一种基于无人机基站的无线充电系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于无人机基站的无线充电系统。本发明专利技术还涉及一种无线充电的方法，包括以下步骤：当无人机电力将要耗尽，或者接收到充电续航型号时，通过GPS巡航到附近基站的大致位置；通过摄像头定位精确位置，方法是在装置上设置图像标记，在机载DSP上通过Sobel算子检测出图像的边缘信息实现精确定位并着陆；着陆成功后，四轴与基站通信开启无线充电。本发明专利技术能够通过地面基站，实现无人机的自动执行任务和自动充电，减少了运营成本，提升了四轴的飞行效率，解放了四轴的续航时间限制，实现了四轴的远程飞行。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机基站的无线充电系统及方法
本专利技术涉及一种可以自主充电的无人机基站及无线充电方法。
技术介绍
一般小型无人机的电池续航能力有限。在很多典型应用环境中，无人机执行巡逻任务十分常见，比如深林大火、化学品泄漏、地震的灾害情况监测、边境巡逻、野生动植物保护、军事侦察等任务。受续航时间的限制，一台微小型无人机巡逻范围都在几十公里以内，并且需要专人值守，操作和维护无人机。无人机执行任务时，需要操纵手操纵，并且需要配备地面基站。然而，为了无人机更适应全自动化的飞行作业，传统的无人机地面基站都采用有人基站，并手动充电，如果任务覆盖范围较广，就需要每几十公里内部署无人机基站其人力成本非常昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够实现自动充电的无人机充电系统及采用该系统的无线充电方法。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了一种基于无人机基站的无线充电系统，其特征在于，包括无人机控制模块、机载组合定位模块、地面基站、PC端、数据采集处理服务器，其中：地面基站，用于与机载组合定位模块建立无线数据通信，接收机载组合定位模块发送的无线信号和数据，利用其中的测距信息计算机载组合定位模块与地面基站之间的距离，并将距离信息送交数据采集处理服务器进行处理；机载组合定位模块，用于与地面基站建立无线数据通信，并接收数据采集处理服务器发送的飞行动作调整指令，将飞行动作调整指令反馈至无人机控制模块，同时，用于对无人机进行定位使其着陆在地面基站上；无人机控制模块，用于从机载组合定位模块接收飞行动作调整指令，根据飞行动作调整指令控制各个电机的转动速度，对航线进行实时校正；数据采集处理服务器，用于采集地面基站上传的距离信息，根据采集到的无人机到各个地面基站间的距离计算出无人机具体的坐标信息，并与PC端绘制的航线信息进行对比，根据无人机位置与航线间的误差判断出无人机下一步需要做出的调整动作，生成飞行动作调整指令，将飞行动作调整指令通过无线方式发送给无人机的机载组合定位模块，同时，将计算得到的坐标上传至PC端用于在其上显示无人机现在的位置；PC端，用于绘制无人机航线，并将航线信息送交数据采集处理服务器，并从数据采集处理服务器获取相应的坐标信息用于在其上显示。优选地，所述无人机控制模块包括电源模块、微处理单元及电机控制模块，由电源模块为微处理单元及电机控制模块提供工作电压，微处理单元接收所述飞行动作调整指令，由微处理单元根据飞行动作调整指令驱动电机控制模块。优选地，所述的机载组合定位模块包括INS/GPS组合导航定位模块、DSP图像定位模块、无线发射模块、供电单元、微处理单元，供电单元为INS/GPS组合导航定位模块、DSP图像定位模块、无线发射模块及微处理单元提供工作电压，微处理单元分别连接INS/GPS组合导航定位模块、DSP图像定位模块及无线发射模块，无线发射模块与所述地面基站及所述数据采集处理服务器建立数据通信。优选地，所述DSP图像定位模块包括图像采集单元、DSP图像处理单元、结果输出单元、控制单元，其中：图像采集单元由摄像头及视频图像采集芯片组成，图像采集单元通过摄像头采集到模拟图像信号，并由视频采集芯片对其进行A/D转换，输出数字图像信号，送至DSP图像处理单元，由DSP图像处理单元通过Sobel算子检测出图像的边缘信息，确定地面基站标记的当前坐标，再由结果输出单元对运算处理后的信号运算输出，并将该结果发射至所述无人机飞行控制模块。优选地，所述地面基站设有特征图像标记，该特征图像标记外形为实心红等腰三角形，在其重心处有一较小黑色圆形，在无人机与地面基站距离较远时，先定位红三角形，当距离较近时，定位黑色圆形。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种无人机无线充电方法，采用上述的无线充电系统，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：机载组合定位模块中的INS/GPS组合导航定位模块向地面基站发送无线信号和数据，接收地面基站返回的无线信号和数据，对收发无线信号和数据进行处理，并接收数据采集处理服务器发送的飞行动作调整指令，并反馈至无人机控制模块进行处理；步骤2：无人机控制模块根据机载组合定位模块采集到的飞行动作调整指令控制各个电机的转动速度，对航线进行实时校正，以保证无人机用指定的速度飞行在指定的航线上；步骤3：地面基站接收机载组合定位模块发送的无线信号和数据，利用其中的测距信息计算机载组合定位模块与地面基站之间的距离，并将距离信息送交数据采集处理服务器进行处理；步骤4：数据采集服务器将数据采集后发送至数据采集处理服务器，数据采集处理服务器根据采集到的无人机到各个地面基站间的距离计算出无人机具体的坐标信息，并与PC端绘制的航线信息进行对比，根据无人机位置与航线间的误差判断出无人机下一步需要做出的调整动作，生成飞行动作调整指令，将飞行动作调整指令通过无线方式发送给无人机的机载组合定位模块，同时将计算得到的坐标上传至PC端用于在其上显示无人机现在的位置；步骤5：PC端用于绘制无人机航线，并将航线信息送交数据采集处理服务器，并从数据采集处理服务器获取相应的坐标信息用于在其上显示；步骤6：机载组合定位模块中的DSP图像定位模块通过摄像头定位并着陆。由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术实现无人机的自动执行任务和自动充电，减少了运营成本，提升了四轴的飞行效率，解除了四轴的续航时间限制，实现了四轴的远程飞行。附图说明图1是本专利技术的系统工作流程图；图2是本专利技术的系统结构框架图；图3是本专利技术的DSP图像定位模块框架结构图；图4是本专利技术中的DSP图像定位模块工作原理图；图5是本专利技术中的地面充电站特征图像标记示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例：如图1及图2所示，本专利技术定位系统包括无人机控制模块，机载组合定位模块，地面基站，PC端，数据采集处理服务器。当无人机电力将要耗尽，或者接收到充电续航型号时，通过GPS巡航到附近基站的大致位置；通过摄像头定位精确位置，方法是在装置上设置图像标记，在机载DSP上通过Sobel算子检测出图像的边缘信息实现精确定位并着陆；着陆成功后，四轴与基站通信开启无线充电。机载组合定位模块中的INS/GPS组合导航定位模块向地面基站发送无线信号和数据，接收地面基站返回的无线信号和数据，对收发无线信号和数据进行处理，并接收数据采集处理服务器发送的飞行动作调整指令，并反馈至电机控制单元进行处理电机控制单元根据机载组合定位模块采集到的指令控制各个电机的转动速度对航线进行实时校正，以保证无人机用指定的速度飞行在指定的航线上。地面基站接收机载组合定位模块发送的无线信号和数据，利用其中的测距信息计算机载组合定位模块与地面基站之间的距离，并将距离信息送交。数据采集处理服务器进行处理数据采集处理服务器根据采集到的无人机到各个基站间的距离计算出无人机具体的坐标信息，并与PC端绘制的航线信息进行对比，根据无人机位置与航线间的误差判断出无人机下一步需要做出的调整动作，将调整指令通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无人机基站的无线充电系统，其特征在于，包括无人机控制模块、机载组合定位模块、地面基站、PC端、数据采集处理服务器，其中：地面基站，用于与机载组合定位模块建立无线数据通信，接收机载组合定位模块发送的无线信号和数据，利用其中的测距信息计算机载组合定位模块与地面基站之间的距离，并将距离信息送交数据采集处理服务器进行处理；机载组合定位模块，用于与地面基站建立无线数据通信，并接收数据采集处理服务器发送的飞行动作调整指令，将飞行动作调整指令反馈至无人机控制模块，同时，用于对无人机进行定位使其着陆在地面基站上；无人机控制模块，用于从机载组合定位模块接收飞行动作调整指令，根据飞行动作调整指令控制各个电机的转动速度，对航线进行实时校正；数据采集处理服务器，用于采集地面基站上传的距离信息，根据采集到的无人机到各个地面基站间的距离计算出无人机具体的坐标信息，并与PC端绘制的航线信息进行对比，根据无人机位置与航线间的误差判断出无人机下一步需要做出的调整动作，生成飞行动作调整指令，将飞行动作调整指令通过无线方式发送给无人机的机载组合定位模块，同时，将计算得到的坐标上传至PC端用于在其上显示无人机现在的位置；PC端，用于绘制无人机航线，并将航线信息送交数据采集处理服务器，并从数据采集处理服务器获取相应的坐标信息用于在其上显示。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机基站的无线充电系统，其特征在于，包括无人机控制模块、机载组合定位模块、地面基站、PC端、数据采集处理服务器，其中：地面基站，用于与机载组合定位模块建立无线数据通信，接收机载组合定位模块发送的无线信号和数据，利用其中的测距信息计算机载组合定位模块与地面基站之间的距离，并将距离信息送交数据采集处理服务器进行处理；机载组合定位模块，用于与地面基站建立无线数据通信，并接收数据采集处理服务器发送的飞行动作调整指令，将飞行动作调整指令反馈至无人机控制模块，同时，用于对无人机进行定位使其着陆在地面基站上；无人机控制模块，用于从机载组合定位模块接收飞行动作调整指令，根据飞行动作调整指令控制各个电机的转动速度，对航线进行实时校正；数据采集处理服务器，用于采集地面基站上传的距离信息，根据采集到的无人机到各个地面基站间的距离计算出无人机具体的坐标信息，并与PC端绘制的航线信息进行对比，根据无人机位置与航线间的误差判断出无人机下一步需要做出的调整动作，生成飞行动作调整指令，将飞行动作调整指令通过无线方式发送给无人机的机载组合定位模块，同时，将计算得到的坐标上传至PC端用于在其上显示无人机现在的位置；PC端，用于绘制无人机航线，并将航线信息送交数据采集处理服务器，并从数据采集处理服务器获取相应的坐标信息用于在其上显示。2.如权利要求1所述的一种基于无人机基站的无线充电系统，其特征在于，所述无人机控制模块包括电源模块、微处理单元及电机控制模块，由电源模块为微处理单元及电机控制模块提供工作电压，微处理单元接收所述飞行动作调整指令，由微处理单元根据飞行动作调整指令驱动电机控制模块。3.如权利要求1所述的一种基于无人机基站的无线充电系统，其特征在于，所述的机载组合定位模块包括INS/GPS组合导航定位模块、DSP图像定位模块、无线发射模块、供电单元、微处理单元，供电单元为INS/GPS组合导航定位模块、DSP图像定位模块、无线发射模块及微处理单元提供工作电压，微处理单元分别连接INS/GPS组合导航定位模块、DSP图像定位模块及无线发射模块，无线发射模块与所述地面基站及所述数据采集处理服务器建立数据通信。4.如权利要求3所述的一种基于无人机基站的无线充电...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晓涛，丁永生，蒋章，杨令晨，张悦，姚思雅，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31