發(fā)送無人機遙控指令，以控制IPv6化無人機載具平臺的姿態(tài)，另一方面根據(jù)IPv6化無人機載具平臺發(fā)送的IPv6數(shù)據(jù)包解析獲取遙測數(shù)據(jù)和無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸，由此實現(xiàn)無人機機動平臺及其上搭載的傳感器載荷的全球唯一IPv6地址接入及數(shù)據(jù)傳輸。

優(yōu)選的，上述基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸系統(tǒng)，其IPv6化無人機載具平臺基于無人機，還包括飛行控制導航模塊、載具載荷數(shù)據(jù)融合模塊、IPv6編碼模塊和第一無線通信模塊；

載具載荷數(shù)據(jù)融合模塊的第一端作為IPv6化無人機載具平臺的數(shù)據(jù)接口，第二端與飛行控制導航模塊相連，第三端與IPv6編碼模塊的第一端相連；IPv6編碼模塊的第二端與第一無線通信模塊相連；

其中，飛行控制導航模塊用于根據(jù)遙控信號對IPv6化無人機載具平臺進行姿態(tài)控制和導航；

載具載荷數(shù)據(jù)融合模塊用于根據(jù)約定的通信協(xié)議將遙控數(shù)據(jù)與遙測數(shù)據(jù)進行封裝，實現(xiàn)遙控遙測信息融合，以提高通信帶寬與時效性；

IPv6編碼模塊用于將載具載荷數(shù)據(jù)融合模塊輸出的融合數(shù)據(jù)進一步封裝成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包；

第一無線通信模塊用于將上述網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包發(fā)送到地面遙控遙測單元，并用于接收地面遙測遙控單元發(fā)送的遙控指令。

優(yōu)選的，上述基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸系統(tǒng)，其傳感器載荷包括相互連接的傳感器探測模塊和載荷數(shù)據(jù)處理模塊；載荷數(shù)據(jù)處理模塊的輸出端作為傳感器載荷的數(shù)據(jù)接口；

其中傳感器探測模塊用于采集擬探測的信息；載荷數(shù)據(jù)處理模塊用于對采集到的信息進行信號轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，生成遙測數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，上述基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸系統(tǒng)，其地面遙控遙測單元包括依次相連的第二無線通信模塊、遙控模塊和數(shù)據(jù)解析模塊；通過第二無線通信模塊與上述第一無線通信模塊實現(xiàn)IPv6化無人機載具平臺與地面遙控遙測單元之間的無線通信；

遙控模塊用于根據(jù)無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)生成無人機遙控指令，該指令通過第二無線通信模塊向IPv6化無人機載具平臺發(fā)送，實現(xiàn)對無人機的姿態(tài)控制以及導航；并用于通過第二無線通信模塊接收網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包；

數(shù)據(jù)解析模塊則依據(jù)約定的協(xié)議進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的拆分與解壓縮，獲取遙測數(shù)據(jù)和遙控數(shù)據(jù)；通過對遙測數(shù)據(jù)進行解碼獲取探測信息；并根據(jù)從網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包獲取的遙控數(shù)據(jù)獲取無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)生成無人機遙控指令；由此實現(xiàn)了無人機IPv6化傳感器數(shù)據(jù)的接入傳輸。

按照本發(fā)明的另一方面，基于上述系統(tǒng)提供了一種基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸方法，包括如下步驟：

(1)根據(jù)采集到的傳感數(shù)據(jù)生成遙測數(shù)據(jù)；

(2)在標準TCP/IP協(xié)議中增加IPv6解析封裝適配層；在IPv6解析封裝適配層的IPv6數(shù)據(jù)負載中，按照約定的協(xié)議將遙控數(shù)據(jù)與遙測數(shù)據(jù)進行融合與封裝，生成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包；

(3)對接收端對收到的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包進行分拆與解壓縮，獲取遙測數(shù)據(jù)和遙控數(shù)據(jù)；

(4)對遙測數(shù)據(jù)進行解析，將傳感器測量值value還原，并將測量值value與其對應測量時刻的無人機載具平臺空間三維坐標(x，y，z)及時間信息t一一映射對應，生成數(shù)據(jù)列表(value，x，y，z，t)；

對遙控數(shù)據(jù)進行解析，獲得無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)；根據(jù)無人機姿態(tài)與擬探測的環(huán)境數(shù)據(jù)生成無人機遙控指令。

優(yōu)選地，上述的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸方法，約定的協(xié)議的有效載荷凈荷的幀格式具體為：

起始標志比特、遙控遙測數(shù)據(jù)負載長度比特、消息幀序號比特、發(fā)消息幀設備系統(tǒng)號比特、發(fā)消息幀設備單元號比特、有效載荷消息包號比特、遙控遙測數(shù)據(jù)比特、檢驗比特。

總體而言，通過本發(fā)明所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明提供的一種基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸方法，提高無人機及其搭載的傳感器的數(shù)據(jù)傳輸時效性、系統(tǒng)擴展性、全球唯一尋址特性和系統(tǒng)安全性，極具應用價值；

(2)本發(fā)明提供的一種基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸方法，提高系統(tǒng)的擴展性和兼容性；

(3)本發(fā)明提供的一種基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸方法，滿足系統(tǒng)全球唯一尋址特性和數(shù)據(jù)安全性需求。

附圖說明

圖1是實施例提供的基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸系統(tǒng)的系統(tǒng)示意圖；

圖2是實施例中載荷載具數(shù)據(jù)融合的數(shù)據(jù)流向圖；

圖3是實施例中基于無人機IPv6化的傳感數(shù)據(jù)接入傳輸方法流程示意圖；

圖4是實施例中的協(xié)議幀格式示意圖；

圖5是實施例中根據(jù)協(xié)議進行數(shù)據(jù)封裝的流程示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

以下以一種基于無人機IPv6化的光纖氣體傳感接入傳輸系統(tǒng)及方法為具體實施例，來具體闡述本發(fā)明；實施例提供的這種系統(tǒng)，采用光纖氣體傳感器作為傳感器探測模塊；其系統(tǒng)框圖如圖1所示；包括傳感器載荷、IPv6化無人機載具平臺和地面遙控遙測單元；

傳感器載荷搭載在IPv6化無人機載具平臺上，該載具平臺通過無線通信方式與地面遙控遙測單元通信，實現(xiàn)無人機載具平臺及其搭載的光纖氣體傳感載荷的全球唯一IPv6地址接入及數(shù)據(jù)傳輸功能。

本實施例中，傳感器載荷包括互連的光纖氣體傳感探測模塊和載荷數(shù)據(jù)處理模塊；其中，光纖氣體傳感探測模塊用于在光學傳感區(qū)域進行污染氣體(譬如氮氧化物：NO與NO2，含硫氧化物：SO2與SO3、CO)的氣敏性光學檢測，并將探測到的光信號為電信號；實施例中，采用如光電探測器PD完成光電轉(zhuǎn)換；

載荷數(shù)據(jù)處理模塊則用于將光電轉(zhuǎn)換生成的電壓信號進行波形調(diào)理，(包括放大、整形和濾波)，模數(shù)轉(zhuǎn)換，生成遙測數(shù)據(jù)后緩存；本實施例中，按采樣順序?qū)b測數(shù)據(jù)進行歸一化均值處理，并通過RS232-TTL標準接口發(fā)送至IPv6化無人機載具平臺。

IPv6化無人機載具平臺基于無人機，還包括飛行控制導航模塊、載具載荷數(shù)據(jù)融合模塊、IPv6編碼模塊和第一無線通信模塊；

飛行控制導航模塊用于根據(jù)地面發(fā)送的遙控指令控制無人機的姿態(tài)及航線，具有航線自主能力，并將無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)通過RS232-TTL標準接口發(fā)送至載具載荷數(shù)據(jù)融合模塊；

如圖2所示，載具載荷數(shù)據(jù)融合模塊通過RS232-TTL標準接口分別與飛行控制導航模塊、IPv6地址編碼模塊以及傳感器載荷的載荷數(shù)據(jù)處理模塊連接。

載具載荷數(shù)據(jù)融合模塊根據(jù)約定的協(xié)議，將無人機姿態(tài)信息、遙控信息與遙測數(shù)據(jù)進行封裝處理，實現(xiàn)遙控遙測信息融合一體化，以節(jié)省通信帶寬，提高通信的實時性；本實施例中按照圖3所示的約定協(xié)議進行上述的封裝處理；

實施例中，約定的協(xié)議的有效載荷凈荷的幀格式具體為：起始標志STX比特、遙控遙測數(shù)據(jù)負載長度LEN比特、消息幀序號SEQ比特、發(fā)消息幀設備系統(tǒng)號SYS比特、發(fā)消息幀設備單元號COMP比特、有效載荷消息包號MSG比特、遙控遙測數(shù)據(jù)比特、檢驗比特；

具體的封裝處理過程如圖4所示：從緩存中提起有效載荷消息包號MSG所對應的消息包結構，寫入起始標識STX；提取消息預設負載長度LEN，寫入數(shù)據(jù)包；提取發(fā)消息幀設備的系統(tǒng)號SYS、單元號COMP，依次寫入數(shù)據(jù)包；填入遙控遙測數(shù)據(jù)比特、計算CRC校驗值并寫入數(shù)據(jù)包，計算消息幀序號SEQ，寫入數(shù)據(jù)包。

IPv6地址編碼模塊則用于實現(xiàn)無人機的128位IPv6全球唯一編碼，并在如圖3所示的框架中，增加了IPv6解析封裝適配層，通過IPv6解析封裝適配層將上述數(shù)據(jù)包進一步封裝成網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包；通過第一無線通信模塊將網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包傳輸至地面遙控遙測單元。

地面遙控單元包括與IPv6化無人機載具平臺的第一無線通信模塊匹配的第二無線通信模塊、遙控模塊和數(shù)據(jù)解析模塊；無線通信模塊可采用電臺通信模塊，或者其它提供RS232-TTL標準接口的網(wǎng)絡通信模塊；遙控模塊用于生成無人機遙控指令，該指令通過第二無線通信模塊向IPv6化無人機載具平臺發(fā)送，實現(xiàn)對無人機的姿態(tài)控制以及導航；并用于通過第二無線通信模塊接收網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包；實施例中，上述的RS232-TTL標準接口也可以采用RS232、USB、RJ45等類型的接口代替。

數(shù)據(jù)解析模塊則依據(jù)約定的協(xié)議進行網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的拆分與解壓縮，獲取遙測數(shù)據(jù)和遙控數(shù)據(jù)；通過對遙測數(shù)據(jù)進行解碼，獲取遙測信息；并根據(jù)從網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包獲取的遙控數(shù)據(jù)獲取無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)生成無人機遙控指令；在本實施例中，遙控模塊上搭載有256KB RAM存儲芯片，遙控遙測數(shù)據(jù)在存儲芯片上動態(tài)迭代緩存，供數(shù)據(jù)解析模塊調(diào)用。

數(shù)據(jù)解析模塊通過對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包分拆，獲取無人機姿態(tài)數(shù)據(jù)以及遙測數(shù)據(jù)；通過對遙測數(shù)據(jù)進行解析，將傳感器測量值(value)還原，并將測量值(value)與測量時刻的無人機載具平臺空間三維坐標(x，y，z)及時間(t)信息一一映射對應,形成數(shù)據(jù)列表(value，x，y，z，t)，以TXT文本格式存儲于地面遙控遙測單元的SD卡，供隨時取用。

實施例提供的這種基于無人機IPv6化的光纖氣體傳感接入傳輸系統(tǒng)及方法，數(shù)據(jù)傳輸實時性高，并且具有全球唯一尋址特性，提高了數(shù)據(jù)安全性；可以在同一終端上實現(xiàn)無人機遙控與遙測數(shù)據(jù)接收解析；可用于危險區(qū)域的氣體探測，無需人力近距離處理，保護了人員安全，極具應用價值。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。