CN110040012B - 一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法，包括：空中作业无人机的电量检测模块检测作业无人机的剩余电量，当剩余电量低于设定阈值，由接收机控制模块控制接收机通信模块向多个供电无人机的发射机通信模块发送充电信号，多供电无人机的发射机控制模块根据接收到的充电信号启动发射机飞行控制模块，并根据发射机GPS动态定位模块将多供电无人机粗定位到受电(作业)无人机下方，多供电无人机再根据磁感应原理实现充受线圈的精确对准。以获得最大的负载获得功率为目标，基于精确对准的多发射单接收系统的等效电路图，由电路理论优化各发射线圈上的电流值，进而获得对应的各馈电电压源最优电压值。

Description

一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法
技术领域
本发明涉及无线电能传输系统的优化设计方法，尤其涉及一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法。
背景技术
一个世纪前，尼古拉·特斯拉(NicolaTesla)提出了基于磁耦合的无线电能传输技术。随着电力电子技术在高频供电领域的成熟，结合现今应用上巨大的需求，磁耦合的无线电能传输技术在近几十年取得了飞速的发展。特别是自2007年，MIT学者基于单发射单接收磁谐振式无线电能传输系统取得重大突破以来，磁谐振式无线电能传输获得广泛的研究。
从传输结构上来看，磁谐振式无线电能传输系统的早期结构由四个部分组成：源匹配环、发射谐振线圈、接收谐振线圈和负载匹配环。为了在更远的传输距离上，获得高负载获得功率和高传输效率的传输，多中继线圈无线电能传输系统被提出；在需要给多终端设备充电的场合，单发射多接收线圈无线电能传输系统成为不二之选；当单个发射端的功率不能满足接收端的功率需求上，多发射端系统会是良好的备选方案。
无人驾驶飞行器，即无人机，在拍摄、巡逻、救援、运送等方面得到了广泛的应用。但由于无人机携带电池容量的限制，无人机的运行时间较短。一般地，对耗尽电量的无人机返回地面后，一种直接换上新电池、另一种是进行静止的有线或无线充电。无论是换电池或是进行静止充电都要终止作业无人机当前执行的任务，这样需耗费大量的时间也耽搁无人机空中作业的正常进行。特别是作业无人机在空中稳定悬停执行不间断任务 (如拍摄露天大型演出、军事侦察等)的情况，这种耽搁是不允许的。
发明内容
本发明针对无人机需在空中稳定悬停执行不间断任务的应用背景下，设计了一种以无人机作为供电机对空中作业无人机进行在线充电方案。针对单个发射机的最大输出功率不能满足接收机的能量供给要求的情况，设计多个供电机进行充电的方案。本发明开发的多发射单接收无人机在线充放电方法可以有效地弥补现有电池容量的局限性，实现作业无人机不间断工作的需求；提出的优化多发射线圈上电流的方法有效提高受电无人机的功率获得量，缩短充电的时间。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法，包括两个以上的供电无人机和单个受电无人机；
所述受电无人机包含接收机控制模块、接收机GPS动态定位模块、接收机磁场感应定位模块、接收机飞行控制模块、接收机通信模块、电量检测模块和无线充电接收模块；
所述供电无人机包含发射机控制模块、发射机磁场感应定位模块、发射机GPS动态定位模块、发射机通信模块、发射机飞行控制模块、无线充电发射模块和充电电压调节模块；
所述接收机控制模块是受电无人机的控制中枢，分别与接收机GPS动态定位模块、接收机磁场感应定位模块、接收机飞行控制模块、接收机通信模块、电量检测模块和无线充电接收模块相连接；
所述发射机控制模块是供电无人机的控制中枢，分别与发射机磁场感应定位模块、发射机GPS动态定位模块、发射机通信模块、发射机飞行控制模块、无线充电发射模块和充电电压调节模块相连接；
所述电量检测模块用于检测受电无人机内携带电池的电量；
所述接收机飞行控制模块用于调整或维持受电无人机的飞行姿态；
所述接收机通信模块用于发射信号到发射机通信模块；
所述接收机GPS动态定位模块和发射机GPS动态定位模块在多GPS卫星组的信号调控下，实现供电无人机与受电无人机的粗略定位，这里的多GPS卫星组就是一定数量的卫星组成卫星网，相互之间传递信号，实现对目标物体的定位；
所述接收机磁场感应定位模块与发射机磁场感应定位模块之间通过磁耦合实现供电无人机与受电无人机的精确定位；
所述无线充电接收模块与无线充电发射模块之间通过强磁场耦合实现无线电能的传输；
所述充电电压调节模块用于调整无线充电发射模块的馈电电压来优化无线充电接收模块的最大负载获得功率；
所述供电无人机中无线充电发射模块包含发射线圈；
所述受电无人机中无线充电接收模块包含接收线圈；
具体在线充电方法包括如下步骤：
步骤1，受电无人机的电量检测模块不断检测受电无人机上携带电池的剩余电量，当剩余电量低于设定阈值(比如剩余电量低于10％)，由接收机控制模块控制接收机通信模块向供电无人机的发射机通信模块发送充电广播信号；
步骤2，供电无人机的发射机控制模块根据发射机通信模块接收到的充电广播信号启动发射机飞行控制模块，并在发射机GPS动态定位模块、接收机GPS动态定位模块、多GPS卫星组之间的协同通信控制下将供电无人机粗定位到受电无人机下方，供电无人机中的发射机磁场感应定位模块与受电无人机所含的接收机磁场感应定位模块间再根据磁感应测距原理(参考文献：[1]W.Han,K.T.Chau,C.Jiang,and W.Liu, "Accurate PositionDetection in Wireless Power Transfer Using Magnetoresistive Sensors forImplant Applications,"IEEE Transactions on Magnetics,2018,vol.54:1-5.
[2]Gao Y,Duan C,Oliveira A A,et al."3-D Coil Positioning Based onMagnetic Sensing for Wireless EV Charging,"IEEE Transactions onTransportation Electrification, 2017,3(3):578-588.)实现发射线圈与接收线圈的精确对准；
步骤3，通过两个以上的充电电压调节模块得到两个以上的供电无人机的优化馈电电压值，从而实现两个以上的供电无人机向单个受电无人机进行最大负载获得功率的充电。
步骤2中，通过发射机GPS动态定位模块、接收机GPS动态定位模以及多GPS 卫星组之间的协同通信控制，将供电无人机粗定位到受电无人机下方，具体是使用实时动态差分法(参考文献：[3]【公开号】105158783A,【公开日】2015-12-16,【名称】一种实时动态差分定位方法及其设备)，实现厘米级定位。
步骤2中，根据磁感应原理实现发射线圈与接收线圈的精确对准，是基于磁场耦合式辅助定位线圈(参考文献：[2]Gao Y,Duan C,Oliveira A A,et al."3-D CoilPositioning Based on Magnetic Sensing for Wireless EV Charging,"IEEETransactions on Transportation Electrification,2017,3(3):578-588.)或磁阻传感器(参考文献：[1]W.Han,K.T. Chau,C.Jiang,and W.Liu,"Accurate Position Detectionin Wireless Power Transfer Using Magnetoresistive Sensors for ImplantApplications,"IEEE Transactions on Magnetics,2018, vol.54:1-5.)实现精确对准，所述的辅助定位线圈位于无线充电接收模块含有的接收线圈下表面，所述磁阻传感器位于无线充电发射模块含有的发射线圈内部。
步骤3包括如下步骤：
步骤3-1，两个以上的发射线圈与单一接收线圈精确对准后形成一个系统，以该系统建立等效电路图，由电路理论得到负载获得功率PDL、多电源总馈电功率PTX的表达式(1)和(2)分别为：
Figure BDA0002035310730000041
Figure BDA0002035310730000042
其中，i＝1,...,n，n取值为自然数。ITi表示第i个发射线圈上的电流，QTiR为第i个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，QTiR＝ω0MTiR/r′RX，参数r′RX＝rRX+rL，ω0为系统的谐振频率；MTiR、rTXi、rRX、rL分别为第i个发射线圈与接收线圈间的互感量、第i 个发射线圈及其上谐振电容的总寄生电阻、接收线圈及其上谐振电容总寄生电阻、负载等效电阻；
步骤3-2，设置优化目标函数，如式(3a)和(3b)所示：
Figure BDA0002035310730000043
Figure BDA0002035310730000044
步骤3-3，对式(3a)和(3b)使用拉格朗日乘数法，通过优化发射线圈上电流ITi以获得最大PDL，引入变量λ，基于式(3a)和(3b)构建式(4)：
Figure BDA0002035310730000045
其中，L(ITi,λ)为含有自变量ITi和λ的应变量符号，式(4)最优解的必要条件为
Figure BDA0002035310730000046
和
Figure BDA0002035310730000047
其中，
Figure BDA0002035310730000048
为求偏导的数学符号，即
Figure BDA0002035310730000049
和
Figure BDA00020353107300000410
分别表示求L(ITi,λ)关于ITi的偏导数结果和关于λ的偏导数结果，由所述必要条件获得式(5a)和(5b)：
Figure BDA00020353107300000411
Figure BDA0002035310730000051
其中，ITj表示第j个发射线圈上的电流，QTjR表示第j个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，QTjR＝ω0MTjR/r′RX，MTjR为第j个发射线圈与接收线圈间的互感量；由式 (5a)得到对于任意两发射线圈上电流存在关系为：ITi/ITj＝(QTiR/rTXi)/(QTjR/rTXj)，i、j 取值为自然数，
Figure BDA0002035310730000052
将ITi/ITj关系代入式(5b)获得各发射线圈上最优电流ITi,OPT使得PDL最大，得到PDL最大值PDLMAX：
Figure BDA0002035310730000053
Figure BDA0002035310730000054
其中，QTsR表示第s个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，QTsR＝ω0MTsR/r′RX，MTsR为第s个发射线圈与接收线圈间的互感量，参数
Figure BDA0002035310730000055
步骤3-4，充电电压调节模块根据式(7)将式(6a)的最优电流转换为无线充电发射模块含有的第i个实际电压源的优化馈电电压值VTi,OPT：
Figure BDA0002035310730000056
其中，ITj,OPT表示第j个发射线圈上的最优电流，QTkR表示第k个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，QTkR＝ω0MTkR/r′RX；MTkR为第k个发射线圈与接收线圈间的互感量，MTiTj为第i个发射线圈与第j个发射线圈间的互感量。
根据受电无人机机载电池的功率P0及式(6b)来确定需要启动的供电无人机的个数 n，以PDLMAX不大于且最接近P0时所取n值为所确定启动供电无人机的个数。
本发明的有益效果：
本发明以实现对空中作业无人机不停机在线充电为目标，提出一套步骤详细、理论充分的多发射单接收无线电能传输系统以获得最大受电无人机负载获得功率的方法。当受电(作业)无人机电量不足时，本发明利用电量检测模块、飞行控制模块、GPS动态定位模块、磁场感应定位模块实现多供电无人机精确快速定位到受电无人机下方；定位好后，供电无人机的充电电压调节模块根据本发明优化的各馈电电压值调整电压源馈电电压使得受电无人机获得最大的负载获得功率。本发明能够实现对作业无人机的在线充电，大大提高作业无人机的利用率；多发射单接收系统的馈电电压优化方法大大提高受电无人机的负载获得功率，有效的缩短了充电的时间。特别适合作业无人机在空中稳定悬停执行不间断任务的场景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明多发射单接收无线充电无人机在线充电原理图。
图2为本发明多发射单接收无线充电无人机在线充电的工作流程图。
图3为本发明多发射单接收无线充电无人机在线充电系统的结构分布图。
图4为本发明多发射单接收无线充电无人机在线充电系统结构分布的等效电路图。
图5为本发明实施例获得最大负载获得功率的各发射线圈上优化电流与等发射电流随传输距离的变化关系。
图6a为本发明实施例获得最大负载获得功率时，实际优化的馈电电压实部随传输距离的变化关系。
图6b为本发明实施例获得最大负载获得功率时，实际优化的馈电电压虚部随传输距离的变化关系。
图7为本发明实施例中最优负载获得功率的大小与充电线圈(无人机)个数的关系。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，为本发明多发射单接收无线充电无人机在线充电原理图，所述的多发射单接收无线充电的无人机在线充电系统包括多个供电无人机、单个受电无人机；
所述受电无人机包含接收机控制模块、接收机GPS动态定位模块、接收机磁场感应定位模块、接收机飞行控制模块、接收机通信模块、电量检测模块和无线充电接收模块；
所述供电无人机包含发射机控制模块、发射机磁场感应定位模块、发射机GPS动态定位模块、发射机通信模块、发射机飞行控制模块、无线充电发射模块和充电电压调节模块；
如图1所示，所述的受电(空中作业)无人机包含的接收机GPS动态定位模块、接收机磁场感应定位模块、接收机飞行控制模块、接收机通信模块、电量检测模块、无线充电接收模块均与接收机控制模块相连接；所述的多供电无人机包含的发射机磁场感应定位模块、发射机GPS动态定位模块、发射机通信模块、发射机飞行控制模块、无线充电发射模块、充电电压调节模块均与发射机控制模块相连接。
图2为本发明多发射单接收无线充电无人机在线充电的工作流程图,所述的受电(空中作业)无人机的电量检测模块检测作业无人机的剩余电量，当剩余电量低于设定阈值，由接收机控制模块控制接收机通信模块向多个供电无人机的发射机通信模块发送充电信号，多供电无人机的发射机控制模块根据接收到的充电信号启动发射机飞行控制模块，并根据发射机GPS动态定位模块、接收机GPS动态定位模块以及多GPS卫星组间协同通信作用将多供电无人机粗定位到受电(空中作业)无人机下方，多供电无人机再根据磁感应原理实现充受线圈的精确对准。根据本发明对各发射线圈电流优化方法以及对应到各馈电电压优化值，利用供电无人机中充电电压调节模块调整得优化电压，以进一步获得最大的负载获得功率。所述的GPS动态定位使用实时动态差分法，实现厘米级定位；所述的磁场感应定位基于辅助定位线圈磁场耦合式或磁阻传感器实现高精度定位。
图3为本发明多发射单接收无线充电无人机在线充电系统的结构分布图，根据无人机的结构特点，多个供电无人机与单个受电无人机在空中以竖直方式排列以获得电能有效的传输，图中RX和TXi分别表示接收线圈和第i个发射线圈，这里i＝1,...,n，n取值为自然数，DT表示RX与TX1的传输距离，Dg12，…，Dgn-1,n表示TX1与TX2，…，TXn-1与TXn之间的间隔距离。
图4为本发明多发射单接收无线充电无人机在线充电系统结构分布的等效电路图。 IR和ITi分别表示接收线圈和第i个发射线圈上流过的电流，LRX、CRX、rRX、rL分别表示接收线圈的等效电感、串接谐振电容、接收线圈和串联谐振电容总的寄生电阻以及加载的负载电阻，LTXi、CTXi、rTXi、VTi分别表示第i个发射线圈的等效电感、串接谐振电容、发射线圈和串联谐振电容总寄生电阻以及加载的电压源电压，MTiR表示第i个发射线圈与接收线圈间的互感，MTiTj表示第i个发射线圈与第j个发射线圈间的互感，这里 j＝1,…,n且i≠j。RX中的LRX、CRX、rRX以及rL串联成闭合回路，任一个发射线圈，如第i个TXi中LTXi、CTXi、rTXi以及VTi串联成闭合回路。RX与任一个发射线圈，如第i个 TXi通过磁耦合传输能量，它们之间通过互感MTiR链接起来。任意两个发射线圈，如第 i个TXi与第j个TXj通过互感MTiTj链接起来。结合等效电路图与电路理论，推导以获得最大负载获得功率时，各发射线圈上的优化电流值及馈源优化电压值表达式，该方法具体步骤如下：
步骤s1，以精确对准的多发射线圈与单一接收线圈的模型建立等效电路图，由电路理论得到负载获得功率PDL、总的电源馈电功率PTX与各线圈上电流ITi的表达式(1) 和(2)分别为：
Figure BDA0002035310730000081
Figure BDA0002035310730000082
其中ITi表示第i个发射线圈上的电流，QTiR＝ω0MTiR/r′RX为第i个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，r′RX＝rRX+rL，ω0为系统的谐振频率；MTiR、rTXi、rRX、rL分别为第i个发射线圈与接收线圈间的互感量、第i个发射线圈及其上谐振电容的总寄生电阻、接收线圈及其上谐振电容总寄生电阻、负载等效电阻，由(2)得到个线圈电流未经优化，即相同电流IT,I的表达式
Figure BDA0002035310730000083
步骤s2，设置优化目标函数如式(3)
Figure BDA0002035310730000084
Figure BDA0002035310730000085
步骤s3，对式(3)使用拉格朗日乘数法，通过优化各发射线圈上电流ITi以获得最大PDL。引入变量λ，基于式(3)构建式(4)
Figure BDA0002035310730000091
其中，L(ITi,λ)为含有自变量ITi和λ的应变量符号。式(4)最优解的必要条件为
Figure BDA0002035310730000092
和
Figure BDA0002035310730000093
其中，
Figure BDA0002035310730000094
为求偏导的数学符号，即
Figure BDA0002035310730000095
和
Figure BDA0002035310730000096
分别表示求L(ITi,λ)关于ITi和λ的偏导数结果。由所述必要条件获得式(5)：
Figure BDA0002035310730000097
Figure BDA0002035310730000098
其中，ITj和QTjR＝ω0MTjR/r′RX表示第j个发射线圈上的电流和第j个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，MTjR为第j个发射线圈与接收线圈间的互感量。由式(5a)得到对于任意两发射线圈上电流存在关系为：ITi/ITj＝(QTiR/rTXi)/(QTjR/rTXj),
Figure BDA00020353107300000912
将ITi/ITj关系代入式(5b)获得各发射线圈上最优电流ITi,OPT使得PDL最大，得到PDL最大值 PDLMAX：
Figure BDA0002035310730000099
Figure BDA00020353107300000910
其中，QTsR＝ω0MTsR/r′RX表示第s个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，MTsR为第s个发射线圈与接收线圈间的互感量，
Figure BDA00020353107300000911
本实施例中，由五个发射线圈单接收线圈组成的无线电能传输系统，发射线圈尺寸相同，半径均为0.31m，绕线圈数为25圈；接收线圈半径为0.2m，绕线圈数也为25 圈；绕线为由80股，每股直径0.1mm的多股利兹构成；通过HIOKI IM3536-LCR METER 测得LTXi＝40.55μH、LRX＝22.72μH、rTXi＝1.96Ω、rRX＝1.26Ω；分别给发射线圈和接收线圈串接上CTXi＝2.38nF、CRX＝4.25nF的电容使得系统谐振于频率521kHz(角频率为3.22×106rad/s)，负载电阻rL＝100Ω，PTX最大值25W，即，每个馈电源的最大输出功率未5W.由步骤s1中IT,I的表达式获得未优化负载获得功率的各发射线圈电流值相对于输能传输距离的值，由步骤s3中ITi,OPT的表达式获得最大负载获得功率的各发射线圈优化电流值相对于输能传输距离的值。见图5。
步骤s4，充电电压调节模块根据式(7)将式(6a)的最优电流转换为无线充电发射模块含有的第i个实际电压源的优化馈电电压值VTi,OPT：
Figure BDA0002035310730000101
其中，ITj,OPT和QTkR＝ω0MTkR/r′RX表示第j个发射线圈上的最优电流和第k个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，MTkR为第k个发射线圈与接收线圈间的互感量。MTiTj为第i个与第j个发射线圈间的互感量，式(7)最优电压值由充电电压调节模块实现。将实施列中的优化电流值带入(7)式，得到实际电压源的馈电电压随输能距离的变化情况，见图6a和图6b。
根据受电(作业)无人机机载电池的功率P0及步骤s3中式(6b)来确定需要启动供电无人机的个数n，以PDLMAX不大于且最接近P0时所取n值为所确定启动供电无人机的个数。将实施列中各距离设定为DT＝Dgi,i+1＝0.2m，由(6b)式计算得到最大负载获得功率与发射线圈个数关系见图7，图7中的实线Cal.PDLOPT是理论计算结果(即理论计算得到的优化的负载获得功率)，图7中的虚线FEKO PDLOPT是用仿真软件FEKO 得到的结果(即仿真得到的优化的负载获得功率)，与计算结果吻合良好，根据电池功率P0大小由图7可以判断需启动供电无人机的个数。
本发明所述的多发射单接收无线充电的无人机在线方法为：空中作业无人机的电量检测模块检测作业无人机的剩余电量，当剩余电量低于设定阈值，由接收机控制模块控制接收机通信模块向多个供电无人机的发射机通信模块发送充电的广播信号，多供电无人机的发射机控制模块通过接收到的充电信号启动发射机飞行控制模块，并根据发射机 GPS动态定位模块、接收机GPS动态定位模块以及多GPS卫星组间协同通信作用将多供电无人机粗定位到受电(作业)无人机下方，多供电无人机再根据磁感应原理实现充受线圈的精确对准。以获得最大的负载获得功率为目标，基于精确对准的多发射单接收系统的等效电路图，由电路理论优化各发射线圈上的电流值，进而获得对应的各馈电电压源最优电压值。最终最优电压由充电电压调节模块实现。本发明以实现对空中作业无人机不停机在线充电为目标，提出一套步骤详细、理论充分的多发射单接收无线电能传输系统以获得最大受电无人机传输功率的方法。本发明能够实现对作业无人机的在线充电，大大提高作业无人机的利用率；多发射单接收系统的馈电电压优化方法大大提高受电无人机的获得功率，有效的缩短了充电的时间。特别适合作业无人机在空中稳定悬停执行不间断任务的场景。
本发明提供了一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (2)

1.一种基于多发射单接收无线充电的无人机在线充电方法，其特征在于，包括两个以上的供电无人机和单个受电无人机；
所述受电无人机包含接收机控制模块、接收机GPS动态定位模块、接收机磁场感应定位模块、接收机飞行控制模块、接收机通信模块、电量检测模块和无线充电接收模块；
所述供电无人机包含发射机控制模块、发射机磁场感应定位模块、发射机GPS动态定位模块、发射机通信模块、发射机飞行控制模块、无线充电发射模块和充电电压调节模块；
所述接收机控制模块是受电无人机的控制中枢，分别与接收机GPS动态定位模块、接收机磁场感应定位模块、接收机飞行控制模块、接收机通信模块、电量检测模块和无线充电接收模块相连接；
所述发射机控制模块是供电无人机的控制中枢，分别与发射机磁场感应定位模块、发射机GPS动态定位模块、发射机通信模块、发射机飞行控制模块、无线充电发射模块和充电电压调节模块相连接；
所述电量检测模块用于检测受电无人机内携带电池的电量；
所述接收机飞行控制模块用于调整或维持受电无人机的飞行姿态；
所述接收机通信模块用于发射信号到发射机通信模块；
所述接收机GPS动态定位模块和发射机GPS动态定位模块在多GPS卫星组的信号调控下，实现供电无人机与受电无人机的粗略定位；
所述接收机磁场感应定位模块与发射机磁场感应定位模块之间通过磁耦合实现供电无人机与受电无人机的精确定位；
所述无线充电接收模块与无线充电发射模块之间通过强磁场耦合实现无线电能的传输；
所述充电电压调节模块用于调整无线充电发射模块的馈电电压来优化无线充电接收模块的最大负载获得功率；
所述供电无人机中无线充电发射模块包含发射线圈；
所述受电无人机中无线充电接收模块包含接收线圈；
具体在线充电方法包括如下步骤：
步骤1，受电无人机的电量检测模块不断检测受电无人机上携带电池的剩余电量，当剩余电量低于设定阈值，由接收机控制模块控制接收机通信模块向供电无人机的发射机通信模块发送充电广播信号；
步骤2，供电无人机的发射机控制模块根据发射机通信模块接收到的充电广播信号启动发射机飞行控制模块，并在发射机GPS动态定位模块、接收机GPS动态定位模块、多GPS卫星组之间的协同通信控制下将供电无人机粗定位到受电无人机下方，供电无人机中的发射机磁场感应定位模块与受电无人机所含的接收机磁场感应定位模块间再根据磁感应测距原理实现发射线圈与接收线圈的精确对准；
步骤3，通过两个以上的充电电压调节模块得到两个以上的供电无人机的优化馈电电压值，从而实现两个以上的供电无人机向单个受电无人机进行最大负载获得功率的充电；
步骤2中，通过发射机GPS动态定位模块、接收机GPS动态定位模块以及多GPS卫星组之间的协同通信控制，将供电无人机粗定位到受电无人机下方，具体是使用实时动态差分法，实现厘米级定位；
步骤2中，根据磁感应原理实现发射线圈与接收线圈的精确对准，是基于磁场耦合式辅助定位线圈或磁阻传感器实现精确对准，所述的辅助定位线圈位于无线充电接收模块含有的接收线圈下表面，所述磁阻传感器位于无线充电发射模块含有的发射线圈内部；
步骤3包括如下步骤：
步骤3-1，两个以上的发射线圈与单一接收线圈精确对准后形成一个系统，以该系统建立等效电路图，得到负载获得功率PDL、多电源总馈电功率PTX的表达式(1)和(2)分别为：
Figure FDA0002472978720000021
Figure FDA0002472978720000022
其中，i＝1,...,n，n取值为自然数，ITi表示第i个发射线圈上的电流，QTiR为第i个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，QTiR＝ω0MTiR/r′RX，参数r′RX＝rRX+rL，ω0为系统的谐振频率；MTiR、rTXi、rRX、rL分别为第i个发射线圈与接收线圈间的互感量、第i个发射线圈及其上谐振电容的总寄生电阻、接收线圈及其上谐振电容总寄生电阻、负载等效电阻；
步骤3-2，设置优化目标函数，如式(3a)和(3b)所示：
Figure FDA0002472978720000031
Figure FDA0002472978720000032
步骤3-3，对式(3a)和(3b)使用拉格朗日乘数法，通过优化发射线圈上电流ITi以获得最大PDL，引入变量λ，基于式(3a)和(3b)构建式(4)：
Figure FDA0002472978720000033
其中，L(ITi,λ)为含有自变量ITi和λ的应变量符号，式(4)最优解的必要条件为
Figure FDA0002472978720000034
和
Figure FDA0002472978720000035
其中，
Figure FDA0002472978720000036
为求偏导的数学符号，即
Figure FDA0002472978720000037
L(ITi,λ)和
Figure FDA0002472978720000038
分别表示求L(ITi,λ)关于ITi的偏导数结果和关于λ的偏导数结果，由所述必要条件获得式(5a)和(5b)：
Figure FDA0002472978720000039
Figure FDA00024729787200000310
其中，ITj表示第j个发射线圈上的电流，QTjR表示第j个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，QTjR＝ω0MTjR/r′RX，MTjR为第j个发射线圈与接收线圈间的互感量；由式(5a)得到对于任意两发射线圈上电流存在关系为：
Figure FDA00024729787200000311
将ITi/ITj关系代入式(5b)获得各发射线圈上最优电流ITi,OPT使得PDL最大，得到PDL最大值PDLMAX：
Figure FDA0002472978720000041
Figure FDA0002472978720000042
其中，QTsR表示第s个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，QTsR＝ω0MTsR/r′RX，MTsR为第s个发射线圈与接收线圈间的互感量，参数
Figure FDA0002472978720000043
步骤3-4，充电电压调节模块根据式(7)将式(6a)的最优电流转换为无线充电发射模块含有的第i个实际电压源的优化馈电电压值VTi,OPT：
Figure FDA0002472978720000044
其中，ITj,OPT表示第j个发射线圈上的最优电流，QTkR表示第k个发射线圈与接收线圈间的传输品质因素，QTkR＝ω0MTkR/r′RX；MTkR为第k个发射线圈与接收线圈间的互感量，MTiTj为第i个发射线圈与第j个发射线圈间的互感量。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，根据受电无人机机载电池的功率P0及式(6b)来确定需要启动的供电无人机的个数n，以PDLMAX不大于且最接近P0时所取n值为所确定启动供电无人机的个数。
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