一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法技术

本发明专利技术提供一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法，包括：根据无人机机身三维模型建立空间曲面方程；根据所述空间曲面方程确定曲面任一点法向量；获取设定状态下机体坐标系下的太阳向量；根据所述空间曲面方程、法向量和太阳向量计算太阳向量与空间曲面的切点坐标；确定机体坐标系下机翼上任意太阳能电池片的坐标；建立所述切点坐标与太阳能电池片的坐标之间的直线空间向量；根据所述直线空间向量与太阳向量判断所述太阳能电池片是否被遮挡。通过上述技术方案，可以定量计算出当前设计状态的下单翼太阳能无人机在任意位置、任意时刻、任意姿态角下机身对机翼光伏组件的遮挡区域，为对应光伏组件旁路二极管设置提供了依据。依据。依据。

【技术实现步骤摘要】
一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法


[0001]本专利技术涉及太阳能无人机
，尤其涉及一种太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法。

技术介绍

[0002]太阳能无人机以太阳能为能源，理论上可以永久飞行，且对环境无污染，使用灵活、成本低，有着广阔的应用前景。在民用上可用于大气研究、天气预报、环境及灾害监测、农作物遥测、交通管制、电信和电视服务、自然保护区监控等；军事上可用于边境巡逻、侦察、通信中继等。
[0003]考虑到太阳能无人机应用特点，光伏组件不仅具有较高转换效率，还要具备轻质、柔性、可适应机翼翼型曲面应用等特点。太阳能无人机上太阳能发电阵通常由多个太阳能电池片串联而成。然而，在飞行及地面测试过程中，受机身、垂尾、舵面偏转等遮挡影响，光伏组件(太阳能电池片)可能出现局部“热斑”效应而导致整串发电阵性能的下降。“热斑”效应除了导致输出功率下降，严重时还会引起火灾，在光伏组件设计中通常通过加旁路二极管来避免此现象。旁路二极管的设计可以有效避免“热斑”效应，但其带来了组件重量、费用的增加，因此需要合理设计旁路二极管。对于下单翼太阳能无人机而言，机身对太阳能电池阵的遮挡最为严重，在光伏组件设计过程中准确判断出机身对机翼上太阳能电池遮挡的区域以设计合理的旁路二极管是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供了一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法，该方法能准确评估当前设计状态下的太阳能无人机机身对机翼上光伏组件的遮挡区域，为该区域光伏组件旁路二极管设计提供了依据。
[0005]本专利技术的技术解决方案：一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法，该方法包括：
[0006]根据无人机机身三维模型建立空间曲面方程；
[0007]根据所述空间曲面方程确定曲面任一点法向量
[0008]获取设定状态下机体坐标系下的太阳向量
[0009]根据所述空间曲面方程、法向量和太阳向量计算太阳向量与空间曲面的切点坐标；
[0010]确定机体坐标系下机翼上任意太阳能电池片的坐标；
[0011]建立所述切点坐标与太阳能电池片的坐标之间的直线空间向量
[0012]根据所述直线空间向量与太阳向量判断所述太阳能电池片是否被遮挡。
[0013]进一步地，上述通过无人机机身三维模型建立空间曲面方程包括：
[0014]根据机身三维模型在机体坐标系中输出空间点坐标，基于所述空间点坐标通过空间曲面拟合建立空间曲面方程F(x,y,z)。
[0015]进一步地，上述获取设定状态下机体坐标系下的太阳向量包括：
[0016]基于辐照模型，以当地纬度、当地经度、海拔、天数、时间作为输入，输出太阳高度角和方位角；
[0017]基于所述太阳高度角和方位角计算出惯性坐标系下的太阳向量
[0018]通过坐标系变换，将惯性坐标系下的太阳向量转换成机体坐标系下的太阳向量
[0019]进一步地，上述根据所述空间曲面方程、法向量和太阳向量计算太阳能向量与空间曲面的切点坐标包括：
[0020]根据切点在空间曲面上以及法向量与机体坐标系下的太阳向量相互垂直的关系确定切点坐标q＝(x
q
,y
q
,z
q
)。
[0021]进一步地，上述切点坐标(x
q
,y
q
,z
q
)满足以下方程：
[0022][0023]进一步地，通过下式建立所述切点坐标与太阳能电池片的坐标之间的直线空间向量
[0024][0025][0026]其中，Q为切点坐标与太阳能电池片坐标之间距离，太阳能电池片的坐标为J＝(x
sc
,y
sc
,z
sc
)。
[0027]进一步地，根据所述直线空间向量与太阳向量判断所述太阳能电池片是否被遮挡具体包括：
[0028]计算机体坐标系下的太阳向量与直线空间向量之间余弦的绝对值
[0029]当满足设定的判定条件后，即认为该片太阳能电池片被遮挡。
[0030]应用上述技术方案，通过建立机身空间曲面方程及其法向量、太阳向量、切点坐标、直线空间向量等，最后根据平行度准则即可准确判定被遮挡的太阳能电池电池片。该方法解决了下单翼太阳能无人机机身对光伏组件遮挡区域面积计算问题，为对应光伏组件旁路二极管设置提供了依据。本专利技术可以定量计算出当前设计状态的下单翼太阳能无人机在任意位置、任意时刻、任意姿态角下机身对机翼光伏组件的遮挡区域。
附图说明
[0031]所包括的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部
分，用于例示本专利技术的实施例，并与文字描述一起来阐释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0032]图1为本专利技术实施例提供的一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法的流程示意图；
[0033]图2为本专利技术实施例提供的一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法中机身对机翼太阳能电池片遮挡示意图；
[0034]图3为本专利技术实施例提供的一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法机身对机翼太阳能电池片遮挡示意图中A
‑
A剖面图。
[0035]其中，上述附图包括以下附图标记：
[0036]1、太阳；2、机身曲面；3、机翼；4、太阳能电池片。
具体实施方式
[0037]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0039]除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法，其特征在于，所述方法包括：根据无人机机身三维模型建立空间曲面方程；根据所述空间曲面方程确定曲面任一点法向量获取设定状态下机体坐标系下的太阳向量根据所述空间曲面方程、法向量和太阳向量计算太阳向量与空间曲面的切点坐标；确定机体坐标系下机翼上任意太阳能电池片的坐标；建立所述切点坐标与太阳能电池片的坐标之间的直线空间向量根据所述直线空间向量与太阳向量判断所述太阳能电池片是否被遮挡。2.根据权利要求1所述的一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法，其特征在于，所述通过无人机机身三维模型建立空间曲面方程包括：根据机身三维模型在机体坐标系中输出空间点坐标，基于所述空间点坐标通过空间曲面拟合建立空间曲面方程F(x,y,z)。3.根据权利要求1或2所述的一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法，其特征在于，所述获取设定状态下机体坐标系下的太阳向量包括：基于辐照模型，以当地纬度、当地经度、海拔、天数、时间作为输入，输出太阳高度角和方位角；基于所述太阳高度角和方位角计算出惯性坐标系下的太阳向量通过坐标系变换，将惯性坐标系下的太阳向量转换成机体坐标系下的太阳向量4.根据权利要求3所述的一种下单翼太阳能无人机机翼遮挡区域判断方法，其特征在于，所述根据所述空间曲面方程、法向量和太阳向量计算太阳能向量与空间曲面的切点坐标包括：根据切点在空间曲面...

【专利技术属性】
技术研发人员：许冬冬，乐龙璋，张花，李凯，贾振南，
申请(专利权)人：海鹰航空通用装备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：