一種無人飛行器續(xù)航能力監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無人機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無人飛行器續(xù)航能力監(jiān)測系統(tǒng)及方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著航拍用小微型無人飛行器開始普及，并進入消費級市場，原來由專業(yè)人員使 用而不會關(guān)注的一些需求開始凸顯。無人飛行器平臺上裝備有大量電子設(shè)備，如自動駕駛 系統(tǒng)、舵機和云臺等，為保證無人飛行器平臺安全穩(wěn)定工作，這些電子設(shè)備需要穩(wěn)定有效的 電力供應(yīng)。無人飛行器平臺的電能由各種高能電池提供，包括：太陽能、蓄電池和燃料電池。 其中以鋰電池為代表的蓄電池供電方式是目前應(yīng)用最廣泛的一種。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)主要是通過燃油、太陽能、鋰離子電池等混合電源供應(yīng)，或者在飛行動力 結(jié)構(gòu)上進行改進，來提高無人飛行器的續(xù)航能力。
[0004] 例如：申請?zhí)枮?01310543169. 7、發(fā)明名稱為《零點電源與鋰離子電池的電池組 作為無人機電源的應(yīng)用》的中國發(fā)明專利申請公開了一種零點電源與鋰離子電池的電池 組作為無人機電源的應(yīng)用，該電池組包括至少一個零點電源單體和至少一個鋰離子電池單 體，所述零點電源單體與所述鋰離子電池單體能夠串聯(lián)和/或并聯(lián)，也可以斷開連接。例 如，在使用時，如果鋰離子電池的電量能夠滿足使用要求，則可以將零點電源單體與鋰離子 電池單體斷開連接，鋰離子電池與用電設(shè)備相連提供穩(wěn)定的電壓和電流；當(dāng)鋰離子電池使 用一段時間之后，在電量不足時，零點電源可以持續(xù)不斷地位鋰離子電池充電，解決了電池 續(xù)航的問題。
[0005] 再例如，申請?zhí)枮?01220292712. 1、發(fā)明名稱為《一種無人機遙感平臺的供電系 統(tǒng)》的中國實用新型專利公開一種無人機遙感平臺的供電系統(tǒng)，包括主供電電源、副供電電 源、主開關(guān)、副開關(guān)、通道開關(guān)、控制器、非門、主檢測電路、η個主開關(guān)電源和η個副開關(guān)電 源；采用容量不同的主副兩塊電池供電，當(dāng)主電池電量不足時，可切換副電池備用，并向地 面監(jiān)控人員報警，使得監(jiān)控人員可及時采取措施使無人機迫降，提高無人機的安全可靠性。
[0006] 在專業(yè)人員使用的情況下，由于對產(chǎn)品非常了解和熟悉，因此，關(guān)于無人機的一些 維護、使用的知識都不那么透明。例如，無人飛行器的飛行時間，往往是由飛手根據(jù)經(jīng)驗來 分析和判斷的，這種依賴經(jīng)驗的方式提高了對操作人員的要求，而且經(jīng)驗并不十分準確，降 低了電池的使用效率。即使有的無人飛行器能夠提供電池余量報警，這種報警行為也是不 很準確的。
[0007] 當(dāng)無人飛行器進入消費級市場，這個問題就不能忽視了。普通消費者由于對無人 飛行器的操控和使用經(jīng)驗不足，因此非常依賴無人飛行器上給出的電池余量提示信息。但 是，本身現(xiàn)有的消費級無人飛行器續(xù)航總時間就不是很長，短的5-10分鐘，長的一般也不 超過30分鐘，在這種情況下，如果電池余量提示再不準確，那么很可能難以起到提示用戶 的作用。一方面，如果用戶一察覺電池余量報警，就趕緊回收無人飛行器，那么會導(dǎo)致無人 飛行器的實際操作時間遠小于總續(xù)航時間；而另一方面，如果用戶察覺電池余量報警后，仍 然堅持使用無人飛行器，那么就可能面臨無人飛行器掉電墜落的風(fēng)險。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)僅根據(jù)電池余量情況來報警，而不考慮無人飛行器的飛行狀態(tài)。例如，無 人飛行器懸停和做高速運動，它的耗能情況是很不一樣的。如果不考慮無人飛行器的能量 消耗，去做續(xù)航能力分析，是很不準確的。
[0009] 另外，由于環(huán)境溫度能夠極大地影響電池的蓄電水平，因此，如何在不同環(huán)境溫度 下，準確對電池的余量進行統(tǒng)計和計算，也是一個問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種無人飛行器續(xù)航能力監(jiān)測系統(tǒng)及方法，其能夠?qū)?時、有效、智能地保護無人飛行器，避免無人飛行器出現(xiàn)因電量不足引起的事故，并且可以 提尚電池的利用率。
[0011] 本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供一種無人飛行器續(xù)航能力監(jiān)測系統(tǒng)及方法，考慮 了溫度對電池的蓄電水平的影響，進一步提高了電池余量監(jiān)測的準確性。
[0012] 不僅僅基于電池余量做續(xù)航能力分析，而是綜合考慮到無人飛行器的飛行耗能情 況以及環(huán)境溫度情況等，對無人飛行器的續(xù)航能力做準確分析，將續(xù)航能力警示信息轉(zhuǎn)換 成直觀的時間或者飛行距離。
[0013] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0014] -種無人飛行器續(xù)航能力監(jiān)測系統(tǒng)，包括無人飛行器和飛控臺、信號處理模塊、數(shù) 據(jù)通信模塊，所述無人飛行器和所述飛控臺通過所述數(shù)據(jù)通信模塊能夠雙向通信，所述無 人飛行器進一步包括信號輸入模塊、飛行控制板和電池，所述飛行控制板分別與所述信號 輸入模塊、所述數(shù)據(jù)通信模塊和所述電池連接，所述信號處理模塊與所述飛行控制板連接， 其中，
[0015] 所述信號輸入模塊適用于采集所述無人飛行器的能耗信息并發(fā)送至所述飛行控 制板；
[0016] 所述飛行控制板適用于采集所述電池信息，控制所述無人飛行器的飛行；
[0017] 所述信號處理模塊適用于根據(jù)所述能耗信息和所述電池信息，計算所述無人飛行 器的續(xù)航能力。
[0018] 進一步的，還包括存儲模塊，所述存儲模塊與所述信號處理模塊連接，所述存儲模 塊適用于存儲所述無人飛行器的預(yù)定義的能耗級別及相應(yīng)能耗級別對應(yīng)的理想續(xù)航時間 和/或平均飛行速度。
[0019] 進一步的，還包括電量檢測單元，所述電量檢測單元分別與所述電池和所述飛行 控制板連接，其適用于檢測所述電池的總電量和電池的當(dāng)前剩余電量。
[0020] 進一步的，所述信號輸入模塊包括慣性傳感器，所述慣性傳感器適用于檢測所述 無人飛行器的飛行運動參數(shù)并發(fā)送給所述信號處理模塊。
[0021] 進一步的，所述信號處理模塊進一步包括姿態(tài)解算單元、比對判斷單元、計算單 元，所述姿態(tài)解算單元連接所述比對判斷單元，所述比對判斷單元連接所述計算單元，其 中，
[0022] 所述姿態(tài)解算單元適用于根據(jù)所述飛行運動參數(shù)確定所述無人飛行器當(dāng)前的飛 行狀態(tài)；
[0023] 所述比對判斷單元適用于根據(jù)所述飛行狀態(tài)和所述存儲模塊中存儲的預(yù)定義的 能耗級別，判定所述無人飛行器當(dāng)前的能耗級別；
[0024] 所述計算單元適用于根據(jù)所述能耗級別確定對應(yīng)的理想續(xù)航時間和/或平均飛 行速度、所述電池的總電量和所述電池的當(dāng)前剩余電量，計算得到所述無人飛行器當(dāng)前的 續(xù)航能力。
[0025] 進一步的，所述信號輸入模塊還包括溫度傳感器，其適用于采集所述電池的環(huán)境 溫度，并輸入至信號處理模塊，對所述電池信息進行補償。
[0026] 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種無人飛行器續(xù)航能力監(jiān)測方法，所述無人 飛行器利用電池供電，包括以下步驟：
[0027] 采集電池信息；
[0028] 采集無人飛行器的能耗信息；
[0029] 根據(jù)所述電池信息和所述能耗信息，獲得所述無人飛行器的續(xù)航能力。
[0030] 進一步的，所述采集步驟之前還包括預(yù)定義能耗級別步驟，具體包括以下步驟：
[0031] 所述無人飛行器的飛行狀態(tài)分別對應(yīng)預(yù)設(shè)數(shù)量的能耗級別；
[0032] 分別測定各個能耗級別，所述無人飛行器滿電情況下的理想續(xù)航時間；
[0033] 分別測定所述無人飛行器在不同能耗級別下的平均飛行速度；
[0034] 存儲所述無人飛行器的預(yù)定義的能耗級別及相應(yīng)能耗級別對應(yīng)的理想續(xù)航時間 和/或平均飛行速度。
[0035] 進一步的，所述電池信息包括所述電池的總電量和電池的當(dāng)前剩余電量。
[0036] 進一步的，還包括溫度補償步驟，具體包括以下步驟：
[0037] 采集所述電池的環(huán)境溫度；
[0038] 利用所述環(huán)境溫度對所述電池信息進行補償計算，獲得修正后的電池信息。
[0039] 本發(fā)明公開了一種無人飛行器續(xù)航能力監(jiān)測系統(tǒng)及方法，通過慣性傳感器獲取無 人飛行器當(dāng)前的飛行狀態(tài)及預(yù)先定義的能耗級別，確定當(dāng)前的能耗級別，根據(jù)所述當(dāng)前的 能耗級別和電池的當(dāng)前剩余電量，預(yù)測無人飛行器的續(xù)航能力，這種預(yù)測不同于現(xiàn)有的僅 僅考慮電池的當(dāng)前剩余電量的預(yù)測方式，而是綜合考慮了無人飛行器的飛行運動參數(shù)，從 而使得預(yù)測更加準確。同時，本發(fā)明還將所述續(xù)航能力轉(zhuǎn)換為續(xù)航時間與里程直觀的顯示 給用戶查看，更加便于非專業(yè)人員的理解和操作。本發(fā)明可以降低無人飛行器掉電墜落事 故發(fā)生率，并提高電池的利用效率。
[0040] 另一方面，本發(fā)明對于無人飛行器續(xù)航能力的評估還考慮到了環(huán)境溫度對于電池 能效的影響，進一步提高了無人飛行器續(xù)航能力預(yù)測的準確性。
[0041] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠使得本發(fā)明的技術(shù)手段更加清楚 明白，達到本領(lǐng)域技術(shù)人員可依照說明書的內(nèi)容予以實施的程度，并且為了能夠讓本發(fā)明 的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，下面以本發(fā)明的【具體實施方式】進行舉例 說明。
【附圖說明】
[0042] 通過閱讀下文優(yōu)選的【具體實施方式】中的詳細描述，本發(fā)明各種其他的優(yōu)點和益處 對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將變得清楚明了。說明書附圖僅用于示出優(yōu)選實施方式的目的， 而并不認為是對本發(fā)明的限制。顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例， 對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得 其他的附圖。而且在整個附圖中，用相同的附圖標記表示相同的部件。在附圖中：
[0043] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實施例一的無人飛行器續(xù)航能