[发明专利]一种采用无人机代理的空中无线传能系统

说明书

本发明公开了一种采用无人机代理的空中无线传能系统，属于新一代空中交通和再生能源利用技术领域。该系统设计了一种具有免停靠特点的无人机(UAVs)能量充电架构，实现了一种空中充电平台的架构。该架构包含由充电线圈组成的地面无线电发射阵列和处于阵列有效辐射角内的空中无人机代理(P‑UAVs)，还涉及与机器学习有关的智能信息处理与控制机制。对于待充电的UAVs，P‑UAVs可以主动定位和跟踪UAVs并且可以对其进行无线传能，从而扩展了原有无线传能装置的覆盖范围。本发明扩展了地面无线充电阵列的全向覆盖范围，减少了地面充电阵列设备的部署数量，从而降低了部署成本；免停靠特点也提高了空中交通中能量充电与交通运行的效率。

技术领域

本发明涉及一种采用无人机代理的空中无线传能系统，属于空中交通和再生能源利用技术领域。

背景技术

近年来，无线传能技术被广泛应用于科研以及工业生产领域，尤其是对无人机、无人汽车等可移动设备的无线充电系统。无线传能具体是指在对电器设备进行能量传输时，不使用电缆或导线等设施，而是直接通过无线电来进行能量传输。这种传能方式，可最大程度地保持设备的灵活性，降低能量传导介质对设备物理位置的限制，尤其是对于经常需要移动的设备。很多相关研究文献已经报道电磁耦合共振式、微波或光波的远场辐射等适合中等距离无线传能的方式。

自由空间传播模型Friis，无线传能的覆盖区域大小与充电线圈的直径大小和谐振器质量好坏相关。在无线传能覆盖范围内，距离地面无线传能阵列越近的位置，接收的能量就越大，传能效果越好，反之则传能效果越差。

目前通过在地面部署更多的无线充电平台来解决，但是这样势必会造成设备成本和地面空间需求的增加。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于针对地面无线传能阵列有限的覆盖范围及空间传能效果不均匀的问题，提供了一种在地面无线电发射阵列的基本覆盖区域的边缘部署空中无人机代理的系统，以增大地面无线电发射阵列的覆盖范围，减少地面设备部署密度。该系统不仅仅有效地降低了部署成本，而且P-UAVs的免停靠特点也增强空中交通中能量充电与交通运行的效率。本发明空中无人机代理也可以采用无线传能阵列，来获取更小的辐射角和实现定向传能。

本发明解决其技术问题所解决的技术方案是：一种采用无人机代理的空中无线传能系统，该系统采用无人机代理(P-UAVs)对目标UAVs进行空中无线传能的架构和具有高级信息处理功能的P-UAVs，该系统包括一种联合的无人机数据采集、无线通信、计算、控制和无线传能功能模块，该模块通过在地面无线电发射阵列的基本覆盖区域边缘，部署可移动的P-UAVs用于进行无线传能的代理，实现了对无线传能覆盖区域的全向扩展和一种低成本的、免停靠式的无人机能量充电平台。

本发明配置低成本雷达传感器以及视觉传感器的P-UAVs可以收集多方位的位置信息和进行基于贝叶斯理论的机器学习，该系统架构下的平台系统可以计算出目标UAVs运动模型，以预测取UAVs接近和飞离地面无线电发射阵列覆盖区域的边界位置和时间。高级信息处理输出将便于一种智能的控制，即P-UAVs就可以提前到达最靠近目标UAVs的等待点以进行高效的辅助无线传能。

本发明包含了一种具有免停靠特点的无人机(UAVs)能量充电架构，实现了一种空中充电平台的架构。该架构包括由充电线圈组成的地面无线电发射阵列和处于阵列有效辐射角内的空中无人机代理(P-UAVs)，还包括与机器学习有关的智能信息处理与控制机制。对于待充电的UAVs，P-UAVs可以主动定位和跟踪UAVs并且可以对其进行无线传能，从而扩展了原有无线传能装置的覆盖范围。本发明扩展了地面无线充电阵列的全向覆盖范围，减少了地面充电阵列设备的部署数量，从而降低了部署成本；免停靠特点也提高了空中交通中能量充电与交通运行的效率。

有益效果：