电力输送的制作方法

本发明涉及向无人飞行器上的设备输送电力。

系绳式飞行器，包括浮力飞行器和诸如无人机(drone)这样的重于空气的飞行器两者，通常用于观察、监控或通信目的。本文要描述的实施方式特别旨在在以下情况下用作用于通信基站的临时平台：由于永久性设施的损坏或为了满足对额外通信容量的临时需求而没有固定的通信基础设施可用。发生这种情况的原因可以是自然灾害或吸引了大批人的有计划的赛事，诸如通常穿越偏远地区的体育比赛。临时平台的另一应用是用于所谓的“路测”，以标识用于未来平台的合适站点或标识覆盖差的区域。

可以由这种平台提供的通信设施可以包括作为蜂窝基站、微波中继站或任何其它无线通信系统的操作。上行链路和回程两者都可以无线提供。然而，通信平台需要电源。如果飞行器是诸如无人驾驶“无人机”这样的重于空气的装置，则还需要电力以使该装置保持在空中。电池在需要充电之前具有有限的寿命。由于收集设备(例如，太阳电池板)的重量和成本，在机上从诸如太阳能这样的外部源收集能量是不切实际的，并且由于该电源是间歇性的而不能消除对电池的需求。

为了在广阔区域内提供覆盖，通信基站需要以数量级为10w至100w(比蜂窝手持机大大约1000倍)的功率级别发送微波，并且出于该原因，在宏小区发送器工作时，安全指南建议水平方向上的距该宏小区发送器10m至15m的禁止区。(由于发送集中在方位角方向上，所以禁止区在竖直方向上可以较小)。为了实现大的范围，这种发送器通常安装在抬高的位置处，诸如特制的杆或高建筑物上，附近没有障碍物，因此这种禁止区相对容易实现，并且应该靠近发送器的仅有的人员是被授权维护该发送器的人员，这些人员有办法在进入该禁止区之前将该发送器关闭。

然而，如果发送器安装在无人飞行器上，则当该飞行器在地面上时，负责部署并将该飞行器放飞的任何地勤人员都会在禁止区内。因此，期望当飞行器在地面上或接近地面时发送器不工作。尽管在通信系统处于工作状态时向该通信系统发送信号从而指示该通信系统关闭自己是相对简单的，但是从远处控制休眠的系统以切换至活动状态不太简单。本发明的实施方式提供了一种实现该目的的手段，其被设计以“防止失败”。

类似的问题会在其它应用中出现。例如，为了遵守隐私法规，在接近地面时，会需要停用机载视频监控设备。

根据本发明的一个方面，提供了一种无人飞行器(该无人飞行器可以是系留气球或系绳式的被供电的重于空气的飞行器)，所述无人飞行器包括：机载应用设备；用于从远程源接收电力的电力连接；以及用于向所述机载应用设备输送电力的电力输送系统，所述电力输送系统被设置成，在所述飞行器离开地面之后开始向所述机载应用系统输送电力，其特征在于，其中，所述电力输送系统包括蓄电池，所述蓄电池被设置成在飞行期间从所述电力连接充电，并在所述蓄电池中的电荷超过预定阈值时向所述机载应用设备输送电力。

根据另一方面，提供了一种向无人飞行器上的应用设备输送电力的方法，所述飞行器具有用于从远程源接收电力的电力连接，所述方法包括以下步骤：在所述应用设备与电力输送系统断开的情况下将所述飞行器放飞，检测所述飞行器在空中，并且在所述飞行器在空中时通过所述电力连接从所述远程源向蓄电池输送电力，并且其特征在于，所述电力输送系统是蓄电池，并且仅当所述蓄电池接收了预定电荷时所述应用设备被连接以从所述蓄电池获取电力。

通过将所述蓄电池设置成在飞行期间从所述电力连接充电，并且仅在所述蓄电池中的电荷超过预定阈值时向所述机载应用设备输送电力，在放飞后，在所述机载设备将开始工作之前，在所述蓄电池被充电的同时加入了内置延迟。

所述电力输送系统还可以被设置成使得仅当通过所述电力连接向所述飞行器输送电力时，所述蓄电池向所述机载应用设备输送电功率。因此，在电力故障的情况下，所述应用设备将不被所述蓄电池供电，并且因此在返回地面之前将被停用。这还允许所述蓄电池专用于为飞行控制系统供电以进入受控下降模式。

所述飞行器可以包括电力分配系统，所述电力分配系统用于从所述电力连接接收电力并向所述电力输送系统和飞行控制系统两者传输该电力，所述飞行控制系统将电力用于诸如推进、方向控制面(方向舵等)这样的飞行控制目的或控制浮力。这可以被设置使得所述电力分配系统可以在放飞期间为所述飞行控制系统供电，并且当所述电力输送系统向所述电力分配系统输送电力时，所述电力输送系统与所述机载应用系统断开。还可以设置成当所述电力连接不从所述远程源接收电力时，将所述电力输送系统与所述机载应用系统断开，使得如果所述飞行器由于电源故障而被迫着陆，则停用所述机载应用。

确定所述飞行器在空中的辅助方法可以包括地面接近传感器(使用雷达或类似的传感器)，或者连接至所述飞行器的起落架部件的检测所述起落架是否支撑着所述飞行器的重量的传感器。

在将要描述的实施方式中，所述应用设备用于无线通信，但是本发明的实施方式也可以应用于仅当所述飞行器在空中时应被启用的任何设备。

将参照本说明书所附的附图通过示例来描述本发明的实施方式，在附图中：

图1是根据本发明操作的系统的示意图。

图2是图1的系统的电力管理系统的更详细的示意表示图。

图3是例示了该实施方式的加电过程和断电过程的流程图。

图1描绘了空中装置1通过系绳2附接至可以安装在机动载具上的移动地面站3。装置1可以是诸如气球这样的无动力飞行器或诸如“无人机”这样的有动力装置。这种系绳式空中装置具有许多应用，诸如用于观察、勘测等，但是在该示例中，该系绳式空中装置承载有通信设备4和天线5、6，其用于分别与用户终端8以及与诸如移动通信基站7这样的基站7、27、29、卫星27或固定网络中的交换机29通信。

优选地，通过与地面站3相关联的通信调制解调器24来在基站7、27、29与空中通信设备4之间中继通信。可以使用带内回程设置，其中通过移动平台3上的天线25从现有塔台(7)或卫星链路26、27或到固定交换机的有线链路28、29接收3g/4g信号。调制解调器24将该信号转换成以太网协议，并使用短距离无线链路21(如图所示)或与系绳2相关联的有线链路将其向空中设备4发送。然后，空中设备4将信号重新转换成3g/4g以向用户设备8无线传输。

发电机9与地面站3相关联，以通过与系绳2相关联的线缆10向电力管理系统11输送电力，使得电力可以被输送用于机载通信设备4以及用于无人机装置1的推进和控制系统17这两者，该推进和控制系统17用于将无人机装置1维持在空中，保持位置并控制其取向。电缆上的机械应变会损坏电缆，从而导致较高的电阻，进而导致线缆过热，但是对于系绳式飞行器，可以通过电缆10的重量以及从通过系绳2承受的空中飞行器传递的任何机械张力来避免这种情况。

在图2中示意性地描绘了空中装置1机载的电力管理系统11。在该实施方式中，电力管理系统包括电力分配系统19，该电力分配系统19通过线缆10连接至电源18。电力分配系统19向推进和控制系统(总体上在17处描绘)提供电力。还设置了蓄电池23，该蓄电池23从电力分配系统19获取电荷并且可以在电源10发生故障的情况下用于向推进和控制系统17输送电力以允许受控下降。

出于在下文将变得明显的原因，期望对飞行器的控制通过与无线通信中继系统4分开的介质来完成。控制可以是使用电缆10的“电传操纵”系统，或者是独立的低功率射频远程控制系统。

无线通信中继系统4、5、6通过单独的电力管理系统14供电，该电力管理系统14不直接由电力分配系统19供电，而是从蓄电池23获取其电力。电力管理系统11被设置成使得直到飞行器在空中(具体地，当推进和控制系统17不获取电力时，和/或当没有通过连接10输送电力时)为止蓄电池都不被充好电，因此无法向通信系统4、5、6输送电力。

现在将参照图3来描述系统的操作。当飞行器被首次加电(步骤31)准备好放飞(步骤32)时，电力被输送至电力管理系统19，以向飞行器供电并开始给蓄电池23充电。蓄电池具有相关联的电荷监测系统15，该电荷监测系统15监测蓄电池中的电荷，并且被设置成仅当蓄电池中的电荷已经上升到超过预定阈值(步骤33)时向通信电力管理系统14输送电力(步骤36)，该预定阈值被选择成使飞行器将已获得足够的高度以实现距地面上的人和物体的一定距离，使得该人和物体不再位于飞行器的禁止区之内。这允许在通信设备4、5、6位于空中后被自动启用。

还可以进行设置以当飞行器要着陆时停止为通信设备4、5、6供电。在电源10出故障的情况下，蓄电池23将开始向推进系统17输送电力，以管理受控下降和着陆(步骤39)。可以通过将比空气轻的飞行器中的浮囊排气来实现下降，或者针对通过有动力装置产生升力的装置而言则通过动力控制下的低速下降来实现下降。蓄电池23的输出端设置有继电器16，该继电器16响应于来自飞行电力管理系统19的从蓄电池23电力抽取(步骤37)，切断对通信系统14的电力供应(步骤38)。因此，在失去了电源10的情况下，通信设备也被停用，从而确保当飞行器到达地面时地面人员不暴露于高电平的微波辐射。

该着陆过程特别适合于失去电力是计划外的情况，因为这会自动关闭通信系统。然而，这也可以用于有意的着陆过程。当期望将飞行器着陆时，使该飞行器启动着陆过程的信号被发送至飞行器。作为该过程的一部分，飞行电力系统19将其自身与外部电源10断开，并开始从蓄电池23抽取电力(步骤37)。这使得当通信系统14仍然在空中并且地面上的对象仍然在发送器5、6的禁止区外时，继电器16切断对通信系统14的电力(步骤38)。蓄电池23将继续放电，直到飞行器着陆为止。因此，蓄电池在到达地面时已至少部分放电，从而降低了飞行器着陆时产生飞弧的风险，并确保了当通信系统4、5、6在地面上时不会被启用。还将蓄电池置于用于下一次放飞的正确状态。

本发明的实施方式可以利用任何合适的供电系统。在一种这样的供电系统中，使用脉冲式供电系统向飞行器提供电力，在该脉冲式供电系统中，发电机9产生电力，该电力被输送至发送单元18，该发送单元18以脉冲形式将电力传输至线缆10以输送至电力接收单元19，该电力接收单元19调整向空中装置1中的电子设备11输送的电力。该系统被设置成使得仅当接收单元19确认了先前的脉冲时，从发送单元18发送脉冲，因此如果线缆10损坏，则“防止失败”。

蓄电池23可以用于平滑掉脉冲式系统中的供应。在这种情况下，继电器16将被设计成仅响应于从蓄电池23至飞行电力系统19的连续电流，而不响应于在它们之间来回传递的间歇性平滑脉冲。

该实施方式使用蓄电池中的电荷作为控制通信系统何时被加电的手段，但是也可以使用其它手段来对此进行补充，诸如地面接近雷达或在放飞时启动的定时延迟。通过监测起落架部件13是否支撑着飞行器的重量(步骤34)的传感器12可以确认放飞，并且如果检测到飞行器仍在地面上，则将蓄电池恢复至其放飞前状态(步骤35)。