[发明专利]基于红外或可见光束的单无人机充电停机坪引导降落系统

说明书

本发明涉及一种基于红外或可见光束的单无人机充电停机坪引导降落系统，包括：无人机端，无人机设置有微处理器和光束收发器，光束收发器设置在无人机的底部，能够在微处理器的控制下垂直向下发射光束，并能够将接收到的来自停机坪端的光信号传送至微处理器；停机坪端，包括微处理器和光束收发器，光束收发器设置在停机坪上，能够在微处理器的控制下垂直向上发射光束，并能够将接收到的来自无人机端的光信号传送至微处理器；服务器端，根据无人机报告的三维坐标、飞行速度与方向，与停机坪自身三维坐标进行计算，求得相对位置距离，形成并发出控制无人机沿位置连线方向运动的引导方案指令，并通过停机坪端向无人机发出指令。

技术领域

本发明涉及光通信技术领域，具体设计出一套基于红外或可见光束的单无人机充电停机坪引导降落系统。

背景技术

红外光束测距，在无反光板和反射率低的情况下能测量较远的距离。随着LED光源技术的发展和进步，具有高亮度、低功耗、长寿命等优点的白光LED已有逐渐取代日光灯和白炽灯的趋势。由于白光LED通信调制便捷、响应迅速，在无害辐射、保密、稳定性等方面与紫外、射频等方式相比优势明显，成为一种新兴的可见光通信(VLC)方式，正在逐步推广到室内定位领域。现有红外与LED光束测距方法能够维持信道的稳定性，可操作性强，但是对于室内水平移动目标的定位采样需求缺乏针对性模型，单光源单接收器条件下的射频信号的获取处理研究较少。

具体而言，目前，无线充电的无人机停机坪已经进入量产阶段，该类停机坪将停机坪替换为充电板，可以实现无人机停靠后，无需导线即可实现实时充电，大大简化了充电流程。但是该停机坪对无人机停靠的位置和稳定性存在要求，对停靠偏移的无人机难以有效进行感应充电。而在无人机降落阶段大多要依靠操作员主观经验遥控执行，现有自动控制降落的精度也难以对停机坪较小范围的面积进行准确定位。在无线充电、周围用电设备、电磁场可能会对遥控或自动降落进行干扰或屏蔽无线电信号的前提下，研究采用无干扰、易感应、省能量的降落引导系统，避免或减小上述问题的措施，成为了无人机降落体系设计中面临的很大的挑战。

发明内容

本发明提出的方法中，以红外或LED可见光束的光束收发组合系统为基础，在无人机底部、停机坪中心位置分别安装光束收发器，两收发器之间按照二进制闪烁频率通信，根据双方坐标和无人机行为状态，进行降落引导，确保无人机停靠位置准确安全。技术方案如下：

一种基于红外或可见光束的单无人机充电停机坪引导降落系统，包括：

无人机端，无人机自身能够获取包括三维坐标、飞行速度与方向信息在内的飞行状态，无人机还设置有微处理器和光束收发器，光束收发器设置在无人机的底部，能够在微处理器的控制下垂直向下发射光束，并能够将接收到的来自停机坪端的光信号传送至微处理器；

停机坪端，包括微处理器和光束收发器，光束收发器设置在停机坪上，能够在微处理器的控制下垂直向上发射光束，并能够将接收到的来自无人机端的光信号传送至微处理器；无人机端和停机坪端通过各自的微处理器和光束收发器进行光通信，实现停机坪发出指令与无人机飞行状态反馈；停机坪端的微处理器还与服务器之间进行通信；

服务器端，根据无人机报告的三维坐标、飞行速度与方向，与停机坪自身三维坐标进行计算，求得相对位置距离，形成并发出控制无人机沿位置连线方向运动的引导方案指令，并通过停机坪端向无人机发出指令，直至无人机的相对位置距离小于预设的阈值，表明停靠成功；若停机坪端光束收发器超过预设时段中断接收到正在引导的无人机反馈信息，表明停靠失败，停机坪向服务器报警。

利用所述系统实现引导降落的过程如下：

步骤一：无人机飞抵停机坪上空，底部光束收发器接收感知到停机坪中心光束收发器发出的光信号，由此说明该坪位空置，无人机主动向停机坪发出通信请求，停机坪选择回复是或否，若选择是，则建立稳定通信链路，无人机操作员手动或无人机设置自动向停机坪发出请求，拟降落至该坪；若选择否，则该停机坪拒绝与该无人机通信，此次感知询问过程结束；