一种基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法技术

本发明专利技术提出了一种基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法，在降落过程中地面平台根据信号发送机按照一定规则放置间隔均匀的LED阵列紫外光为无人机提供引导信号；无人机接近自主着陆平台时，搭载在无人机上的接收机开始探测地面紫外光信号，无人机距离地面h

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法
本专利技术涉及光电技术、紫外LED的朗伯功率计算领域，具体为一种基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法。
技术介绍
无人机(UnmannedAerialVehicle,UAV)是一种使用无线电遥控设备和软件程序进行操控的无人机驾驶飞行器,构成无人机系统的主要部分包括它的平台系统、用来采集信息的系统以及在地面操控飞行器的控制系统。无人机和有人机比较，飞行器体积较小、更灵活、造价成本也降低了很多。此外无人机比有人机更适合在一些特殊的应用场景执行任务，如干旱沙漠、火灾地区的图像拍摄,受灾地区救援物资的投递等。因此，随着无人机技术研究的深入，它的应用场景也越来越广泛。但由于无人机飞行引导和着陆技术不成熟,无人机碰撞坠毁事件时有发生。因此，在无人机飞行和着陆过程中，需要一个安全可靠的引导手段。光电引导技术精度高，测量误差小。无线紫外光以其独特的通信方式，在近年来逐渐成为研究学者的热点话题。它的“日盲”特性使得紫外光通信具有不易被干扰、全天候工作等优点，可以工作在复杂的环境中。使用无线紫外光作为无人机导航的引导光源,在一定程度上弥补了GPS导航的缺陷。LED(Lightemittingdiode，LED)光源具有低压电源、能耗低、适用性强、稳定性高、响应时间短、对环境无污染、可以多色发光等优点，因而在日常生活中被广泛使用。
技术实现思路
为解决现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法，其特点是在降落过程中地面平台根据信号发送机按照一定规则放置间隔均匀的LED阵列紫外光为无人机提供引导信号，通过分析紫外LED的朗伯特性研究LED光源的发散性，使得紫外LED作为引导光源时可以为无人机飞行引导提供更为准确地信息,从而提高无人机降落的可靠性。本专利技术的目的是搭建了一套无人机助降引导系统，可以通过紫外光通信获取无人机位置和高度引导无人机助降。本专利技术的另一目的是通过分析紫外LED的朗伯特性研究LED光源的发散性，使得紫外LED作为引导光源时可以为无人机飞行引导提供更为准确地信息。为了实现上述任务，本专利技术的技术方案为；所述一种基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法，其特征在于；包括以下步骤；步骤1；搭建一套无人机助降引导系统，该系统经过编码的紫外LED阵列作为引导光源，通过紫外光通信获取无人机位置和高度引导无人机助降；无人机接近自主着陆平台时，搭载在无人机上的接收机开始探测地面紫外光信号；当无人机距离地面h1时探测到紫外光信号，通过译码获取紫外光信息确定此处为无人机目的投放平台；由于识别区紫外光传输距离长，衰减大，功率分布不均匀，紫外探测器在紫外光信号小于某个阈值时就无法检测到，那么此时需要保证此平面的最小紫外光信号不能低于某个值。为保证紫外信号不存在探测盲区，可以将紫外光功率尽可能加大，也可以通过合理布局LED将此平面的紫外光功率均匀分布；光在空气中传播时，波长越短衰减也大，紫外光波长较短，在大气中传输时，受到大气中微粒散射和吸收，衰减加大，在研究紫外光LED通信时，不仅要考虑大气微粒对紫外光的散射和吸收，还要考虑LED本身的朗伯特性；朗伯辐射体是指辐射源各个方向上的辐射亮度不变，辐射强度随着观察方向与面源法线之间的夹角θ的变化遵循余弦规律的辐射源；其朗伯余弦定理为I＝I0cosθ(1)式中I表示观察者角度为时，该方向上的辐射强度，I0表示LED光源中心发光强度。此时的朗伯余弦定律，是默认光源向各个方向发散的；但LED光源并不完全遵循朗伯余弦定律，它的辐射强度还和本身的光源发散性相关。假设紫外光LED为一个朗伯辐射模型，光源辐射角度θ上的辐射强度为；式中I(0)代表角度为0时的光源辐射强度，m表示光源的发散性；紫外LED总的辐射能量Pt可以表示为；即光源中心强度的辐射强度为；当LED发射的光在某角度的强度下降到法线光强的一半时，此时的角度为半功率角，设半功率角θ1/2，则；则有根据公式(6)可得到半功率角θ1/2和光源的发散性有关，但这里的半功率角度并不是光源的发散角，当LED发射的光在某角度的强度下降到法线光强的一半时，此时的半功率角越小表明偏离法线方向的LED光强越小，即光强集中在法线方向，代表光源的方向性越强。激光的发散角约为半功率角的1.18倍；把公式(4)带入(2)中可以得到；紫外光直视接收光功率为；其中，Pt代表发射光功率；r代表紫外光传输路径；λ代表是波长；Ke代表衰减系数；Ar代表接收孔径的面积；接收器角度为θ时，根据紫外光收发光功率公式把公式(9)带入公式(8)中，则紫外LED的收发光功率公式为；对朗伯阶数m求导；令其中θ≠0.，当接收器角度不为零并且固定时，若要在此角度最大限度接收到紫外光，可以根据公式(11)选择有着最优的朗伯阶数的光源；步骤2：无人机接近自主着陆平台时，搭载在无人机上的接收机开始探测地面紫外光信号；当无人机距离地面h1时探测到紫外光信号，通过译码获取紫外光信息确定此处为无人机目的投放平台；步骤3：无人机开始下降至高度为h2时，无人机进入通信区；无人机通过根据接收到的紫外光ID编号确定无人机位置调整投放姿态；步骤4：调整好无人机飞行姿态后，无人机开始下降进入着陆区；接收到信息的无人机逐渐降低下降速度落至着陆平台，着陆完成。建立一套无线紫外光引导系统，该系统包括发送机、大气信道、接收机；将信号发送机安装在着陆引导平台上，按照一定规则放置间隔均匀的LED阵列为无人机提供引导信号；信号接收机安装在无人机上，根据接收到的LED信号获取无人机位置，根据三轴传感器感知和调整无人机飞行姿态；紫外LED存在有发散角，使用紫外LED进行飞行引导时，在任意高度平面的紫外光功率是分布不均匀的；这就需要根据调整紫外LED的发散角度、发射功率等参数调整紫外LED的分布，使得紫外LED功率均匀分布，为无人机着陆引导提供一个可靠的引导环境；无人机降落平台由多个排列均匀的LED构成，每个LED都有不同的编码，编码中包括自身ID编号和位置信息。无人机飞到降落平台上空时根据接收到LED编码的ID确定无人机所在位置，根据接收到的此LED的紫外光功率获取无人机飞行高度，无人机自主着陆过程。本专利技术的有益效果是；本专利技术的方法是无人机在自主飞行和降落过程中，地面平台根据信号发送机按照一定规则放置间隔均匀的LED阵列紫外光为无人机提供引导信号，通过分析紫外LED的朗伯特性研究LED光源的发散性，使得紫外LED作为引导光源时可以为无人机飞行引导提供更为准确地信息,从而提高无人机降落的可靠性，该方法设计合理，能够在不同情况下实现准确降落，适用性广泛。附图说明图1，无人机着陆平面设计；图2，无人机自主着陆过程；<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法，其特征在于；包括以下步骤；/n步骤1；搭建一套无人机助降引导系统，该系统经过编码的紫外LED阵列作为引导光源，通过紫外光通信获取无人机位置和高度引导无人机助降；/n步骤2：无人机接近自主着陆平台时，搭载在无人机上的接收机开始探测地面紫外光信号；当无人机距离地面h

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法，其特征在于；包括以下步骤；
步骤1；搭建一套无人机助降引导系统，该系统经过编码的紫外LED阵列作为引导光源，通过紫外光通信获取无人机位置和高度引导无人机助降；
步骤2：无人机接近自主着陆平台时，搭载在无人机上的接收机开始探测地面紫外光信号；当无人机距离地面h1时探测到紫外光信号，通过译码获取紫外光信息确定此处为无人机目的投放平台；
步骤3：无人机开始下降至高度为h2时，无人机进入通信区；无人机通过根据接收到的紫外光ID编号确定无人机位置调整投放姿态；
步骤4：调整好无人机飞行姿态后，无人机开始下降进入着陆区；接收到信息的无人机逐渐降低下降速度落至着陆平台，着陆完成。


2.根据权利要求1所述基于无人机助降紫外LED朗伯功率估算方法，其特征在于，所述搭建一套无人机助降引导系统，该系统包括发送机、大气信道、接收机；将信号发送机安装在着陆引导平台上，按照一定规则放置间隔均匀的LED阵列为无人机提供引导信号；信号接收机安装在无人机上，根据接收到的LED信号获取无人机位置，根据三轴传感器感知和调整无人机飞行姿态。


3.根据权利要求1所述基于无人机助降紫外L...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵太飞，刘萍，刘昆，崔真，薛蓉莉，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61