[发明专利]基于特高压线区电场等势面的无人机自主导航系统及方法

权利要求书

1.基于特高压线区电场等势面的无人机自主导航系统，其特征在于，该系统包括：

无人机本体；

电磁场测量模块，设于无人机本体的下方，用于获取当前位置、当前时刻的电场数值大小；所述的电磁场测量模块包括电磁辐射测量仪和数据传输电路，所述的电磁辐射测量仪与数据传输电路连接，所述的数据传输电路与机载处理模块连接；

飞控子系统，设于无人机本体上，用于控制无人机在输电线路激发的电磁场等势面中飞行的方向和高度，所述的飞控子系统包括飞控模块和机载处理模块，所述的机载处理模块与电磁场测量模块连接；所述机载处理模块根据飞行情况对设置的波动阈值与初始电场值的差值进行判断，对飞控模块发出指令调整无人机本体的飞行高度和方向，无人机本体以飞行路线为基础，沿等值线图的某一等势面的轮廓纵深飞行；

惯性导航子系统，与飞控模块连接，用于根据空间电场分布等值线图建立以无人机初始位置为坐标系原点的惯性导航子系统坐标系，规划飞行路线。

2.根据权利要求1所述的基于特高压线区电场等势面的无人机自主导航系统，其特征在于，所述的飞控模块包括气压计、陀螺仪和指南针。

3.根据权利要求1所述的基于特高压线区电场等势面的无人机自主导航系统，其特征在于，所述的机载处理模块为单片机。

4.根据权利要求1所述的基于特高压线区电场等势面的无人机自主导航系统，其特征在于，所述的无人机初始位置选取距离杆塔最高连接输电线的正上方8米处。

5.一种应用如权利要求1-4任一项所述的基于特高压线区电场等势面的无人机自主导航系统的基于特高压线区电场等势面的无人机自主导航方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1：操作无人机飞行至安全位置，即距离杆塔最高连接输电线的正上方的初始位置；

S2：根据特高压输电线路等级参数获取空间电场分布等值线图；

S3：惯性导航子系统根据电场分布等值线值图建立以无人机初始位置为坐标系原点的惯性导航子系统坐标系，规划飞行路线并发送至飞控子系统；

S4：无人机按规划的飞行路线飞行，在飞行过程中，电磁场测量模块获取当前位置、当前时刻的电场数值，机载处理模块根据不同飞行情况设置波动阈值，并采用上下阈值法判断此时电场数值大小与初始电场值的差值是否在阈值允许的波动范围内，若是，则判定无人机在设定的电场等势面中飞行，若实时数值大小偏差较大，则机载处理模块发送指令给飞控模块，调整无人机的飞行高度和飞行方向，使其所测的电场数值大小返回设置的波动阈值范围内；

S5：无人机以飞行路线为基础，沿等值线图的某一等势面的轮廓纵深飞行。

6.根据权利要求5所述的基于特高压线区电场等势面的无人机自主导航方法，其特征在于，无人机自主导航飞行包括两种飞行模式，模式一为无人机沿输电线平行的等势面飞行，具体包括以下步骤：

101)基于惯性导航子系统设置无人机沿输电线路纵深飞行；

102)在飞行过程中通过电磁场测量模块实时测量的电场数值大小，以每秒若干次的频率将数据传输给单片机；

103)根据不同飞行情况设置波动阈值，采用上下阈值法，单片机判断此时电场数值大小是否与初始电场值的差值在阈值允许波动范围以内，若在允许范围内波动，继续按照设置的平行与输电线路纵深飞行，若超出范围内，调整无人机飞行的高度；

104)回到101)步骤；

模式二为无人机以输电线为轴线的多角度自主盘旋的等势面飞行，具体包括以下步骤：

201)对输电线路激发的电场进行电场强度计算，获取电场分布等值线图；

202)基于惯性导航子系统设置无人机沿等势面分布轮廓形状的飞行路线，并同时向着输电线路纵深方向飞行；

203)在飞行过程中通过电磁场测量模块实时测量的电场数值大小，以每秒若干次的频率将数据传输给单片机；

204)根据不同飞行情况设置波动阈值，采用上下阈值法，单片机判断此时电场数值大小是否与初始电场值的差值在阈值允许波动范围以内，若在允许范围内波动，继续按照设置的平行与输电线路纵深飞行，若超出范围内，调整无人机飞行的高度；

205)回到201)步骤。