[发明专利]一种基于输电线路电磁场分布的无人机测距系统及方法

权利要求书

1.一种基于输电线路电磁场分布的无人机测距系统，其特征在于：包括巡检无人机、电磁场传感器、气压计、数据处理模块、飞控模块，所述的电磁场传感器、气压计、数据处理模块、飞控模块、气压计均设于巡检无人机上，所述的数据处理模块与电磁场传感器、气压计相连，所述的飞控模块与数据处理模块相连；其中：

电磁场传感器：用于测量电场分量及有效值；测量磁感应强度分量及有效值；

气压计：用于测量无人机的海拔高度和对地高度；

数据处理模块：用于根据电磁场传感器检测电磁场获得的电场、磁场变化率，依据对地高度，获得该高度下电场变化率的阈值，并判断是否达到阈值，传递给飞控模块；

飞控模块：控制无人机的飞行，并根据测试的得到电场、磁场变化率阈值控制无人机的飞行；若电场变化率小于阈值，按既定飞行指定继续飞行；若大于等于阈值则无人机悬停，并向控制中心发送距离过近的报警信号，后退设定距离后转为手动控制或重新规划飞行路线。

2.采用权利要求1所述的一种基于输电线路电磁场分布的无人机测距系统的无人机测距方法，其特征在于包括以下步骤：

1)无人机在飞行前在飞控模块中先设定线路电压等级、塔型，可选择的线路电压等级包括1000kV、500kV、220kV、110kV，可选择的塔型包括同塔双回、同塔单回线路；

2)无人机在正常飞行后，气压计测量对地高度，电磁场传感器测量电场、磁场强度；

3)数据处理模块根据线路电压等级和塔型、气压计测量的高度数据计算或选择电场和磁场阈值；

4)数据处理模块根据电磁场传感器测量的数据计算电场变化率、磁场变化率；

5)飞控模块获取数据处理模块的计算结果，判断电场、磁场变化率是否超标；若电场、磁场变化率若超标，则进入步骤6)，若电场、磁场变化率正常，则进入步骤2)，飞行机处于正常飞行状态；

6)无人机悬停，并向控制中心发送距离过近的报警信号；

7)判断是否为自动飞行；若无人机为非自动飞行状态，则返回步骤5)，若无人机为自动飞行状态，则进入步骤8)；

8)后退设定距离后，重新规划飞行路线。

3.根据权利要求2所述的无人机测距方法，其特征在于：电磁场传感器用于测量电场Ex、Ey、Ez分量及有效值；测量磁感应强度Bx、By、Bz分量及有效值。

4.根据权利要求3所述的无人机测距方法，其特征在于：

数据处理模块根据麦克斯韦方程组的积分形式计算任意空间的电磁场分布：

式中：是磁场强度，是传导电流密度，是电位移矢量，ρ是体电荷密度，

是电场强度，是磁感应强度；

把工频交流电场近似成准静态场；设输电线路为平行于地面的无限长直导线，在计算电场分布时取大地电位为零；在已知导体表面电位的情况下，利用镜像法，根据无限长直导线产生的电位公式和叠加原理，应用下列矩阵方程计算多导线线路中导线的线电荷密度τ1，τ2，…，τn，即：

式中，D为各相导线、避雷线与镜像之间的距离；d为各相导线和避雷线相互之间的距离；R为各相导线的等效半径；w为避雷线的半径；在(x,y)点的电场强度的水平和垂直分量Ex和Ey表示为：

应用Biot-Savart定律分别计算每根电流产生的磁场，然后将计算结果叠加，得到导线周围的磁场强度若设有N相导线，并且忽略镜像导线的影响，则空间任意一点(x,y)处的磁感应强度为：

式中I_n为导线电流，μ₀为真空磁导率，B为磁感应强度；输电线路周边电磁场通过式(2)-式(8)求解，并据此建立不同输电线路周边的电磁场分布特性。