一种海上物资补给方法与流程

本发明属于海上垂直补给领域，具体涉及一种基于多旋翼无人机的海上物资补给方法。

背景技术：

在海上利用无人机进行舰船之间物资运输，具有快速机动、补给设备简单、耗费人力少、操作灵活、受海况影响小等多方面优点，同时还能实现多舰船同时补给所需物资，特别是药品、血浆等急需物资及医疗物资。相较而言，翼展较长的固定翼无人机并不适用在空间有限的舰船甲板上运输物资，多旋翼无人机机身轻巧、操作灵活，在进行舰船之间的物资运输时更具优势，但现有的多旋翼无人机普遍存在机载电池电量有限、动力不足、运载量小、续航短、抗风能力弱等问题。

现有技术中，《一种基于水动力的无人机补给装置》(cn201510629950.5)针对的是海上补给时无人机的动力源，并未能有效解决无人机长时间续航问题；《一种基于北斗相对定位及无人机控制技术的船舶补给方法》(201910177063.7)中利用北斗定位系统提供的位置信息控制无人机进行船舶物资补给，但普通携带电池的无人机因电池重量大而使其承载量大大降低，并且因其能量不足，导致抗风能力低，故该专利方法具有一定的应用局限性。

技术实现要素：

海上物资补给时舰艇之间的距离通常控制在数百米范围以内，为克服现有技术中无人机存在的问题，本发明提出了一种海上物资补给方法。

本发明提出的海上物资补给方法，通过利用舰载电源给无人机供电提高无人机在海上舰船物资补给时的运输能力，包含以下过程：

步骤1在补给舰上，通过舰载供电设备将补给舰电网输出的交流电转化为直流电，再通过供电电缆将直流电输送给无人机，供无人机使用；

步骤2检查调试各设备装置，在补给舰升降平台上，为无人机挂载补给物资，然后无人机按照起航指令起航；

步骤3航行过程中，无人机实时收集补给舰、受补舰以及无人机本身的位置信息，并通过对位置信息分析运算实时规划航行路线；

步骤4接近受补舰后，无人机通过识别停机标志确定停落位置，并分析受补舰的降落条件选择相应的卸货方式卸载补给物资；

步骤5收到返航指令后，无人机自主返回补给舰完成补给任务。

优选地，所述无人机包含备用电池，当舰载供电设备供电中断时，无人机自动将供电电源切换到备用电池从而保障无人机正常降落。

优选地，步骤1中所述供电电缆通过电缆收放装置控制收放长度和收放速度，保证供电电缆的拉力在正常承载范围内。

优选地，步骤3中，通过补给舰的卫星定位模块收集补给舰的位置信息，通过无人机的卫星定位模块收集无人机的位置信息，通过受补舰的卫星定位模块收集受补舰的位置信息；

无人机控制装置实时接收卫星定位模块采集的补给舰、受补舰以及无人机本身的位置信息，通过算法分析运算实时规划航行路线。

优选地，所述补给舰通过补给舰控制装置生成无人机姿态控制指令和电缆收放装置自动调节指令，分别用于调节控制无人机的飞行姿态、控制电缆收放装置收放供电电缆。

优选地，所述无人机配置有摄像装置拍摄识别受补舰的停机标识，所述摄像装置将停机标识图像信息发送给无人机控制装置，通过无人机控制装置调整无人机位置靠近停机标识，准备停降。

优选地，通过受补舰数据处理装置分析受补舰降落平台的平稳性，生成相应的降落条件信息发送给无人机控制装置，无人机控制装置则生成相应的卸载指令进行卸货。

优选地，当受补舰升降平台的平稳性良好，无人机控制装置生成降落卸载指令，无人机自主降落到停机标识上卸下补给物资；当受补舰降落平台的平稳性不佳，无人机控制装置生成悬停卸载指令，无人机悬停空中，通过控制全自动收线器收放吊绳将补给物资投放到受补舰上。

优选地，受补舰升降平台上设置有波浪补偿装置，减轻受补舰升降平台的摇晃程度，提高平台平稳性，改善降落条件。

优选地，本发明所述海上物资补给方法适用于多旋翼无人机。

本发明提供的一种海上物资补给方法通过舰载电源给无人机提供电源的方法实现无人机在海上补给过程中长时间续航、不间断运输；同时，采用舰载电源供电进一步提高了无人机的电机功率，从而提高无人机的抗风能力。

附图说明

图1为无人机海上补给示意图；

图2为本发明提出的无人机海上补给方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述说明。

将运用无人机在海上进行舰船间补给的系统划分为补给舰舰载平台、受补舰补给平台和无人机平台三部分。

补给舰舰载平台包括综合控制柜、供电电源系统和地面站。

所述供电电源系统包含供电设备、电源转换模块和供电电缆。其中，所述供电设备将舰船电网输出的交流电转化为稳定可靠的高压直流电，通过供电电缆输送到无人机平台，作为无人机的主电源；无人机内设电源转换模块，将供电电缆输送的高压直流电转化为低压直流电为无人机以及其他载荷设备供电，同时还能够为无人机的备用电池进行充电；所述供电电缆由承力缆线、直流电源线、通信光纤、接地金属网、采集供电电缆拉力数据的拉力传感器以及外套管等组成。

所述综合控制柜包含补给舰控制装置、电缆收放装置、速度传感器和方向传感器以及卫星定位模块。其中，补给舰舰载平台的速度传感器和方向传感器用于采集补给舰的航行速度和航行方向数据信息；卫星定位模块用于采集补给舰的位置数据信息，并将采集的补给舰位置数据信息实时发送给无人机控制装置；补给舰控制装置根据补给舰和无人机的相对位置、相对速度、相对高度以及风速、供电电力拉力等数据信息通过算法逻辑运算生成无人机姿态控制指令和电缆收放装置调节指令；无人机姿态控制指令通过供电电缆中的通信光纤传送给无人机平台的控制装置，调整无人机姿态从而实现抗风和快速收回；电缆收放装置调节指令通过控制电缆收放装置调整控制电缆的收放长度和收放速度，保证供电电缆的拉力在正常承载范围内。

地面站用于收发并实时显示拉力传感器、风速仪、卫星定位模块以及无人机摄像装置等的信息数据，通过地面站预设任务、监控无人机飞行状态及各设备运行数据。

受补舰补给平台包括卫星定位模块、惯性传感器和加速度传感器、受补舰数据处理装置、波浪补偿装置。

其中，卫星定位模块用于采集受补舰的位置数据信息，并将采集的受补舰的位置数据信息实时发送给无人机控制装置；惯性传感器和加速度传感器用于采集受补舰降落平台的转动角速度和加速度数据信息，并将采集的数据信息发送给受补舰数据处理装置，受补舰数据处理装置通过分析运算惯性传感器和加速度传感器的数据信息判断受补舰的平稳性，并生成相应的降落条件信息发送给无人机的控制装置；波浪补偿装置用于减轻受补舰升降平台的摇晃程度，提高升降平台稳定性，改善降落条件。

无人机平台包括无人机控制装置、无人机高度传感器和惯性传感器、卫星定位模块、航空箱、全自动收线器及吊绳、电源转换模块、备用电池、风速仪以及摄像模块等。

其中，无人机上安装的风速仪采集海面风速数据信息，风速作为调节电机功率的指标，当风速增大时通过增大无人机螺旋桨驱动电机功率，增强无人机的抗风能力、抵抗风力干扰、防止无人机偏航；卫星定位模块采集无人机的位置数据信息，并将采集的无人机位置数据信息实时发送给无人机控制装置；无人机高度传感器和惯性传感器采集无人机水平位置及高度数据信息，测得的数据信息发送给补给舰控制装置进行算法逻辑运算用于生成无人机姿态控制指令。航空箱用于装载补给物资，通过吊绳挂载于无人机上，当无人机悬停卸货时，全自动收线器自动收放吊绳将补给物资投放到受补舰上。

所述无人机控制装置，在海面航行过程中，通过卫星定位模块实时收集补给舰的位置信息、无人机的位置信息和受补舰的位置信息，通过算法分析运算实时规划无人机航行路线，同时所述无人机控制装置根据接收的补给舰控制装置发送无人机姿态控制指令，调整无人机的航行姿态；在停降受补舰过程中，摄像模块将拍取的受补舰上的停机标识信息数据发给无人机控制装置，无人机控制装置结合无人机和受补舰升降平台的相对位置信息，通过算法分析运算得到无人机距离停机标识的水平距离和垂直距离，并生成相应指令调整无人机位置靠近停机标识，准备停降；无人机控制装置根据受补舰发送的降落条件信息，生成相应的的卸载指令，当无人机控制装置接收到受补舰升降平台平稳性良好的降落条件信息，则生成降落卸货的指令，无人机根据指令自主降落到停机标识上卸下补给物资；当无人机控制装置接收到受补舰升降平台平稳性不佳的降落条件信息，则生成悬停卸载的指令，无人机根据指令自主降落到停机标识的上空，通过控制全自动收线器收放吊绳将补给物资投放到受补舰上。

图1为无人机海上补给的简易示意图，补给舰舰载平台1通过供电电缆4为无人机平台3供电，补给物资搭载无人机平台3由补给舰舰载平台1送往受补舰补给平台2。

图2为本发明提出的无人机海上补给方法流程图。首先，在补给舰上，舰载供电设备将补给舰电网输出的交流电转化为高压直流电，再通过供电电缆将直流电输送给无人机平台，为无人机及其他载荷设备供电。其次，检查调试各设备装置，确保各装置设备正常工作运行，例如，检查电缆收放装置，确保供电电缆不存在打结、缠绕等情况影响无人机平稳飞行，在补给舰升降平台上，将装载有补给物资的航空箱挂载于无人机上，然后根据起航指令无人机平稳升起。再次，在往来补给舰与受补舰的航行过程中，无人机实时收集补给舰、受补舰以及无人机本身的位置信息，并通过对位置信息分析运算实时规划航行路线；供电电缆在一定的拉力值范围内正常工作，当拉力传感器检测到供电电缆拉力不在工作范围内，会根据补给舰控制装置的指令调节电缆收放长度或收放速度，以保障无人机的平稳飞行；无人机在一定的风速范围内正常工作，当风速仪检测海面风速达到或超过无人机承受的风速警戒值时，补给舰控制装置发送指令调整无人机姿态、命令无人机返航降落。再次，当无人机接近受补舰后，无人机控制装置根据摄像模块拍摄的识别停机标志数据信息以及无人机和受补舰升降平台的相对位置信息，进行算法分析运算得到无人机距离停机标识的水平距离和垂直距离，并生成相关指令调整无人机位置靠近停机标识，准备停降；当无人机控制装置接收到受补舰升降平台平稳性良好的降落条件信息，无人机根据降落卸货指令自主降落到停机标识上卸下补给物资；当无人机控制装置接收到受补舰升降平台平稳性不佳的降落条件信息，无人机根据悬停卸载指令自主悬停在停机标识的上空，通过控制全自动收线器收放吊绳将补给物资投放到受补舰上。最后，收到返航指令后无人机自主返回补给舰完成补给任务。本发明所述海上物资补给方法优先选用多旋翼无人机。

本发明提供一种海上物资补给方法，解决了多旋翼无人机应用到海上物资补给时存在的载重量小，续航时间短，抗风能力差等问题，实现对舰船之间不间断的物资运输，提高舰船作战能力。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。