一种长距离通信的电网无人机巡检系统的制作方法

1.本发明涉及一种长距离通信的电网无人机巡检系统，属于无人机自主巡检技术领域。


背景技术：

2.电网输电线路巡检方式包括人工巡检、直升机巡检、无人机巡检、机器人巡检等方式；无人机及相关技术的发展为电网巡检方式提供了一种新的选择。无人机巡检具有自动化、智能化程度高，巡检效率高、巡检成本低等特点，具有明显的技术、经济优势和巡检特色，是近年电力巡检模式的重大进步。
3.电力线路分布范围广、地形复杂，线路长度从几千米、几十千米到几百千米甚至更长，一条线路需要巡检的设备数量巨大。目前，大型无人巡检系统在实用化方面仍存在比较突出的问题和局限性：无人机直通链路方式下有效通信距离短，无法传输高清视频数据，不满足长距离巡检需求，且低空中继通信系统使用复杂程度高、易用性不足。


技术实现要素：

4.针对现有电网巡检无人机有效通信距离短的问题，本发明提供一种长距离通信的电网无人机巡检系统。
5.本发明的一种长距离通信的电网无人机巡检系统，包括控制系统、图像采集模块、导航系统和通信系统；
6.图像采集模块，与控制系统连接，用于在控制系统的控制下获取巡检图像，并发送至控制系统；
7.导航系统，与控制系统连接，用于获取无人机的方位角和地磁磁场的估计信息，并发送至控制系统；
8.控制系统，与通信系统连接，用于根据无人机的方位角和地磁磁场信息控制无人机进行角运动，当无人机到达设定位置，控制图像采集系统采集巡检图像，并将巡检图像发送至通信系统；
9.通信系统，用于将巡检图像发送至地面终端；
10.通信系统包括卫星中继通信系统、高清链路通信系统和切换系统；切换系统，同时与卫星中继通信系统和高清链路通信系统连接，用于根据通信质量选择卫星中继通信系统或高清链路通信系统进行通信。
11.作为优选，所述通信系统切换系统还包括外控开关，设置在地面终端，用于控制卫星中继通信系统的高清链路通信系统切换。
12.作为优选，卫星中继通信系统包括机载卫星通信系统和车载卫星通信系统。
13.作为优选，所述控制系统：
14.根据获取无人机俯仰角估计滚转角估计地磁磁场的总磁场矢量根据总磁场矢量俯仰角估计和滚转角估计获得磁航向角估计根据无人机俯仰角估计
和滚转角估计及磁航向角估计控制无人机的角运动；
15.磁航向角估计
[0016][0017]
其中，其中，
[0018]
表示t
i
时刻测量的总磁场矢量，a
i
表示t
i
时刻从惯性坐标系向机体坐标系转换的方向余弦矩阵，表示惯性坐标系内地磁场矢量估计，表示机体坐标系内无人机磁场矢量估计，η
i
(t)表示磁力计测量误差矢量，矩阵a
γ
和a
θ
分别表示俯仰角估计和滚转角估计的矩阵。
[0019]
本发明的有益效果：本发明为提高测控通信系统的可靠性和实用性，采用卫星中继通信和高清链路互为备用模式卫星中继通信和高清链路互为备用模式。卫星中继系统传输距离不受限制，抗干扰性强，可弥补无人机山区作业飞行时直通链路通信受遮挡而无法实现远距离飞行的缺点。同时本技术还针对暴风雪等恶劣环境引起的无人机位姿估计精度低等影响，利用无人机俯仰角估计、滚转角估计、地磁磁场的估计，使之满足恶劣环境下高精度无人机自主导航要求。
附图说明
[0020]
图1为本发明的原理示意图。
具体实施方式
[0021]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0023]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0024]
本实施方式的一种长距离通信的电网无人机巡检系统，包括控制系统、图像采集模块、导航系统和通信系统；
[0025]
图像采集模块，与控制系统连接，用于在控制系统的控制下获取巡检图像，并发送至控制系统；
[0026]
导航系统，与控制系统连接，用于获取无人机的方位角和地磁磁场的估计信息，并发送至控制系统；
[0027]
控制系统，与通信系统连接，用于根据无人机的方位角和地磁磁场信息控制无人机进行角运动，当无人机到达设定位置，控制图像采集系统采集巡检图像，并将巡检图像发送至通信系统；
[0028]
通信系统，用于将巡检图像发送至地面终端；
[0029]
通信系统包括卫星中继通信系统、高清链路通信系统和切换系统；切换系统，同时与卫星中继通信系统和高清链路通信系统连接，用于根据通信质量选择卫星中继通信系统或高清链路通信系统进行通信。
[0030]
本实施方式为提高测控通信系统的可靠性和实用性，采用卫星中继通信和高清链路互为备用模式卫星中继通信和高清链路互为备用模式。卫星中继系统传输距离不受限制，抗干扰性强，可弥补无人机山区作业飞行时直通链路通信受遮挡而无法实现远距离飞行的缺点。
[0031]
本实施方式的通信系统切换系统还包括外控开关，设置在地面终端，用于控制卫星中继通信系统的高清链路通信系统切换。
[0032]
针对卫星中继通信系统存在延时、无法进行外控操作的问题，本实施方式在外控状态下，通过外控开关手动切换遥测信息；在非外控情况下，通过卫星中继通信系统和高清链路通信系统的链路通信质量进行自动切换，完成对无人机进行控制。
[0033]
本实施方式的卫星中继通信系统包括机载卫星通信系统和车载卫星通信系统。
[0034]
机载卫星通信系统由机载动中通天线、机载调制解调器、功放和互连电缆组成，机载系统采集的图像、语音和数据信息经过编码、调制通过卫星链路发送给地面车载系统，同时接收来自于地面的遥控指令，并将指令发送给机上设备。
[0035]
车载卫星通信系统由车载静中通天线、车载调制解调器、功放和互连电缆组成。车载静中通天线包括车外的卫星天线和车内的天线控制器两部分，卫星天线安装在方舱顶，天线控制器安装在方舱内的机架上。天线采用双层铝合金完整反射面及顶轴式俯仰驱动方式，具有高增益、高强度、高可靠性及较高抗风能力等特点；天线控制器可以完成天线的自动展收、自动对星、微调以及卫星参数的编辑、存储、提取等功能。
[0036]
本实施方式的高清链路通信系统包括主信道、备份信道和信道切换模块，主信道和备份信道各包括测控信号传输链路和高速图像传输链路，信道切换模块，根据当前在用信道的通信质量或图像传输质量，在发现通信质量下降或图像传输质量下降时实施主备信道切换。
[0037]
本实施方式的主信道、备份信道都包含一对数传电台、机载高速图像发射机和地面高速图像接收机。数传电台负责传送测控信号、任务操控信号和差分信号，高速图像发射机和接收机负责传送无人机采集的3路图像信号。信道切换模块负责监视当前在用信道的通信质量或图像传输质量，在发现通信质量下降或图像传输质量下降时实施主备信道切换，以保证无人机测控指令和图像采集信号的正常传输。
[0038]
本实施方式的导航系统包括捷联惯导模块和地磁模块，捷联惯导模块获取无人机的方位角估计信息，地磁模块获取地磁磁场的估计信息；
[0039]
本实施方式中，捷联惯导模块获取无人机俯仰角估计和滚转角估计地磁模块
获取地磁磁场的总磁场矢量控制系统控制无人机进行角运动的过程为：
[0040]
根据获取无人机俯仰角估计滚转角估计地磁磁场的总磁场矢量根据总磁场矢量俯仰角估计和滚转角估计获得磁航向角估计根据无人机俯仰角估计和滚转角估计及磁航向角估计控制无人机的角运动；
[0041]
磁航向角估计
[0042][0043]
其中，其中，
[0044]
表示t
i
时刻测量的总磁场矢量，a
i
表示t
i
时刻从惯性坐标系向机体坐标系转换的方向余弦矩阵，表示惯性坐标系内地磁场矢量估计，表示机体坐标系内无人机磁场矢量估计，η
i
(t)表示磁力计测量误差矢量，矩阵a
γ
和a
θ
分别表示俯仰角估计和滚转角估计的矩阵。
[0045]
本实施方式利用无人机方位角和地磁信息进行导航可以显著地提高无人机导航精度。
[0046]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。