一种海陆两用自供能无人机航保基站制造技术

本发明专利技术提供一种海陆两用自供能无人机航保基站，包括从上到下依次设置的风光互补发电层、无人机补给层、核心组件层和支座；风光互补发电层包括太阳能发电装置和风能发电装置；无人机补给层包括充电平台，和位于充电平台上的引导模块和充电模块；核心组件层包括储能单元、控制线路和信息中继模块；储能单元用于将风光互补发电层产生的电力进行存储；控制线路用于控制作为无人机补给层舱门的太阳能板的开闭，以及太阳能发电装置、风能发电装置、储能单元的电能供能切换；信息中继模块用于将信号范围内无人机采集的信号进行加强和中继，传输至岸基管理中心。本发明专利技术基站设计，延长了无人机的续航时间，扩大了巡航范围。

A marine and marine dual purpose self powered UAV air defense base station

The invention provides a marine-land dual-purpose self-powered unmanned aerial vehicle (UAV) aviation protection base station, which comprises a wind-solar complementary power generation layer, an UAV replenishment layer, a core component layer and a support arranged sequentially from top to bottom; a wind-solar complementary power generation layer comprises a solar power generation device and a wind power generation device; and an UAV replenishment layer comprises a charging platform and a charging position. The core module layer includes energy storage unit, control circuit and information relay module; energy storage unit is used to store the electricity generated by wind-solar complementary power generation layer; control circuit is used to control the opening and closing of solar panel as the supply layer door of UAV, and solar power generation device. Power supply switching of wind power generation device and energy storage unit, and information relay module is used to strengthen and relay the signals collected by UAV in the signal range and transmit them to shore-based management center. The base station design of the invention extends the endurance time of the UAV and extends the cruise range.

【技术实现步骤摘要】
一种海陆两用自供能无人机航保基站
本专利技术属于水上交通运输工具领域，具体涉及一种海陆两用自供能无人机航保基站。
技术介绍
目前，类似森林、大型水库、湖泊及近海等事故易发且难以监管的大型区域一般采用管理人员轮班巡逻的方式进行监管，随着科学技术的发展，直升机、大型无人机及各种载具越来越多地投入应用，但上述监控管理措施仍普遍存在工作效率低下，信息获取周期长，事故应急能力低等问题。为应对监管面积大、监管难度高并且事故多发区域日益严峻的安全形势，目前迫切需要一种灵活机动、迅速有效的方案以提高巡航监管效率及事故应急能力以减少经济财产损失。近年来，无人机在民用领域有着长足的发展，因其具有视角广阔、高效快速、精细准确、作业成本低、成果直观、适用范围广、生产周期短等优点而被广泛地运用到生产和生活的各个领域。然而，现有的无人机巡航监管方式仍然存在众多弊端，并且极大的制约了无人机在相关领域的应用发展。1、续航能力限制巡航半径：无人机的巡航半径往往根据其最大续航里程的一半来划定，由于无人机需要母载体和维护基站的支持，因此无人机的巡航范围往往受到较大的限制，无人机的巡航效果不能达到最大化；2、自主化程度低：当无人机需要充电或进行故障检测时，往往由工作人员进行回收再做后续处理，限制了无人机的自主化程度的提升；3、信息获取不够及时、全面：目前应用于大型区域的无人机巡航一般选用尺寸大、造价贵、能耗高的固定翼或单旋翼无人机，由于数量等限制，无法构成巡航网络以对目标区域进行全面的监管。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种海陆两用自供能无人机航保基站，延长无人机的续航时间，扩大巡航范围。本专利技术为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种海陆两用自供能无人机航保基站，其特征在于：它包括从上到下依次设置的风光互补发电层、无人机补给层、核心组件层和支座；其中，风光互补发电层包括太阳能发电装置和风能发电装置；太阳能发电装置包括作为无人机补给层舱门的太阳能板；风能发电装置包括垂直轴风力发电机，垂直轴风力发电机包括叶片，叶片的底部固定在钢圈上，钢圈穿过防护罩与位于核心组件层的直角旋转杆连接，直角旋转杆与位于基站中心的转子连接，风力带动整个结构以位于基站中轴线的转子为旋转中心转动以产生电力；无人机补给层包括充电平台，和位于充电平台上的引导模块和充电模块；引导模块由无人机引导装置、扫描检测装置组成，引导装置包括垂直引导杆和辅助引导导孔，垂直引导杆位于充电平台上，无人机降落充电时插入无人机引导导轨内并固定无人机；辅助引导导孔位于无人机几何中心，成漏斗状，在无人机降落充电时与垂直引导杆耦合，将无人机引入位于充电平台的充电机位；扫描检测装置位于无人机引导机位上，包括四个对称分布的扫描探头，在无人机引入充电机位并固定后，对无人机进行扫描检测，并将结果发送到岸基管理中心；充电模块由发射端、接收端、充电电池及充电管理系统组成；发射端为两个伸缩式电极，位于垂直引导杆上，正极位于上表面，负极位于下表面，当无人机引入充电机位后，两电极弹出，为无人机充电；接收端位于辅助引导导孔内上部，呈环形凹槽状，当无人机引入充电机位后，与发射端连接，为无人机供电；核心组件层包括储能单元、控制线路和信息中继模块；储能单元用于将风光互补发电层产生的电力进行存储；控制线路用于控制作为无人机补给层舱门的太阳能板的开闭，以及太阳能发电装置、风能发电装置、储能单元的电能供能切换；信息中继模块用于将信号范围内无人机采集的信号进行加强和中继，传输至岸基管理中心；所述的支座固定在巡航区域内。按上述方案，所述的太阳能发电装置还包括三块追日太阳能板构成，每块太阳能板为长2米、宽0.6米的长方形，采用单晶硅电池制成；每块追日太阳能板通过充电平台底面设置的支柱连接进行固定，并可以绕接触点轴线进行旋转控制，追日太阳能板通过感光自动调节旋转角度。一种集群式无人机网络监测巡航系统，其特征在于：包括岸基管理中心，以及分布在巡航区域内的若干个所述的海陆两用自供能无人机航保基站，岸基管理中心与距离最近的海陆两用自供能无人机航保基站网络连接；所述的岸基管理中心中设有存储单元和处理器，存储单元中存有计算机程序供处理器调用，从而完成对集群式无人机的巡航控制，具体包括：对巡航区域的分割：对目标区域网格化处理，对各单元格区域的重要程度进行评价分级；将相同重要级别的单元格整合成子区域；将子区域根据形状分割为狭长区域、宽阔区域与复杂区块；对航保基站进行布置：所述的海陆两用自供能无人机航保基站的分布密度根据所在子区域的重要级别确定；布置模式根据所在子区域的分割形状确定；无人机工作路径的规划：按照平行搜索方式，依据无人机的探测半径计算无人机的转弯次数；设计无人机工作应急方案：无人机按照规划的工作路径不断收集所在子区域内的视频影像，同时经由最近的海陆两用自供能无人机航保基站发送影像信息和自身状态信息到岸基管理中心；当岸基管理中心发现应急事件时，发送应急指令给距离目标地点最近的海陆两用自供能无人机航保基站，由海陆两用自供能无人机航保基站指定特定的无人机前往应急事件所在地获取影像信息，而其它无人机继续进行预设的常规巡航。按上述系统，对航保基站具体按以下方式进行布置：对于狭长区域使用接龙式：依据距离长度与区域重要程度将航保基站线形分布在巡航区域内，无人机以航保基站为节点进行单行单侧不回转式巡航；对于宽阔区域使用循环式：依据区域面积与区域重要程度将航保基站点状分布在巡航区域内，无人机以航保基站为节点进行循环式巡航；对于复杂区域采用混合式：依据区域重要程度将航保基站特殊分布在巡航区域内，无人机以航保基站为节点进行单行单侧不回转式及循环式混合巡航。按上述系统，无人机的转弯次数按以下公式计算：L为无人机所在子区域的宽度，R为无人机在水平方向的探测半径，nturn为无人机的转弯次数；计算无人机所在子区域的最小宽度Lmin，保证无人机搜索过程中拥有最少转弯次数。本专利技术的有益效果为：通过设计充电机位，降低了无人机降落对定位精度的要求，提高了无人机在基站的停泊稳性，同时设计了特殊的充电结构解决了无人机的自主有线充电问题，采用太阳能发电为主，风力发电为辅的发电模式，能够为无人机存储足够的电能，大幅提升无人机的巡航能力；以无人机航保基站为节点，对无人机运行轨迹进行规划，构建无人机集群监控网络，实现了对巡航区域的可视化监管、常态化维护和持续化监测。附图说明图1为本专利技术一实施例的结构示意图。图2为无人机引导机位图。图3为图2的局部放大图。图4为航保基站能量收集存储供应流程图。图5为锂离子电池充电控制系统。图6为航保基站通信控制模块。图7为应急事件处理流程。图中：1叶片，2无人机引导机位，3钢圈，4蓄能单元，5控制线路，6防护罩，7地面基座，8支持柱，9基站外壳，10充电机位，11太阳能板，12接收端，13辅助引导导孔，14发射端、15垂直引导杆。具体实施方式下面结合具体实例和附图对本专利技术做进一步说明。本专利技术提供一种海陆两用自供能无人机航保基站，如图1至图6所示，它包括从上到下依次设置的风光互补发电层、无人机补给层、核心组件层和支座，其中风光互补发电层、无人机补给层、核心组件层设置在基站外壳9中，支座包括支持柱8和地面基座7，固定在巡航区域内。风光互补发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海陆两用自供能无人机航保基站，其特征在于：它包括从上到下依次设置的风光互补发电层、无人机补给层、核心组件层和支座；其中，风光互补发电层包括太阳能发电装置和风能发电装置；太阳能发电装置包括作为无人机补给层舱门的太阳能板；风能发电装置包括垂直轴风力发电机，垂直轴风力发电机包括叶片，叶片的底部固定在钢圈上，钢圈穿过防护罩与位于核心组件层的直角旋转杆连接，直角旋转杆与位于基站中心的转子连接，风力带动整个结构以位于基站中轴线的转子为旋转中心转动以产生电力；无人机补给层包括充电平台，和位于充电平台上的引导模块和充电模块；引导模块由无人机引导装置、扫描检测装置组成，引导装置包括垂直引导杆和辅助引导导孔，垂直引导杆位于充电平台上，无人机降落充电时插入无人机引导导轨内并固定无人机；辅助引导导孔位于无人机几何中心，成漏斗状，在无人机降落充电时与垂直引导杆耦合，将无人机引入位于充电平台的充电机位；扫描检测装置位于无人机引导机位上，包括四个对称分布的扫描探头，在无人机引入充电机位并固定后，对无人机进行扫描检测，并将结果发送到岸基管理中心；充电模块由发射端、接收端、充电电池及充电管理系统组成；发射端为两个伸缩式电极，位于垂直引导杆上，正极位于上表面，负极位于下表面，当无人机引入充电机位后，两电极弹出，为无人机充电；接收端位于辅助引导导孔内上部，呈环形凹槽状，当无人机引入充电机位后，与发射端连接，为无人机供电；核心组件层包括储能单元、控制线路和信息中继模块；储能单元用于将风光互补发电层产生的电力进行存储；控制线路用于控制作为无人机补给层舱门的太阳能板的开闭，以及太阳能发电装置、风能发电装置、储能单元的电能供能切换；信息中继模块用于将信号范围内无人机采集的信号进行加强和中继，传输至岸基管理中心；所述的支座固定在巡航区域内。...

【技术特征摘要】
1.一种海陆两用自供能无人机航保基站，其特征在于：它包括从上到下依次设置的风光互补发电层、无人机补给层、核心组件层和支座；其中，风光互补发电层包括太阳能发电装置和风能发电装置；太阳能发电装置包括作为无人机补给层舱门的太阳能板；风能发电装置包括垂直轴风力发电机，垂直轴风力发电机包括叶片，叶片的底部固定在钢圈上，钢圈穿过防护罩与位于核心组件层的直角旋转杆连接，直角旋转杆与位于基站中心的转子连接，风力带动整个结构以位于基站中轴线的转子为旋转中心转动以产生电力；无人机补给层包括充电平台，和位于充电平台上的引导模块和充电模块；引导模块由无人机引导装置、扫描检测装置组成，引导装置包括垂直引导杆和辅助引导导孔，垂直引导杆位于充电平台上，无人机降落充电时插入无人机引导导轨内并固定无人机；辅助引导导孔位于无人机几何中心，成漏斗状，在无人机降落充电时与垂直引导杆耦合，将无人机引入位于充电平台的充电机位；扫描检测装置位于无人机引导机位上，包括四个对称分布的扫描探头，在无人机引入充电机位并固定后，对无人机进行扫描检测，并将结果发送到岸基管理中心；充电模块由发射端、接收端、充电电池及充电管理系统组成；发射端为两个伸缩式电极，位于垂直引导杆上，正极位于上表面，负极位于下表面，当无人机引入充电机位后，两电极弹出，为无人机充电；接收端位于辅助引导导孔内上部，呈环形凹槽状，当无人机引入充电机位后，与发射端连接，为无人机供电；核心组件层包括储能单元、控制线路和信息中继模块；储能单元用于将风光互补发电层产生的电力进行存储；控制线路用于控制作为无人机补给层舱门的太阳能板的开闭，以及太阳能发电装置、风能发电装置、储能单元的电能供能切换；信息中继模块用于将信号范围内无人机采集的信号进行加强和中继，传输至岸基管理中心；所述的支座固定在巡航区域内。2.根据权利要求1所述的海陆两用自供能无人机航保基站，其特征在于：所述的太阳能发电装置还包括三块追日太阳能板构成，每块追日太阳能板为长2米、宽0.6米的长方形，采用单晶硅电池制成；每块追日太阳能板通过充电平台底面设置的支柱连接进行固定，并可以绕接触点轴线进行旋转控制，追日太阳能板通过感光自动调节旋转角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：周春辉，姜计荣，张亚杰，肖长诗，黄茜，辛贵鹏，刘胜璟，张阳，程昭熙，赵晓兴，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42