一種利用無人機實現的智能中繼系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及無人機應用技術領域，具體涉及一種利用無人機實現的智能中繼系統及方法。
【背景技術】
[0002]中繼技術最早適用于多個用戶對于有限通信資源的分配，現在又廣泛應用于無線通信領域。簡單說來，大概分成以下兩種情況:
[0003]其一，比如當一個區域內的不特定多數用戶，公用某個固定帶寬的網絡資源，此時，通過中繼技術臨時調配其中的部分網絡資源給當前使用用戶，然后在當前用戶使用完該資源時，將該部分網絡資源再另行調配給其他需要使用的用戶。由于并非所有用戶都會在同一時間使用該網絡資源，所以通過合理調配，能夠讓一個固定的網絡資源更好地服務更多用戶。一個典型的例子，就是電話系統中電話線路的調用過程。
[0004]其二，在無線通信中，由于某個網絡設備的信號覆蓋范圍是有限的，為了能夠讓該信號覆蓋范圍符合用戶需求，有時候，需要將該信號覆蓋范圍在特定范圍內擴大。此時，需要通過一個設備接收源信號，并將該源信號向外轉發，采用類似信號接力的方式，擴大無線信號覆蓋范圍。
[0005]例如:申請號為201280058015.2、發明名稱為《用于無線通信網絡中的由中繼器發起的中繼拆卸操作的方法和系統》的中國發明專利申請提供的實施例包括:從多個候選無線中繼器中選擇無線中繼器；使用選擇的無線中繼器建立中繼操作，以經由選擇的無線中繼器在無線站之間進行無線通信。
[0006]在上述中繼技術的應用過程中，中繼設備與中繼方法也得到了長足的發展。但是，不可忽視的問題是，現有的中繼設備與中繼方法，基本是基于靜態的方式來對網絡資源進行調配。換句話說，環境中的各種網絡設備在設計之初進行了方案設計，但是一旦施工完成，所有的網絡設備都是相對較為固定的，僅能依據事先制定好的策略來進行網絡資源分配。這樣的設計方式，必然導致了中繼技術在靈活性和智能化程度方面，都存在改進空間；也導致在用戶的實際網絡使用需求不斷擴大和多元化的過程中，產生新的技術問題。例如:導致在終端使用環境復雜的情況下，無線網絡有效覆蓋性差。
[0007]具體來說，一個常見的情況是，某個用戶在家里安裝了無線上網環境，通過有線網絡到樓(光纖到樓)，無線網絡入戶(無線路由器轉化為無線信號)。并且，眾所周知，在現在的大中型城市的普通家庭，無線網絡已經非常普及了。但是，用戶會發現，現在個人家庭居住環境也是比較復雜的，通常分成客廳、臥室、書房、衛生間、廚房等多個相對獨立的空間，并且都有門隔開。即使是標稱能覆蓋200平方米的無線路由器，有時候因為各種障礙物、墻轉角等的阻礙，也不能很好的讓一個80平方米房間內的所有區域，都能夠實現很好的無線網絡接入能力。極端情況下，如果用戶與無線路由器正好處于一面墻相隔的大對角上，那么可能用戶與路由器僅隔墻相對，也無法獲得良好的服務。而由于現有的無線路由器是相對穩固的設置環境，如果因為用戶的日常性活動，就需要經常調整無線路由器位置，甚至安裝多個無線路由器，那么給用戶帶來了較大麻煩，并且也增加了成本。
[0008]例如，申請號為201310699662.8、發明名稱為《一種無線中繼組網系統及方法》的中國發明專利申請公開了一種無線中繼組網系統及方法，系統包括部署在不同通訊站點中的中繼設備，每一中繼設備包括無線中繼終端和中繼基站的至少其中之一；無線中繼終端及中繼基站通過有線方式與本地核心網建立路由轉發關系；無線中繼終端通過無線方式接入外圍中繼終端，無線中繼基站通過無線方式連接外圍無線中繼終端，與外圍核心網建立通訊鏈路；無線中繼終端將本地核心網發送的報文轉發至外圍中繼基站，并將從外圍中繼基站收到的報文轉發給本地核心網，中繼基站將本地核心網發送的報文轉發至外圍無線中繼終端，并將從外圍無線中繼終端收到的報文轉發給本地核心網；其中無線中繼終端與外圍中繼基站、中繼基站與外圍無線中繼終端之間均配置有無線中繼關系。本發明通過設置的多個無線中繼終端或者無線中繼基站，實現了將多個通訊站點互聯互通，組建統一的通訊網絡，實現較大范圍內的通訊覆蓋。
[0009]此外，在林區或者山區，由于受到高山阻擋造成無線信號衰減，甚至出現信號盲區，致使被山體隔開相對方向地段的人們無法聯通無線信號。常見的解決方法是在同一山體的頂部位置架設無線通信基站，增加移動終端的信號傳輸和通信網絡的覆蓋面。但是，這種信號中繼方式，成本高，時間長，機動性差，受環境影響限制較大。
【發明內容】
[0010]本發明的發明目的是提供一種利用無人機實現的智能中繼系統及方法，利用無人機實現無線信號的中繼放大，無人機反應迅速、機動能力強、運行成本低，解決了傳統無線路由器直接將有線網絡轉化成覆蓋其服務范圍的無線網絡信號，該無線路由器的位置相對固定，難以變化的缺陷。
[0011]為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下:
[0012]—種利用無人機實現的智能中繼系統，包括無線信號生成設備、飛行式中繼服務設備、無線網絡設備，所述飛行式中繼服務設備無線連接所述無線信號生成設備和所述無線網絡設備，其進一步包括無人機和機載的無線網絡中繼裝置，其中，
[0013]所述無線信號生成設備適用于在一定范圍內，生成無線信號；
[0014]所述飛行式中繼服務設備適用于利用所述無線信號生成設備提供的無線信號實現中繼放大，所述無人機能夠依據所述無線網絡設備的需要智能控制其飛行狀態。
[0015]進一步的，所述無人機進一步包括飛行器定位模塊、目標跟蹤模塊、飛行器控制模塊，所述飛行器定位模塊連接所述目標跟蹤模塊和所述飛行器控制模塊，所述目標跟蹤模塊連接所述飛行器控制模塊，其中，
[0016]所述飛行器定位模塊適用于提供無人機實時的地理位置信息和/或輔助確定所述無人機的飛行航跡；
[0017]所述目標跟蹤模塊適用于接收所述飛行器定位模塊提供的無人機位置和所述無線網絡設備位置信息，實時計算所述無人機與所述無線網絡設備之間的距離和/或相對位置，將計算結果轉化為飛行器控制信息并傳送至所述飛行器控制模塊；
[0018]所述飛行器控制模塊適用于接收所述飛行器控制信息，實時調整所述無人機的飛行姿態，控制所述無人機與所述無線網絡設備之間的距離保持在中繼放大后的無線信號傳播的有效距離之內和/或兩者之間的相對位置處于最佳接收、拍攝方向。
[0019]進一步的，所述機載的無線網絡中繼裝置進一步包括天線模塊和無線中繼路由模塊，所述天線模塊連接所述目標跟蹤模塊，所述無線中繼路由模塊連接所述天線模塊，其中，
[0020]所述天線模塊適用于接收指定頻段的無線信號和將信號調制到指定頻率進行發送；
[0021]所述無線中繼路由模塊適用于將所述天線模塊接收到的無線信號進行中繼放大，建立遠端無線傳輸網絡與近端無線接入網絡之間的中繼，實現無線信號的延伸和覆蓋范圍的擴展。
[0022]進一步的，所述無人機還包括圖像采集模塊，所述圖像采集模塊連接所述目標跟蹤模塊，其適用于采集無人機附近環境的視頻信號和/或數字圖像信號，輔助實時跟蹤所述無線網絡設備。
[0023]進一步的，所述無人機還包括自動避障模塊和/或存儲模塊，所述自動避障模塊連接所述飛行器控制模塊，其適用于探測所述無人機周圍障礙物并向所述飛行器控制模塊發送障礙物信息；所述存儲模塊適用于記錄相關網絡配置信息。
[0024]根據本發明的另一個方面，提供了一種利用無人機實現的智能中繼方法，該方法包括以下步驟:
[0025]中繼系統初始化；
[0026]無人機和無線網絡設備完成對碼，確定跟蹤目標；
[0027]搜索可用的遠端無線傳輸網絡，選擇適當的無線信號；
[0028]所述無人機開啟無線中繼路由模式，將所選擇的無線信號進行中繼放大；
[0029]所述無人機實時跟蹤所述無線網絡設備，依據所述無線網絡設備的需要智能控制其飛行狀態。
[0030]進一步的，所述搜索可用的遠端無線傳輸網絡，選擇適當的無線信號的步驟中，具體包括以下步驟:
[0031]依據所述遠端無線傳輸網絡的成本和/或接入速度，設定所述遠端無線傳輸網絡的優先級；
[0032]判斷所述無人機當前位置高優先級的遠端無線網絡信號強度是否有效；
[0033]如果有效，則選擇該高優先級的遠端無線傳輸網絡；
[0034]如果無效，則選擇下一優先級的遠端無線傳輸網絡。
[0035]進一步的，所述無人機實時跟蹤所述無線網絡設備，依據所述無線網絡設備的需要智能控制其飛行狀態的步驟，具體包括以下步驟:
[0036]實時判斷所述無人機與所述無線網絡設備之間的距離是否在無人機中繼放大后的無線信號傳播的有效距離之內；
[0037]如果在有效距離之內，則為所述無線網絡設備提供近端無線接入網絡服務；
[0038]如果不在有效距離之內，重新設定航跡點，控制所述無人機飛向新的航跡點。
[0039]進一步的，還包括對所述無線網絡設備狀態判斷的步驟，具體包括以下步驟:
[0040]預先設置所述無人機的待機點；
[0041]當所述無線網絡設備處于靜態時，所述無人機選擇距離其最近的待機點降落。
[0042]進一步的，還包括無人機自動避障的步驟，具體包括以下步驟:
[0043]實時探測所述無人機周圍障礙物；
[0044]判斷是否收到避障警告；
[0045]如果沒有，則繼續執行之前預定的航線；
[0046]如果收到，則重新規劃航線，控制所述無人機執行避障飛行動作。
[0047]本發明公開了一種利用無人機實現的智能中繼系統及方法，利用無人機實時跟蹤用戶目標使用的需要接入網絡的無線網絡設備，無人機搭載有無線網絡中繼裝置，將遠端無線傳輸網絡的無線信號中繼放大，為當前跟蹤的無線網絡設備提供快速、可靠、穩定、高效的網絡接入服務，該智能中繼系統機動靈活、架設時間短、運行成本低、網絡覆蓋范圍廣。
[0048]上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠使得本發明的技術手段更加清楚明白，達到本領域技術人員可依照說明書的內容予以實施的程度，并且為了能夠讓本發明的上述和其它目的、特征和優點能夠更明顯易懂，下面以本發明的【具體實施方式】進行舉例說明。
【附圖說明】
[0049]通過閱讀下文優選的【具體實施方式】中的詳細描述，本發明各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。而且在整個附圖中，用相同的附圖標記表示相同的部件。在附圖中:
[0050]圖1示出了根據本發明實施例一的利用無人機實現的智能中繼系統結構示意圖；
[0051]圖2示出了根據本發明實施例二的利用無人機實現的智能中繼系統結構示意圖；
[0052]圖3示出了根據本發明實施例三的利用無人機實現的智能中繼系統結構示意圖；