一种激光补给无人机跟踪方法技术

一种激光补给无人机跟踪方法，包括无人机端以及地面控制端，无人机端包括无人机姿态调整模块、无人机上激光接收端，地面控制端包括地面激光发射端、地面激光发射端姿态调整模块，无人机端与地面控制端之间以无线通信的方式进行信号交互传输，无人机上激光接收端包括第一追踪/跟踪模块、光伏电池板模块、与光伏电池板模块电能输入端连接的能量接收装置、与光伏电池板模块数据端连接的检测电路，能量接收装置包括能量接受天线，地面激光发射端包括第二追踪/跟踪模块、激光器、与激光器的激光发射端配合的激光能量发射装置。本发明专利技术的目的主要是为了解决在使用用于无人机上的激光无线能量传输系统给无人机充能时，在距离过远的情况下，激光的光斑不能准确照射在无人机上光伏电池板中心位置以达到对能量最大利用的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种激光补给无人机跟踪方法
本专利技术属于无人机及其附属设备领域，具体涉及一种激光补给无人机跟踪方法。
技术介绍
无人机(UAV)因其体积小、重量轻、载荷比高、便于操作、隐蔽性好等优点，在军事和民用等各方面得到广泛应用。从无人机目前的应用需求与发展现状来看，无人机将主要向更加小型化、高生存率、长航时与多用途发展，这就对无人机的能源供给提出了更高的要求。电动无人机需要面对机载蓄电池容量有限、续航时间短、充电繁杂的问题，极大地限制其功能的发挥，因此如何延长电动无人机续航的时间就变得格外重要。续航能力是无人机的一项重要性能参数，续航时间短是无人机的主要缺点之一。《激光杂志》2013年第34卷第4期公开了李修乾发表的一篇名为无人机激光充电技术研究的文章，该类激光充能技术在给无人机充电过程中，关键技术是激光无线能量传输系统的跟踪瞄准。当需要充电时，无人机主动返回预定空域充电，地面激光发射装置与无人机距离适中方便充能。现有的激光无线能量传输系统的协作目标跟踪瞄准方法大部分是依靠角反射镜、LED与CCD组合来实现精确瞄准，但这样无疑会降低无人机的有效载荷。当无人机遭遇特殊情况，补给站不方便移动时，就需要通过激光超远距离来对无人机进行充电。此时可能导致激光光斑的大小完全覆盖光伏电池板的情况，针对这个问题，本文提出了一种新的跟踪瞄准方法。
技术实现思路
本专利技术的目的主要是为了解决在使用用于无人机上的激光无线能量传输系统给无人机充能时，在距离过远的情况下，激光的光斑不能准确照射在无人机上光伏电池板中心位置以达到对能量最大利用的技术问题。专利技术的目的是这样实现的：一种激光补给无人机跟踪方法，包括无人机端以及地面控制端，无人机端包括无人机姿态调整模块、无人机上激光接收端，地面控制端包括地面激光发射端、地面激光发射端姿态调整模块，无人机端与地面控制端之间以无线通信的方式进行信号交互传输，无人机上激光接收端包括第一追踪/跟踪模块、光伏电池板模块、与光伏电池板模块电能输入端连接的能量接收装置、与光伏电池板模块数据端连接的检测电路，能量接收装置包括能量接受天线，地面激光发射端包括第二追踪/跟踪模块、激光器、与激光器的激光发射端配合的激光能量发射装置，激光能量发射装置包括激光发射天线；所述光伏电池板模块包括光伏电池板组件，检测电路包括多路信号采集模块、与多路信号采集模块输出端连接的电压比较模块、与电压比较模块输出端连接的控制器，光伏电池板组件的数据端与多路信号采集模块的输入端连接，控制器的数据端与无人机姿态调整模块的数据端连接用于调整无人机的飞行姿态，同时控制器将控制信号传输给地面激光发射端姿态调整模块用于调整地面激光发射端的发射放向。上述电池板组件包括若干光照传感器，若干光照传感器以十字形排列在光伏电池板上，以十字形中心为起点朝四个方位延伸且在距离十字形中心等距的位置设有第一光照传感器，继续从第一光照传感器的安装位置朝外延伸设有第二光照传感器，将电池板组件的面板分为上、下、左、右四个方位，第一光照传感器按照上、下、左、右的方位分为第一光照传感器上侧传感器、第一光照传感器下侧传感器、第一光照传感器左侧传感器以及第一光照传感器右侧传感器，第二光照传感器按照上、下、左、右的方位分为第二光照传感器上侧传感器、第二光照传感器下侧传感器、第二光照传感器左侧传感器、第二光照传感器右侧传感器。上述光照传感器为光敏电阻，随着光照强度的增加，光敏电阻阻值减小。所述地面激光发射端姿态调整模块包括追踪/跟踪模块和激光发射天线,追踪/跟踪模块主要包括安装在跟踪转台上的方位和俯仰电机、DSP控制与通信模块，DSP控制与通信模块是实现整个系统数据实时处理的核心。追踪/跟踪模块根据检测电路反馈的信息计算出天线指向的坐标变换和方位角俯仰角公式，进而控制电机使转台进行跟踪。在使用时采用以下步骤：1)建立起地面控制端与无人机端之间的链接，第一追踪/跟踪模块以及第二追踪/跟踪模块包括GPS模块，无人机端设备根据自身GPS坐标以及地面端设备GPS坐标，结合自身的姿态信息，得出初始指向；2)建立起链接后，打开激光器，让光斑照射到光伏电池板上；3)利用无人机上激光接收端的检测电路反馈的光伏电池板对称位置光敏传感器的电压信息来判断激光光斑中心的位置；4)确定了光斑中心的大致位置后，通过检测电路回馈，控制器通过多路信号采集模块、电压比较模块的配合收集各个光照传感器电压的变化，从而输出控制信号，对无人机的飞行姿态以及地面激光发射端姿态进行调整，以使激光光斑的中心与光伏电池板中心重合。步骤2)中打开激光器，使得激光光斑完全覆盖住光伏电池板上所以的光照度传感器。在步骤3)中，通过电池板组件面板上十字形上两条相互垂直直线上的光敏电阻上的电压值的大小判断激光光斑所在的位置。采用上述技术方案，能带来以下技术效果：本专利技术提出一种新的激光补给无人机跟踪方法，用来解决当因为距离过远激光光斑完全覆盖光伏电池板的这种情况。利用八颗特性相近且校正过的光敏电阻两个一组分成为四组安装在光伏电池板四个方向负责侦测激光光源强度，来确保光斑中心位于电池板中心位置。通过传感器的电压值来更加精确的对光斑中心的定位追踪。当光斑中心可以和光伏电池板中心重合时，根据高斯光斑的特性，此时四个对称放置并校正过的传感器输出电压相等，则可求出光斑中心相对于光伏电池板中心东西、南北的偏移量△W-E、△N-S。通过这种方法让光伏电池板位于光斑中心位置以达到能量的最大利用。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：图1是本专利技术的无人机远程激光充电系统图；图2是本专利技术的检测电路原理图。图3激光入射的偏转角度图4是本专利技术的系统捕捉瞄准跟踪流程图。具体实施方式如图1所示，一种激光补给无人机跟踪方法，包括无人机端以及地面控制端，无人机端包括无人机姿态调整模块、无人机上激光接收端1，地面控制端包括地面激光发射端2、地面激光发射端姿态调整模块，无人机端与地面控制端之间以无线通信的方式进行信号交互传输，所述无人机上激光接收端1包括第一追踪/跟踪模块3、光伏电池板模块4、与光伏电池板模块4电能输入端连接的能量接收装置5、与光伏电池板模块4数据端连接的检测电路6，能量接收装置5包括能量接受天线，地面激光发射端2包括第二追踪/跟踪模块7、激光器8、与激光器8的激光发射端配合的激光能量发射装置9，激光能量发射装置9包括激光发射天线；所述光伏电池板模块4包括光伏电池板组件10。如图2所述，检测电路6包括多路信号采集模块11、与多路信号采集模块11输出端连接的电压比较模块12、与电压比较模块12输出端连接的控制器13，光伏电池板组件10的数据端与多路信号采集模块11的输入端连接，控制器13的数据端与无人机姿态调整模块的数据端连接用于调整无人机的飞行姿态，同时控制器13将控制信号传输给地面激光发射端姿态调整模块用于调整地面激光发射端2的发射放向。所述电池板组件10包括若干光照传感器，若干光照传感器以十字形排列在光伏电池板10上，以十字形中心为起点朝四个方位延伸且在距离十字形中心等距的位置设有第一光照传感器，继续从第一光照传感器的安装位置朝外延伸设有第二光照传感器，将电池板组件的面板分为上、下、左、右四个方位，第一光照传感器按照上、下、左、右的方位分为第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光补给无人机跟踪方法，包括无人机端以及地面控制端，无人机端包括无人机姿态调整模块、无人机上激光接收端（1），地面控制端包括地面激光发射端（2）、地面激光发射端姿态调整模块，无人机端与地面控制端之间以无线通信的方式进行信号交互传输，其特征在于：所述无人机上激光接收端（1）包括第一追踪/跟踪模块（3）、光伏电池板模块（4）、与光伏电池板模块（4）电能输入端连接的能量接收装置（5）、与光伏电池板模块（4）数据端连接的检测电路（6），能量接收装置（5）包括能量接受天线，地面激光发射端（2）包括第二追踪/跟踪模块（7）、激光器（8）、与激光器（8）的激光发射端配合的激光能量发射装置（9），激光能量发射装置（9）包括激光发射天线；所述光伏电池板模块（4）包括光伏电池板组件（10），检测电路（6）包括多路信号采集模块（11）、与多路信号采集模块（11）输出端连接的电压比较模块（12）、与电压比较模块（12）输出端连接的控制器（13），光伏电池板组件（10）的数据端与多路信号采集模块（11）的输入端连接，控制器（13）的数据端与无人机姿态调整模块的数据端连接用于调整无人机的飞行姿态，同时控制器（13）将控制信号传输给地面激光发射端姿态调整模块用于调整地面激光发射端（2）的发射放向。...

【技术特征摘要】
1.一种激光补给无人机跟踪方法，包括无人机端以及地面控制端，无人机端包括无人机姿态调整模块、无人机上激光接收端（1），地面控制端包括地面激光发射端（2）、地面激光发射端姿态调整模块，无人机端与地面控制端之间以无线通信的方式进行信号交互传输，其特征在于：所述无人机上激光接收端（1）包括第一追踪/跟踪模块（3）、光伏电池板模块（4）、与光伏电池板模块（4）电能输入端连接的能量接收装置（5）、与光伏电池板模块（4）数据端连接的检测电路（6），能量接收装置（5）包括能量接受天线，地面激光发射端（2）包括第二追踪/跟踪模块（7）、激光器（8）、与激光器（8）的激光发射端配合的激光能量发射装置（9），激光能量发射装置（9）包括激光发射天线；所述光伏电池板模块（4）包括光伏电池板组件（10），检测电路（6）包括多路信号采集模块（11）、与多路信号采集模块（11）输出端连接的电压比较模块（12）、与电压比较模块（12）输出端连接的控制器（13），光伏电池板组件（10）的数据端与多路信号采集模块（11）的输入端连接，控制器（13）的数据端与无人机姿态调整模块的数据端连接用于调整无人机的飞行姿态，同时控制器（13）将控制信号传输给地面激光发射端姿态调整模块用于调整地面激光发射端（2）的发射放向。2.根据权利要求1所述的一种激光补给无人机跟踪方法，其特征在于：所述电池板组件（10）包括若干光照传感器，若干光照传感器以十字形排列在光伏电池板（10）上，以十字形中心为起点朝四个方位延伸且在距离十字形中心等距的位置设有第一光照传感器，继续从第一光照传感器的安装位置朝外延伸设有第二光照传感器，将电池板组件的面板分为上、下、左、右四个方位，第一光照传感器按照上、下、左、右的方位分为第一光照传感器上侧传感器（14）、第一光照传感器下侧传感器（15）、第一光照传感器左侧传感器（16）以及第一光照传感器右侧传感器（17），第二光照传感器按照上、下、左、右的方位分为第二光照传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建华，洪沪生，黄开，陈庆，李尚，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42