利索能及
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专利号: 2024114803822
申请人: 广东海洋大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-19
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种无人机数据采集系统的控制方法,应用于一种无人机数据采集系统中,其特征在于,所述无人机数据采集系统包括无人机本体、补给站和至少一组地面站;

所述地面站,包括多个地面节点,每组所述地面站中的所有所述地面节点用于利用收集到的来自所述无人机本体的能量,通过分布式波束成形技术,向所述无人机本体发送数据;

所述无人机本体,用于通过射频无线能量传输技术,向每组所述地面站的所有所述地面节点传输电能,以及采集每组所述地面站的数据;

所述补给站,用于当所述无人机本体位于电能补给点时,向所述无人机本体传输电能;

所述补给站为激光充电器;

所述无人机数据采集系统的控制方法包括:

在所述无人机本体飞行至预设的高度位置时,获取由各个所述地面节点发送的位置信息和能量约束信息,其中,所述能量约束信息为所述地面节点发送数据的能量消耗不超过收集到的来自所述无人机本体的能量的约束条件;

基于预设的悬停点寻找算法对所述位置信息和所述能量约束信息进行处理,得到理想状态下所述无人机本体的多个悬停点信息和每个所述地面节点的功率分配信息,其中,所述理想状态为忽略所述无人机本体的能量消耗和忽略所述无人机本体从一个位置到另一个位置的飞行时间,每个所述悬停点信息均包括悬停点和悬停时间;

基于所述悬停点、所述无人机本体的飞行起止点和所述无人机本体的电能补给点,采用旅行商算法进行处理,得到所述无人机本体的最短飞行路径;

至少基于所述悬停时间和所述最短飞行路径,确定所述无人机本体的目标飞行路径,其中,所述目标飞行路径包括所述无人机本体在各个所述悬停点和所述电能补给点的悬停时长;

至少基于所述最短飞行路径和所述无人机本体的任务总时长,采用离散化处理得到每组所述地面站的数据传输时间;

至少基于所述目标飞行路径和所述数据传输时间,采用连续凸近似方法得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息;

在所述无人机本体执行任务的过程中,基于所述目标飞行路径,对所述无人机本体进行飞行控制,以及基于所述实际功率分配信息对所述地面节点进行功率控制。

2.如权利要求1所述的无人机数据采集系统的控制方法,其特征在于,所述至少基于所述最短飞行路径和所述无人机本体的任务总时长,采用离散化处理得到每组所述地面站的数据传输时间,包括:基于所述最短飞行路径、所述无人机本体的任务总时长和所述无人机本体的最大飞行速度,确定所述无人机本体的总悬停时长;

对所述任务总时长进行离散化处理,并基于离散化处理后的结果和所述总悬停时长,得到每组所述地面站的数据传输时间。

3.如权利要求2所述的无人机数据采集系统的控制方法,其特征在于,所述至少基于所述目标飞行路径和所述数据传输时间,采用连续凸近似方法得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息,包括:至少基于所述离散化处理后的结果、所述目标飞行路径和每组所述地面站的数据传输时间,构建以每个所述地面节点的功率分配信息和每组所述地面站接收到来自所述无人机本体的能量下限值为决策变量的功率分配方程,其中,所述功率分配信息为主要变量,所述能量下限值为辅助变量;

采用连续凸近似方法对所述功率分配方程进行优化求解,得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息。

4.一种无人机数据采集系统的控制装置,应用于一种无人机数据采集系统中,其特征在于,所述无人机数据采集系统包括无人机本体、补给站和至少一组地面站;

所述地面站,包括多个地面节点,每组所述地面站中的所有所述地面节点用于利用收集到的来自所述无人机本体的能量,通过分布式波束成形技术,向所述无人机本体发送数据;

所述无人机本体,用于通过射频无线能量传输技术,向每组所述地面站的所有所述地面节点传输电能,以及采集每组所述地面站的数据;

所述补给站,用于当所述无人机本体位于电能补给点时,向所述无人机本体传输电能;

所述补给站为激光充电器;

所述无人机数据采集系统的控制装置包括:

信息获取模块,用于在所述无人机本体飞行至预设的高度位置时,获取由各个所述地面节点发送的位置信息和能量约束信息,其中,所述能量约束信息为所述地面节点发送数据的能量消耗不超过收集到的来自所述无人机本体的能量的约束条件;

悬停点寻找算法模块,用于基于预设的悬停点寻找算法对所述位置信息和所述能量约束信息进行处理,得到理想状态下所述无人机本体的多个悬停点信息和每个所述地面节点的功率分配信息,其中,所述理想状态为忽略所述无人机本体的能量消耗和忽略所述无人机本体从一个位置到另一个位置的飞行时间,每个所述悬停点信息均包括悬停点和悬停时间;

旅行商算法模块,用于基于所述悬停点、所述无人机本体的飞行起止点和所述无人机本体的电能补给点,采用旅行商算法进行处理,得到所述无人机本体的最短飞行路径;

目标飞行路径确定模块,用于至少基于所述悬停时间和所述最短飞行路径,确定所述无人机本体的目标飞行路径,其中,所述目标飞行路径包括所述无人机本体在各个所述悬停点和所述电能补给点的悬停时长;

数据传输时间确定模块,用于至少基于所述最短飞行路径和所述无人机本体的任务总时长,采用离散化处理得到每组所述地面站的数据传输时间;

连续凸优化模块,用于至少基于所述目标飞行路径和所述数据传输时间,采用连续凸近似方法得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息;

飞行控制模块,用于在所述无人机本体执行任务的过程中,基于所述目标飞行路径,对所述无人机本体进行飞行控制,以及基于所述实际功率分配信息对所述地面节点进行功率控制。

5.如权利要求4所述的无人机数据采集系统的控制装置,其特征在于,所述数据传输时间确定模块,包括:总悬停时长确定单元,用于基于所述最短飞行路径、所述无人机本体的任务总时长和所述无人机本体的最大飞行速度,确定所述无人机本体的总悬停时长;

离散化处理单元,用于对所述任务总时长进行离散化处理,并基于离散化处理后的结果和所述总悬停时长,得到每组所述地面站的数据传输时间。

6.如权利要求5所述的无人机数据采集系统的控制装置,其特征在于,所述连续凸优化模块,包括:方程构建单元,用于至少基于所述离散化处理后的结果、所述目标飞行路径和每组所述地面站的数据传输时间,构建以每个所述地面节点的功率分配信息和每组所述地面站接收到来自所述无人机本体的能量下限值为决策变量的功率分配方程,其中,所述功率分配信息为主要变量,所述能量下限值为辅助变量;

优化求解单元,用于采用连续凸近似方法对所述功率分配方程进行优化求解,得到每个时刻所有所述地面节点的实际功率分配信息。

7.一种终端设备,其特征在于,包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任意一项所述的无人机数据采集系统的控制方法。

8.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有计算机程序,其中,所述计算机可读存储介质所在设备执行所述计算机程序时,实现如权利要求1至3中任意一项所述的无人机数据采集系统的控制方法。