一种无人飞行器续航能力监测系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种无人飞行器续航能力监测系统及方 法。
【背景技术】
[0002] 随着航拍用小微型无人飞行器开始普及，并进入消费级市场，原来由专业人员使 用而不会关注的一些需求开始凸显。无人飞行器平台上装备有大量电子设备，如自动驾驶 系统、舵机和云台等，为保证无人飞行器平台安全稳定工作，这些电子设备需要稳定有效的 电力供应。无人飞行器平台的电能由各种高能电池提供，包括：太阳能、蓄电池和燃料电池。 其中以锂电池为代表的蓄电池供电方式是目前应用最广泛的一种。
[0003] 现有技术主要是通过燃油、太阳能、锂离子电池等混合电源供应，或者在飞行动力 结构上进行改进，来提高无人飞行器的续航能力。
[0004] 例如：申请号为201310543169. 7、发明名称为《零点电源与锂离子电池的电池组 作为无人机电源的应用》的中国发明专利申请公开了一种零点电源与锂离子电池的电池 组作为无人机电源的应用，该电池组包括至少一个零点电源单体和至少一个锂离子电池单 体，所述零点电源单体与所述锂离子电池单体能够串联和/或并联，也可以断开连接。例 如，在使用时，如果锂离子电池的电量能够满足使用要求，则可以将零点电源单体与锂离子 电池单体断开连接，锂离子电池与用电设备相连提供稳定的电压和电流；当锂离子电池使 用一段时间之后，在电量不足时，零点电源可以持续不断地位锂离子电池充电，解决了电池 续航的问题。
[0005] 再例如，申请号为201220292712. 1、发明名称为《一种无人机遥感平台的供电系 统》的中国实用新型专利公开一种无人机遥感平台的供电系统，包括主供电电源、副供电电 源、主开关、副开关、通道开关、控制器、非门、主检测电路、η个主开关电源和η个副开关电 源；采用容量不同的主副两块电池供电，当主电池电量不足时，可切换副电池备用，并向地 面监控人员报警，使得监控人员可及时采取措施使无人机迫降，提高无人机的安全可靠性。
[0006] 在专业人员使用的情况下，由于对产品非常了解和熟悉，因此，关于无人机的一些 维护、使用的知识都不那么透明。例如，无人飞行器的飞行时间，往往是由飞手根据经验来 分析和判断的，这种依赖经验的方式提高了对操作人员的要求，而且经验并不十分准确，降 低了电池的使用效率。即使有的无人飞行器能够提供电池余量报警，这种报警行为也是不 很准确的。
[0007] 当无人飞行器进入消费级市场，这个问题就不能忽视了。普通消费者由于对无人 飞行器的操控和使用经验不足，因此非常依赖无人飞行器上给出的电池余量提示信息。但 是，本身现有的消费级无人飞行器续航总时间就不是很长，短的5-10分钟，长的一般也不 超过30分钟，在这种情况下，如果电池余量提示再不准确，那么很可能难以起到提示用户 的作用。一方面，如果用户一察觉电池余量报警，就赶紧回收无人飞行器，那么会导致无人 飞行器的实际操作时间远小于总续航时间；而另一方面，如果用户察觉电池余量报警后，仍 然坚持使用无人飞行器，那么就可能面临无人飞行器掉电坠落的风险。
[0008] 现有技术仅根据电池余量情况来报警，而不考虑无人飞行器的飞行状态。例如，无 人飞行器悬停和做高速运动，它的耗能情况是很不一样的。如果不考虑无人飞行器的能量 消耗，去做续航能力分析，是很不准确的。
[0009] 另外，由于环境温度能够极大地影响电池的蓄电水平，因此，如何在不同环境温度 下，准确对电池的余量进行统计和计算，也是一个问题。
【发明内容】
[0010] 本发明的发明目的是提供一种无人飞行器续航能力监测系统及方法，其能够实 时、有效、智能地保护无人飞行器，避免无人飞行器出现因电量不足引起的事故，并且可以 提尚电池的利用率。
[0011] 本发明的另一个发明目的是提供一种无人飞行器续航能力监测系统及方法，考虑 了温度对电池的蓄电水平的影响，进一步提高了电池余量监测的准确性。
[0012] 不仅仅基于电池余量做续航能力分析，而是综合考虑到无人飞行器的飞行耗能情 况以及环境温度情况等，对无人飞行器的续航能力做准确分析，将续航能力警示信息转换 成直观的时间或者飞行距离。
[0013] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
[0014] -种无人飞行器续航能力监测系统，包括无人飞行器和飞控台、信号处理模块、数 据通信模块，所述无人飞行器和所述飞控台通过所述数据通信模块能够双向通信，所述无 人飞行器进一步包括信号输入模块、飞行控制板和电池，所述飞行控制板分别与所述信号 输入模块、所述数据通信模块和所述电池连接，所述信号处理模块与所述飞行控制板连接， 其中，
[0015] 所述信号输入模块适用于采集所述无人飞行器的能耗信息并发送至所述飞行控 制板；
[0016] 所述飞行控制板适用于采集所述电池信息，控制所述无人飞行器的飞行；
[0017] 所述信号处理模块适用于根据所述能耗信息和所述电池信息，计算所述无人飞行 器的续航能力。
[0018] 进一步的，还包括存储模块，所述存储模块与所述信号处理模块连接，所述存储模 块适用于存储所述无人飞行器的预定义的能耗级别及相应能耗级别对应的理想续航时间 和/或平均飞行速度。
[0019] 进一步的，还包括电量检测单元，所述电量检测单元分别与所述电池和所述飞行 控制板连接，其适用于检测所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。
[0020] 进一步的，所述信号输入模块包括惯性传感器，所述惯性传感器适用于检测所述 无人飞行器的飞行运动参数并发送给所述信号处理模块。
[0021] 进一步的，所述信号处理模块进一步包括姿态解算单元、比对判断单元、计算单 元，所述姿态解算单元连接所述比对判断单元，所述比对判断单元连接所述计算单元，其 中，
[0022] 所述姿态解算单元适用于根据所述飞行运动参数确定所述无人飞行器当前的飞 行状态；
[0023] 所述比对判断单元适用于根据所述飞行状态和所述存储模块中存储的预定义的 能耗级别，判定所述无人飞行器当前的能耗级别；
[0024] 所述计算单元适用于根据所述能耗级别确定对应的理想续航时间和/或平均飞 行速度、所述电池的总电量和所述电池的当前剩余电量，计算得到所述无人飞行器当前的 续航能力。
[0025] 进一步的，所述信号输入模块还包括温度传感器，其适用于采集所述电池的环境 温度，并输入至信号处理模块，对所述电池信息进行补偿。
[0026] 根据本发明的另一个方面，提供了一种无人飞行器续航能力监测方法，所述无人 飞行器利用电池供电，包括以下步骤：
[0027] 采集电池信息；
[0028] 采集无人飞行器的能耗信息；
[0029] 根据所述电池信息和所述能耗信息，获得所述无人飞行器的续航能力。
[0030] 进一步的，所述采集步骤之前还包括预定义能耗级别步骤，具体包括以下步骤：
[0031] 所述无人飞行器的飞行状态分别对应预设数量的能耗级别；
[0032] 分别测定各个能耗级别，所述无人飞行器满电情况下的理想续航时间；
[0033] 分别测定所述无人飞行器在不同能耗级别下的平均飞行速度；
[0034] 存储所述无人飞行器的预定义的能耗级别及相应能耗级别对应的理想续航时间 和/或平均飞行速度。
[0035] 进一步的，所述电池信息包括所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。
[0036] 进一步的，还包括温度补偿步骤，具体包括以下步骤：
[0037] 采集所述电池的环境温度；
[0038] 利用所述环境温度对所述电池信息进行补偿计算，获得修正后的电池信息。
[0039] 本发明公开了一种无人飞行器续航能力监测系统及方法，通过惯性传感器获取无 人飞行器当前的飞行状态及预先定义的能耗级别，确定当前的能耗级别，根据所述当前的 能耗级别和电池的当前剩余电量，预测无人飞行器的续航能力，这种预测不同于现有的仅 仅考虑电池的当前剩余电量的预测方式，而是综合考虑了无人飞行器的飞行运动参数，从 而使得预测更加准确。同时，本发明还将所述续航能力转换为续航时间与里程直观的显示 给用户查看，更加便于非专业人员的理解和操作。本发明可以降低无人飞行器掉电坠落事 故发生率，并提高电池的利用效率。
[0040] 另一方面，本发明对于无人飞行器续航能力的评估还考虑到了环境温度对于电池 能效的影响，进一步提高了无人飞行器续航能力预测的准确性。
[0041] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚 明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明 的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的【具体实施方式】进行举例 说明。
【附图说明】
[0042] 通过阅读下文优选的【具体实施方式】中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处 对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的， 而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例， 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。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0043] 图1示出了根据本发明实施例一的无人飞行器续航能