一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置和方法
阅读说明：本技术 一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置和方法 (Unmanned aerial vehicle visible light communication device and method based on camera assistance ) 是由 董辰 黄威彦 秦极 原瑞蔚 张畅 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置和方法,用以实现在无人机高速移动时,射频通信被干扰的情况下,能够通过可见光通信。该方法中,发送端通过多机位对接收无人机定位,向接收端位置发射可调节的可见光柱；接收端通过多个接受单元和主控单元配合实现三状态接受信号,实现单向可将光通信。(The invention discloses an unmanned aerial vehicle visible light communication device and method based on camera assistance, which are used for realizing visible light communication under the condition that radio frequency communication is interfered when an unmanned aerial vehicle moves at a high speed. In the method, a sending end positions a receiving unmanned aerial vehicle through a plurality of machine positions and emits an adjustable visible light column to a receiving end position; the receiving end realizes three-state signal reception through the cooperation of a plurality of receiving units and the main control unit, and realizes unidirectional optical communication.)
技术领域
本发明涉及无人机技术领域，具体一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置和方法。
背景技术
现代作战条件下，无人机已经是局部战争中主要使用的军事器械。目前无人机使用射频通信作为传统战场通信，因此无人机系统需要不断提升抗电磁干扰能力以适应复杂的战场电磁环境要求。不论雷电和电子噪音干扰等自然磁场干扰的影响，在战场上，针对射频通信的干扰技术也在不断发展，出现的辐射干扰和传导干扰技术能够使通信传输出现误差，短期内影响系统工作甚至烧毁半导体元件和电路，导致无人机射频通信的难度不断增加。
基于以上讨论，考虑可见光通信(VLC)作为基于射频通信方案的替换。VLC是利用半导体发出的高速明暗闪烁信号来传输信息的新型高速数据传输技术，具有可见光频谱资源丰富，通信速率高，无电磁干扰以及高度保密性的特点。VLC可以弥补在电磁受限环境或对电磁信号敏感的条件下，作为无人机系统的重要通信补充的接入手段。
然而，可见光通信也有其局限性和适用场景。VLC高度的保密性带来的另外一面就是，万一光被遮挡了，通信也就失效了。这一遮挡效应在无人机战场上会体现为光无法穿透无人机机身的问题。除此之外，现有的VLC系统的发射装置往往是静态的或信源呈某一固定角度发射信息，无法保证在行进中的发射设备能够灵活地向3D空间内选定的一个或多个接收设备发送信息，应用在无人机系统中需要考虑无人机的定位问题。
发明内容
针对上述不足，本发明实施例提供一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置和方法，用以在战场上无人机高速移动时，射频通信被干扰的情况下，实现单向可见光通信。
本发明提供了一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信方法，一个通信时常内的步骤包括：
步骤1：出发前，无人机群对于自己方无人机的形状，性能参数有存储；
步骤2：无人机具有多机位，能够实现实时360全景摄像，用于对于无人机进行定位；
步骤3：在摄像头发现了自己方的无人机的情况下，无人机装配有一个可见光发射装置，根据定位，调整发射光柱直径和角度，进行信息发送；
步骤4：接收机机身上每个接收单元判断当时是否在接收信号，接收信号是连续的还是断续的，接受单元一共有三种工作状态：无信号、断续信号、连续信号，上报接收机主控单元；
步骤5：接收机主控单元判断有多少接收单元有信号，对于成功接收的信号，使用通信多天先理论进行信号合并MRC技术后进行处理，得到解调结果。
可选地，所述通信时常通常是以数十毫秒为一个时间单元，可以设置为10ms,也就是5G标准的帧的长度。
可选地，所述步骤2及之后步骤需要循环进行，这之间的通信间隔可以是不限于10ms的设定时长,也可以通过摄像头捕获接收无人机的移动速度和姿态来调整间隔，如发现接收无人机处于悬停状态，则将通信间隔延长至几十至几百毫秒；如无人机处于高速运动状态，则将间隔设置在100ms以下。
可选地，所述步骤2中被检测物品无人机已知且独特，识别率很高，定位可以用计算机视觉技术中的目标检测技术，也可以使用视频跟踪等技术；
可选地，可在接收端涂上反光涂料，在步骤2阶段，在能见度较低条件下，由可见光发射装置旋转发射可见光中波长较长的光，增强接收无人机与环境的区分度，提升定位精度。
可选地，所述步骤5中接收机主控单元调度接收单元在工作或是空闲状态，对于在断续接收的接收单元，调度其断续工作，达到节能的目的。
可选地，所述步骤4中接收单元可以工作在三个状态，连续接收，无接收，断续接收，也可以工作在两个状态，没有断续接收。
可选地，所述步骤5中接收中控单元可以使用MRC最大合并比合并技术，也可以使用SC单选择技术，或者其他接收机技术。
此外，为实现上述目的，本发明提供一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置，其特征在于，装置包括发射设备和接收设备，其中：
发射装置包括摄像头与可见光发射装置；
接收设备包括多个接收单元和一个主控单元。
可选地，所述发射设备中可见光发射装置的发射光角度在一定范围是可以调整的，典型数值为2-20度。在10米作用距离上，执行20度，3.4米直径光柱，在1000米作用举例上，执行5度，34米直径光柱。
可选地，在所述接收设备上，无人机机体安装多个接收单元，如但不限于PD，APD，ImR等。
可选地，所述可见光发射装置的光，可以是单波长，也可以是多波长。
可选地，所述可见光发射装置的发射光柱可以是圆形，也可以是三角，四方，五边，六角等形状。
可选地，所述可见光发射装置的发射光角度可以是任意角度，最低并不限于1度。
本发明提供的一种基于摄像头辅助的无人机可见光通信装置和方法的有益效果在于：
在射频通信被干扰情况下，可以基于摄像头的辅助定位，进行无人机可见光通信，同时可以在飞行速度较高时候保证通信完成。
附图说明
图1为本发明发射无人机的设备示意图；
图2为本发明接收无人机的设备示意图；
图3为本发明中通信时间内系统的流程图；
图4为本发明长期运行系统的流程图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的核心思想为：发射无人机通过定位接收无人机，调整发射光柱的角度和直径，向接收无人机发射光柱；接收无人机通过接收单元判断和主控调度处理，获得数据。
参考图1和图2，发射设备包括多机位摄像头1和可见光发射装置2；接收设备包括多个接收单元3和一个主控单元4。
多机位摄像头1能够为无人机提供360度的全景视野，发射无人机可以对获取的全景图像进行目标检测，定位接收无人机的位置。
可见光发射装置2获取定位信息之后，云台调整角度使光源对着接收无人机的方向，同时根据发射无人机和接收无人机的距离调整发射光柱的发射角即光柱直径，进行信息发送。可见光发射装置2中的光源可以是发光二极管(LED)、激光二极管等，但是实施例不限于此。此外，光源不必由单个光源形成，而是可以由多个光源的阵列形成。在每个光源由多个光源的阵列形成的情况下，多个光源可以发射不同波长的光，或者可以发射相同波长的光。
多个接收单元3的分布确保了从任意角度发射来的光都能被至少一个接收单元接收到，保证了信息传递的可靠性。同时，由于每个接收单元的位置不同，每个接收单元也在持续地判断是否接受到信号，工作在什么样的信号条件下：无信号、连续信号或是断续信号，并将该判断上报给接收端的主控单元4。
接收单元3的另一实施方法是：接收单元3判断工作状态只有两个选择，即工作在两个状态，没有断续接收。
主控单元4具有调度功能，当其接收到接收单元3传来的信息，判断每个接收单元所处的状态：工作状态或是空闲状态，并对其状态进行调度，如对于在断续接收的接收单元，调度其断续工作，以达到节能的目的；对于接收单元3接收到的信号，主控单元4使用通信多天先理论进行信号合并MRC技术后进行处理，得到最好解调结果。
主控单元的另一实施方法为：主控单元使用SC单选择技术，或者其他接收机技术来处理接收单元3传来的接收信号。
图3以及图4示出通信时间内系统的流程图以及长期运行的系统流程图。在实际中图3所示无人机操作在图4所示的一个通信时长内完成。具体地，上述设备功能的实现和衔接发生在一个通信时长内，在实际上，通信时常通常是以数十毫秒为一个时间单元，可以设置为10ms,也就是5G标准的帧的长度。
具体地，要实现无人机在高速移动下的可见光通信，需要无人机的定位反复校准，定位之后的步骤也需要重复进行，这之间的通信间隔可以是不限于10ms的设定时长,也可以通过摄像头捕获接收无人机的移动速度和姿态来调整间隔，如发现接收无人机处于悬停状态，则将通信间隔延长至几十至几百毫秒；如无人机处于高速运动状态，则将间隔设置在100ms以下。
具体地，若处在能见度较低条件下，可在接收端涂上反光涂料，在多机位摄像头1的定位阶段，由可见光发射装置2旋转发射可见光中波长较长的光，增强接收无人机与环境的区分度，提升定位精度。
具体实施中，可见光发射装置2的发射角的调节范围可以是0-180度之间的任意度数，其精度不限于1度。
具体实施中，若为了实现特殊需求，可将可见光装置4的发射口设置为可变换的不同形状，如三角，四方，五边，六角等形状，已达到便捷使用的效果。
具体实施中，接收单元3的种类可根据无人机用途配置如但不限于PD，APD，ImR等接收器。
说明书未详细描述的部件组合特征属于公知技术轻易想到或者实施本发明时容易确定且无异议的内容。上述方案，仅为本申请较佳的几个实施方式的描述，但本申请的保护范围不仅限于此，任何熟悉该技术的人能在本申请描述的范围内轻易实现，而不改变权利要求涉及基本原理的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内，即本申请保护范围应以权利要求保护范围为准。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种软件可定义的可见光自适应调制解调装置及方法