[发明专利]基于通信感知计算传能一体化的无人机充电方法和系统

说明书

本发明公开了基于通信感知计算传能一体化的无人机充电方法和系统，该方法基于停机坪端实现，包括：按照预设信号形式向空域中发送加密通信广播和感知信号并接收无人机发出的充电请求信号；计算得到该无人机当前的空间位置，发射引导信号给该无人机以引导该无人机前往该停机坪；确定该无人机应当前往的传能区域，并通过引导信号引导无人机至该传能区域进行充电；在充电过程中实时修正该无人机当前的空间位置，实现电磁能以点聚焦的无线传能形式送至无人机，完成充电。本发明通过实时感知计算欠电状态无人机的空间位置，基于感知和通信技术协作引导无人机悬停或降落到特定区域，并进行无线充电，能够提高充电效率。

技术领域

本发明涉及通信感知技术领域和无线传能技术领域，具体涉及一种基于通信感知计算传能一体化的无人机充电方法和系统。

背景技术

近年来，无人机的运用越来越广泛，在民用和军用上都展现出了它的优势。在空域巡检和对军事目标打击上都起到了不可或缺的作用。相对于人力来讲，无人机具有制造成本低、机动性强、控制简单等特点，且因为处于空域中，也能不受地形地貌、天气环境的限制。

但是无人机的续航能力较差，对于旋翼较多的无人机，电池在单次作业中只能维持30min左右，这大大限制了单个无人机能够工作的范围，致使其不能完成一些更加复杂的工作。在每次无人机电池用尽时，都需要降下来，人工进行电池的更换，或者是在无人机上搭载一个备用电池进行更换。这大大降低了无人机的工作效率，在民用环境下尚可，但在军用环境下这一问题可能就是致命的。

现有的无人机充电方案中，如专利“CN201910839143.4，一种智能型无人机自动充电系统”，采用的无人机与总控制台通信，由总控制台向其通信告知停机坪的位置，这种方式导致了整个充电流程效率较慢。充电方案大多数都为接触式充电方案，但是接触式的充电方案对无人机的落点位置精度要求较高。也有少数的非接触式的无线充电方案，其原理为电磁波传能，文献Space solar power programs and microwave wireless powertransmission technology(IEEE ,2002 ,3(4):46-57 .MCSPADDEN J O and MANKINS JC)表明当发射天线和接收天线的方向性较高时，电磁波能量从发射天线到接收天线的传输效率能达到80%以上，说明了电磁波传能实现无线充电的可行性。但是由于无线充电时，无人机受自身产生的气流以及周围环境气压风向的变化的影响，会使自身的空间位置不断变化，如果不能及时通过通信感知更新无人机的位置，会使无线充电的效率大大降低。同时，现有的方案中对停机坪的充电区域也并未进行合理的分配，对充电桩的利用率也大打折扣。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于通信感知计算传能一体化的无人机充电方法和装置。本发明通过实时感知计算欠电状态无人机的空间位置，基于感知和通信技术协作引导无人机悬停或降落到特定区域，并进行无线充电，能够提高充电效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于通信感知计算传能一体化的无人机充电方法，该方法基于停机坪端实现，包括：

按照预设信号形式向空域中发送加密通信广播和感知信号并接收无人机发出的充电请求信号；所述加密通信广播和感知信号包括停机坪的位置以及传能区域空闲状态，该信号在空中传播，接触到无人机后返回停机坪天线。所述充电请求信号包括充电的请求、无人机的执行任务等级；

根据该无人机发出的充电请求信号或加密通信广播和感知信号的返回信号，计算得到该无人机当前的空间位置。发射引导信号给该无人机以引导该无人机前往该停机坪，所述引导信号包括对充电请求的回复、无人机相对于停机坪当前的空间位置、以及无人机需要前往的位置；

根据该无人机的执行任务等级和该停机坪传能区域的空闲状态确定该无人机应当前往的传能区域，并通过引导信号引导无人机至该传能区域进行充电；

在充电过程中实时修正该无人机当前的空间位置，实现电磁能以点聚焦的无线传能形式送至无人机，完成充电。