[发明专利]光通信感知传能一体化无人机系统

说明书

本发明公开了光通信感知传能一体化无人机系统，该系统包括一个光智能无人机和一个或多个光通信感知传能一体化接入点，接入点与无人机间搭建光无线链路，并通过该无线链路与无人机进行通信、定位和能量传输。实现过程包含预链接阶段和信息与能量传输阶段两个阶段：在预链接阶段，光通信感知传能一体化接入点发射引导光束对自由空间进行扫描，根据反射引导光或无人机的反馈信号确定目标无人机的位置；在信息与能量传输阶段，光通信感知传能一体化接入点朝无人机发射包含调制信息的通信光束，维持无人机高速通信的同时为无人机提供能量。与现有技术相比，本发明使无人机作为一个智能的移动接入点持续工作，实现无人机的通信感知传能一体化。

技术领域

本发明属于无人机控制领域，特别涉及一种光通信感知传能一体化无人机系统。

背景技术

随着无人机技术的发展，小型化智能化的无人机已被广泛应用在生活中，例如航拍、位置探测等。但是由于无人机本身续航能力的限制，无法做到超长时间的飞行和工作。现有的射频无线传能方法也存在着能量效率低，传能不稳定的缺点。

光信号的波束窄、带宽高，同时也不会与射频信号发生串扰，具有极高的稳定性和保密性。光信号的高指向性也提高了目标定位的精度和能量利用效率。将光无线通信与传能技术用于智能无人机，可以在给无人机提供高速率、高稳定性和高保密性的通信服务的同时，高能效地传输能量，使无人机可以全时高效率地工作，极大地拓展了无人机的应用场景。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种光通信感知传能一体化无人机系统，可作为一个全时工作的移动接入点，实时侦测周围环境并进行高速通信。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明的一种光通信感知传能一体化无人机系统，该系统包括一个光智能无人机和一个或多个光通信感知传能一体化接入点；光智能无人机与一个或多个光通信感知传能一体化接入点通过光无线链路相连，并传输通讯信息、位置信息和能量；光通信感知传能一体化接入点通过网线与网关相连；其中，

光智能无人机由机架、动力系统和控制系统组成；机架包括机身和起落架；动力系统包括电机、电池、光功放模块、光电转换模块；控制系统包括飞行控制模块、定位模块、光信号收发模块、信号处理模块及图像识别与处理模块；

光通信感知传能一体化接入点由光信号收发子系统、信号处理子系统、功率控制子系统和起落平台组成；光信号收发子系统包括引导光源、通信光源、光接收机、机械舵机；信号处理子系统包括位置信息处理模块、光通信模块；功率控制子系统包括光功放模块；

光通信感知传能一体化无人机系统的实现过程包括预链接阶段和信息与能量传输阶段两个阶段，具体包括以下步骤：

步骤一、首先系统进入预链接阶段，在光智能无人机与光通信感知传能一体化接入点保持相对静止的情况下，光通信感知传能一体化接入点向自由空间发射引导光束，搜索光智能无人机的位置；

步骤二、光通信感知传能一体化接入点根据光智能无人机反射的引导光束或无人机发送的反馈信号，确定光智能无人机所在位置，并朝无人机发射通信波束，与光智能无人机进行预链接，随后系统进入信息与能量传输阶段；

步骤三、在信息与能量传输阶段，光智能无人机根据来自光通信感知传能一体化接入点的指令信息进行移动；同时，光智能无人机实时接收来自光通信感知传能一体化接入点的光信号，并从中提取位置信息和指令信息；在场景中有多个光通信感知传能一体化接入点的情况下，光智能无人机根据多个位置信息分析出自身绝对位置，并将分析后的绝对位置信息送给光通信感知传能一体化接入点；

步骤四、光智能无人机接收到的光信号能量，一部分用于通信和定位，另一部分通过光电转换模块给电机供电或给电池充电，从而提高无人机的工作时间；在信道较差的环境下，光智能无人机提高用于通信的光功率比例，在信道好的环境下，提高用于充电的光功率比例，从而实现对接收光功率的智能调控。