充电站 | 如何实现无人机之间相互通信

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目前无人机集群仍然是无人机研究中的一大热点，受到国内外广泛的关注和重视。其中，无人机集群通信组网系统更是大家关注的重点。

做无人机研究的大都是电气工程、计算机类专业出身，对通信方面的知识了解有限，所以很多开发者在做无人机集群研究时，碰到与通信相关的问题就会非常头疼。由于不知晓4G(5G)，WIFI，zigbee，NB-IOT，LORA，mesh无线自组网等通信组网方式的特点，在面临通信组网方式的选择时常常无从下手。哪怕最后选型得以确定，也无法在无人机上完成部署和使用。

对于通信方案的选型和通信组网方式的确定，这些都可以在上网查阅后得到了解。尽管内容很多，但只有在自己掌握后，才能更好地去做无人机集群的相关研究。
在此，我们针对选好通信组网方式后如何将通信组网模块与无人机结合起来使用这点，分享一些我们的经验。


在分享之前，我们要对无人机的框架组成有基本的了解。我们这套方案使用的无人机是由机架、电机、定位模块、飞控，机载计算机、通信模块等部分组成。其中，飞控充当“小脑”角色，控制无人机；机载计算机充当“大脑”角色，进行任务决策规划。而无人机集群通信就是让无人机的“大脑”间实现相互的交流。

接下来，我们会详细说明室内外场景中，无人机集群通信是怎样实现的。针对室外场景，应用研究方向会更多一些，所以要根据数据传输量，通信距离等指标来衡量实现的标准。
在我们这套方案中，采用的是阿木实验室自研的HOMER模块。HOMER模块含有电源口，网口以及串口等接口。第一步先把HOMER模块安装在无人机上，根据HOMER模块的供电电压以及电源接口选择合适的模块与电池连接，这样通电问题就解决了。需要注意一点，将通信模块安装到无人机之前要先将通信模块进行配置，保证通信模块相互通信是没有问题的。
再就是把机载计算机和HOMER模块的网口进行连接。机载计算机上装有Linux操作系统以及专门的ROS，对Linux操作系统来讲，机载计算机在以有线连接的方式接入了该局域网后，会生成一个IP；但一般情况下，每架无人机我们都会设置它的静态IP，后在ROS内进行多机通信配置。
关于ROS多机通信配置，大家如果不清楚，可以在网上查找其相关资料。它的本质就是把ROS主机放在机载计算机设备上，这样其他机载计算机上运行的ROS节点就能实现相互间的通信及数据交互，进而推进无人机相互之间的数据交互。
最后，根据自己的研究内容，部署相关算法程序到ROS上就可以了。前面中提到HOMER本身是有串口的，通过串口将飞控接入到该局域网，处于同局域网的地面端电脑就可以实现对无人机的远程监控。

从上图可以看到，通信模块会搭载形成局域网，地面端电脑远程控制无人机集群，无人机之间也可以通过局域网进行数据交互。当然，有些通信模块可能只会提供一个网口，这时如果地面端电脑想要远程监控飞控状态，也可以用机载计算机有线连接飞控，从而使飞控数据得以转发到地面端电脑。


其实，以上内容总结下来，上述方案中无人机通信模块接入无人机主要就是两点：
1、 解决通信模块的供电；
2、 完成无人机与通信模块的软硬件配置 。
通常室内场景中，空间范围小，对通信距离要求低，所以我们基于WIFI的集群通信方式，使用Wifi路由器来搭建无人机集群通信方案。由Wifi路由器提供局域网，而我们无人机的机载计算机也会通过无线连接的方式接入局域网，和上面讲的有线连接接入该局域网实质是一样的。因此也建议大家配置好静态IP以及ROS多机通信的配置。在路由器组网后，飞控的数据只能通过机载计算机进行转发。
希望以上内容的介绍，能让大家了解如何将通信模块接入到无人机，了解无人机之间数据交互的实现过程。当然这是以我们所使用的这套方案来讲解的，适用性有限，仅供大家来参考。
本期内容到这里就结束了，我们下期再见！
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