[发明专利]基于输电线路电磁感知的巡线无人机飞行轨迹控制方法

说明书

本发明提出的一种基于输电线路电磁感知的巡线无人机飞行轨迹控制方法，属于无人机飞行控制技术领域，该方法先获取输电线路周围的空间电磁信号及无人机实时姿态信息，然后利用输电线路周围空间电磁信号强度与输电线路距离具有显著相关性这一特性对获取的空间电磁信号通过反演算法计算输电线路的特性参数，得到输电线路与无人机的实时相对位置信息；最后根据该实时相对位置信息及获取的无人机实时姿态信息，通过内外环双闭环的控制算法对无人机的飞行轨迹进行控制；本发明可校正无人机因GPS信号精度不足、输电线路吸附等造成的位置信息的偏差，达到无人机自主飞行控制的目的，解决了人工目测手动遥控的弊端，适应现代化电网建设与发展的需要。

技术领域

本发明涉及一种基于输电线路电磁感知的巡线无人机飞行轨迹控制方法，属于无人机飞行控制技术领域。

背景技术

近年来，将无人机应用到输电线路巡检(以下简称“巡线”)来代替传统人工巡检的方式逐渐兴起，这大大提高电力维护和检修的速度和效率，提高作业人员安全性。目前国内电网巡线应用最多的是通过巡线人员目测手动遥控来控制无人机沿输电线路飞行，无人机飞出巡线人员视距后无法对该无人机进行控制，因此现场目视操作制约了巡线的范围和效率。

目前关于无人机自主飞行控制的研究在不断展开，国外对计算机视觉在无人机巡线导航中的应用进行了研究，利用图像数据处理算法和跟踪技术，在GPS(GlobalPositioning System，全球定位系统)的辅助下实现无人机的巡线导航，得到无人机相对输电线路的位置和运动姿态。澳大利亚相关机构也开发了具有自行巡路、探测和避障功能的巡线无人机。在实际应用中，常规无人机配置有GPS定位系统，惯性测量单元(IMU)：包括三轴加速度计，三轴陀螺仪，电子罗盘等用于获取姿态信息的传感器。在电力巡线中的自主飞行轨迹辨识与控制一般通过GPS导航实现，但由于无人机常用GPS坐标精度不足、输电导线电磁场吸附引起的电磁干扰等因素，难以对无人机与输电线路的相对位置进行实时判断，因此在飞行轨迹的控制上容易产生偏差，很有可能发生无人机撞击导线坠毁的情况，严重影响巡线作业的实际效果。上述国外的相关研究均结合GPS信号和图像信号，通过高级算法进行轨迹设计，在一定程度上实现轨迹校正，都可实现不确定环境下无人机飞行轨迹的规划，达到无人机在巡线中的自主飞行控制的目的，但方法算法复杂，实时计算量大，并且实际效果受现场环境下拍摄图像质量的影响非常大。因此，在现行的无人机自主飞行的控制方法中，因GPS坐标精度和输电导线电磁场吸附引起的电磁干扰等因素带来的飞行轨迹的偏差问题还没有简单有效的解决方案。

利用输电线路电磁场、电磁环境分布与输电线路距离具有显著相关性这一特性应用在电力系统方面已有大量研究，通过对输电线路下方地面附近一定数量测点的电场强度进行的测量，反演计算得到输电线路中的电压及周围的实际电场分布，降低测量强度；根据二维输电线路的磁场到三相电流的反演，通过遗传算法进行迭代计算实现，而无人机巡线的场域反演问题与上述反演问题相比具有位置的不确定性，传感信号特殊情况下(如换相，杆塔等)的提取等困难需要解决。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于输电线路电磁感知的巡线无人机飞行轨迹控制方法。本发明基于输电线路自身固有的周边空间电磁场效应，将电磁传感量测信号作为巡线无人机的引导信号，进行空间位置辨识和轨迹校正，解决GPS导航坐标精度不足和电磁干扰对飞行轨迹控制造成偏差的问题，实现无人机飞行轨迹的自主控制，从而极大地提升巡线无人机的实际作业成效。

本发明提出的基于输电线路电磁感知的巡线无人机智能控制系统，其特征在于，将用于测量输电线路周围空间电磁信号的电磁传感量测装置搭载在巡线无人机上，该无人机内部设有各类姿态信息传感器，根据无人机飞行速度及控制精度设置多个定位点，相邻定位点之间设置N个采样点；将无人机预期的飞行轨迹在各定位点的位置信息作为初始位置信息数据，相邻两定位点间该方法具体包括以下步骤：