CN117944914B - 遂行无人机空中充电设备及其充电方法 - Google Patents

Abstract

一种遂行无人机空中充电设备及其充电方法，包括前置定位系统、RTK定位跟踪系统、无线充电系统和定位增强校勘系统，前置定位系统包括遥控器和无线通信模块，可实现对无人机的预先布控定位；RTK定位跟踪系统包括空中已有的定位卫星、定位移动及固定基站，可对载有移动基站的无人机实施实时定位跟踪，并使无线充电系统与遂行中的无人机精确对准；无线充电系统包括机台、电磁流束发射器、转动执行机构、有线及无线通信模块和电磁流束接收转换器等，可通过电磁流束为无人机充电；定位增强校勘系统包括可变基站和自适应对焦摄像装置，可实现视觉定位与RTK定位的融合。本发明弥补了现有技术的不足，能更高效地完成遂行中无人机的空中充电。

Description

遂行无人机空中充电设备及其充电方法

技术领域

本发明涉及一种无人机充电设备及其充电方法，尤其涉及一种遂行无人机空中充电设备及其充电方法，属于无人机充电系统的生产制造及其充电方法技术领域。

背景技术

无人机，英文名为Unmanned Aerial Vehicle，简称UAV，是指不载有操控人员即可自主飞行或通过遥控实现飞行的飞行器，因此，也可以称之为空中机器人，包括但不限于多旋翼无人机、单旋翼无人机、固定翼无人机、倾转旋翼无人机等；无人机作为空中飞行器或空中机器人，众所周知已广泛用于物流、消防、检测、勘探、摄影等诸多领域。

无人机大多以可充电电池作为其动力源。

以充电电池作为动力源的无人机由于其体积和重量等原因，所能携带的电池其续航能力有限，现有技术中，一般的民用无人机基本上很难在空中持续遂行超过一个小时，因此，无人机在连续工作过程中，都需要进行电池电力的续航补充，无人机电池电力的续航补充有多种形式和方法，其中，遂行中的无人机其空中远距离无线充电是一项新型和极具发展前途的空中无人机电池续航能量补充方法，如发明专利（授权公告号：CN 114954048 B），就公开了一种包括设置在地面的磁旋流发射装置、设置在无人机上并与磁旋流发射装置无线连接的网状磁旋流接收装置所构成的“一种供无人机群高空高速飞行中无线充电装备与方法”的技术方案，其中，磁旋流发射装置连接有自动管理后台且与无人机无线连接，用于接收无人机的飞行参数，自动管理后台用于控制磁旋流发射装置发射高频旋转电磁流束，网状磁旋流接收装置用于接收高频旋转电磁流束并将高频旋转电磁流束转换为电能从而为无人机充电，此技术方案不仅能够提高无人机的续航能力，且因无人机在其充电过程中无需停机，因而可以提高无人机的工作效率。

显然，在对空中无人机实施远程无线充电的过程中，对空中无人机进行实时定位及跟踪具有重要意义且为首要的工作，因为对空中无人机进行实时定位及精准跟踪是决定空中无人机能否实现充电及保证充电效率的关键。

传统的无人机追踪及定位通常是利用雷达进行探测计算而确定空中无人机的当前位置，然后再计算出对准角让高频旋转电磁流束与无人机对准实施无线充电；但高精度雷达价格高，通常不适用于常用无人机的应用，且系统复杂，不便操作和携带，无法快速移动部署。

利用视觉对空中无人机进行追踪及定位并进行高频旋转电磁流束与无人机的对准作业也是一种可行的无人机空中充电方法；当然，激光也是一种可以对无人机实施跟踪定位及空中充电的方法。

但是，实践证明，仅靠这些方法，其适应能力还显不足，因为山脉、树林及建筑物、以及气候条件等等都会对视觉观察、激光追踪和电磁波的传送造成障碍；且通常视距有限，还会因受到光环境的影响而产生幻影，从而影响追踪及定位。

此外，上述方法和技术通常都须先确定空中无人的位置再测算出地面能量发出装置与空中无人机的对准角度，然后再将对准角度参数传送给执行机构让地面能量发出装置与无人机进行对准，发送能量载体实现对无人机的无线充电，故而存在一定时间延迟，地面充电系统容易出现响应不及时的问题，从而影响无线充电的效率，甚至导致无线充电失败。

为此，上述发明专利“一种供无人机群高空高速飞行中无线充电装备与方法”（授权公告号：CN 114954048 B）采用了在其磁旋流控制器中设置发射功率控制模块、发射角度控制模块以及矢量角度跟踪模块这样的技术方案，即通过发射角度控制模块以及矢量角度跟踪模块实现磁旋流发射器对空中无人机的实时跟踪，从而实现发射功率控制模块对空中无人机的实时无线充电。

然而，实验证明，磁旋流控制器依靠发射角度控制模块以及矢量角度跟踪模块对高速飞行中的无人机进行跟踪定位的技术方案仍存在着对准精度低、环境适应力不足、定位距离近、响应速度慢、系统造价成本高、移动部署不便和操作复杂等诸多技术挑战。

RTK定位技术即实时动态载波相位差分定位技术，英文名称为：Real - timekinematic，简称：RTK，是一种通过实时处理两个测量站载波相位观测量差分进行定位的方法，即将基准站采集的载波相位发给用户接收机，进行求差解算坐标，是一种新的常用的卫星定位测量方法，其特点在于，与现有的以静态、快速静态、动态测量定位技术都需要事后进行解算才能获得厘米级定位精度不同的是，RTK定位技术能够在野外实时得到厘米级的定位测量精度，因为其采用的是载波相位动态实时差分的方法，是GPS应用的重大里程碑，它的出现为工程放样、地形测图，各种控制测量带来了新的测量原理和方法，能够极大提高定位作业精度和效率。

这一技术已有相应的实际应用，例如，已撤回的发明专利申请“一种基于RTK技术卫星定位双冗余基准站”（申请号：201711039261 .4），就公开了基于RTK技术即包括XIP芯片、PICE芯片、VPX板卡和电源模块的技术方案，其中，XIP芯片通过两路串口分别与VPX板卡连接，串口I用于实现对VPX板卡的识别和初始化配置，串口II用于向VPX板卡发送或接收差分数据；XIP芯片通过MII或RMII接口与PICE芯片连接；PICE芯片通过有线网卡芯片与以太网连接；VPX板卡通过第二电平转换芯片与用户设备连接；此技术方案能够实现基准站和移动站的双重功能，同时功耗小，可靠性高。

而实用新型专利“一种基于RTK技术的定位机器人”（申请号：202122770254 .X）则公开了一种包括机器人本体和数据基站的技术方案，其中，机器人本体下部设有移动履带，内部设有RTK组件、电池和微处理器，上方安装有射频天线，表面设有激光测距仪，激光测距仪向机器人本体的四周进行打点测距，微处理器根据RTK组件提供的机器人本体与数据基站的相对坐标换算出激光测距仪测距点相对数据基站的测距坐标，通过射频天线将测距坐标发送至基站，数据基站通过3D引擎根据接收到测距坐标建立机器人本体周边环境的三维模型，其结构简单，观测数据准确，不易受观测距离的影响。

可以看出，上述应用主要集中在作为RTK定位观察的基准站和移动站本身的改进与应用上，而并非直接用于遂行中的空中无人机其实时跟踪及定位。

而发明专利申请“基于RTK技术的无人机高精度定位系统”（申请号：202110734954.5），虽然通过包括定位服务平台，以CORS网络体系结构为基础，建立差分信息解算模型，解算出高精度的差分数据，通过无线通信数据链路将差分数发送给作业无人机，实时处理两个测量站载波相位，将载波相位发给作业无人机，进行求差解算坐标，进而实现作业无人机精确定位这样的技术方案进行空中无人机的定位，但其目的在于，通过无人机控制终端这个平台，实时获取作业无人机所经空域气象环境的图像信息及空气气体参数，并进行数据分析处理，且基于多条巡检路径的微气象预测信息，规划作业无人机巡检方案；可见其定位的目的在于规划无人机的巡检路径，因此，其追踪和定位并不要求十分快速实时和精确，故虽然通过RTK技术能够实现对无人机的较为快速的实时精确定位，但没有相应的核对矫正装置和方法，从而无法保证复杂环境下地面磁旋流控制器与无人机能够实时对准，完成空中无人机的充电。

从上述描述中可以看出，对于空中遂行中的无人机进行远程无线充电，现有技术中的定位方法和装置还存在着一定的不足，还无法满足对无人机进行实时精准定位及对准的要求，必须设计出新的具有创造性的定位系统及其相应的定位、对准及跟踪方法，从而满足遂行中的无人机空中充电的需要。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明特提供一种遂行无人机空中充电设备及其充电方法，以便通过对遂行中的无人机进行实时跟踪并对其进行精确定位及对准的同时，完成对其的无线充电，以此延长空中无人机的续航能力，发挥无人机更大的效用。

为此目的，本发明首先提供一种遂行无人机空中充电设备，具体包括如下的技术方案：

一种遂行无人机空中充电设备，用于遂行中无人机的空中无线充电，包括：

包括前置定位系统、RTK定位跟踪系统、无线充电系统和定位增强校勘系统；

所述前置定位系统包括遥控器和设置在所述无线充电系统上的无线通信模块，所述遥控器用于向所述无人机和/或所述无线充电系统发送所述无人机的遂行控制指令，在控制所述无人机遂行的同时让所述无线充电系统开机并让其预知所述无人机的遂行路径并在所述遂行路径上对所述无人机进行跟踪定位；

所述RTK定位跟踪系统包括至少4颗空中已有的定位卫星、一个安装在所述无人机上的移动基站和至少一个设置在所述无人机其遂行空域对应地面或地面设施上的固定基站，所述移动基站用于所述无人机其空中位置的即时定位和跟踪，所述定位卫星、所述移动基站以及所述固定基站相互间保持无线通信联系，且所述固定基站还通过有线或无线方式与所述无线充电系统进行通信，所述移动基站还以无线通信方式将所述无人机的实时跟踪定位信息传递给所述无线充电系统使其与遂行中的所述无人机对准；

所述无线充电系统包括机台、电磁流束发射器、转动执行机构、有线及无线通信模块、电磁流束接收转换器和电磁罗盘，所述机台设置在所述无人机其遂行空域对应的地面或地面设施上，所述电磁流束发射器和所述有线及无线通信模块以及所述电磁罗盘分别安装在所述机台上，且所述电磁流束发射器可在所述机台上通过所述转动执行机构的操控进行转动与所述无人机对准并向所述无人机发送电磁流束，所述电磁流束接收转换器安装在遂行中的所述无人机上用于接收所述电磁流束发射器发送的电磁流束并将其转化为电流为遂行中的所述无人机充电；

所述定位增强校勘系统包括至少一个可作为另一移动基站或新增固定基站使用的可变基站和至少一个自适应对焦摄像装置，所述可变基站安装在所述机台上且与所述定位卫星、所述移动基站和所述固定基站保持通信联系，所述可变基站作为另一移动基站使用时，用于所述电磁流束发射器其物理中心初始位置的确定和更新，所述可变基站作为新增固定基站使用时，用于加入至原有的所述RTK定位跟踪系统中构成增强的RTK定位跟踪系统以提高对所述无人机实时跟踪定位的精度，所述自适应对焦摄像装置的摄像头安装在所述电磁流束发射器上且随所述电磁流束发射器一同转动用以跟随识别遂行中的所述无人机并对所述无人机进行空间角度的解算，所述自适应对焦摄像装置其摄像头能在不同对焦条件下自动搜索并实时跟踪目标，且当所述目标锁定后，能自动进行对焦调整。

进一步的：

所述电磁流束发射器能够进行纵向和水平两个维度的转动，且其顶部设有用于发送电磁流束的发射平面，所述自适应对焦摄像装置的摄像头设置在所述发射平面的中央或边缘。

进一步的：

所述电磁流束发射器为球形构件，所述发射平面位于所述球形构件的上部且由所述球形构件其顶部削平而成，所述电磁流束发射器其物理中心为所述球形构件的球心。

进一步的：

所述转动执行机构包括支座、垂直转轴、水平转动电机、水平转轴、纵向转动电机和控制器；

所述电磁流束发射器安装在所述支座上，所述支座为U形或圆桶形构件，所述支座其底部通过所述垂直转轴安装在所述机台上且通过所述水平转动电机的带动能在所述机台上进行水平转动，水平转动的所述支座带动所述电磁流束发射器实现其水平维度的转动；

两根所述水平转轴分别设置在所述支座的顶部两侧，所述电磁流束发射器通过所述支座其顶部两侧的两根所述水平转轴悬置在所述支座上，且一根所述水平转轴的一端还与所述纵向转动电机连接，与所述纵向转动电机连接的一根所述水平转轴在所述纵向转动电机的驱动下能够带动所述电磁流束发射器实现其纵向维度的转动；

所述控制器设置在所述机台上，所述控制器接收并处理所述无线充电系统其无线通信模块获得的来自所述前置定位系统其遥控器所发出的控制信号，用于控制所述无线充电系统其转动执行机构对所述无人机实施预先跟踪响应，所述控制器还用于接收和处理所述移动基站传递的所述无人机的实时位置信息以及所述可变基站传递的所述电磁流束发射器的位置信息，以此得到对所述无人机的实时跟踪定位、对准信息，再通过所述水平转动电机和所述纵向转动电机控制所述电磁流束发射器转动与所述无人机上的电磁流束接收转换器进行对准，并控制所述电磁流束发射器向所述电磁流束接收转换器发射电磁流束，为遂行中的所述无人机充电。

进一步的：

所述的遂行无人机空中充电设备，还包括上位运算控制器；

所述上位运算控制器包括大容量高速计算机，所述上位运算控制器以有线方式与所述无线充电系统进行通信联系，通过接收所述无线充电系统转发的所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统对所述无人机的实时跟踪定位相关信息，显示参与定位的定位卫星数量并进行相应的定位精度评估与数据监测，还对所述自适应摄像装置其摄像头所采集的图像进行处理，完成其图形运算以及通过图形方法进行的角度解算，再将相关运算和解算结果以有线传送方式传递至所述无线充电系统；且所述上位运算控制器还用于对整个遂行无人机空中充电设备进行初始设置及用户交互，进行总体决策并参与对所述无人机的定位跟踪。

进一步的：

所述机台具有自主和/或被动移动装置；所述固定基站亦具有自主和/或被动移动装置。

可选的，所述自主移动装置为电动平板车，所述被动移动装置为具有固定机构的万向轮。

进一步的，在上述任意一项所述的遂行无人机空中充电设备的基础上，本发明还提供一种基于上述遂行无人机空中充电设备的遂行无人机空中充电方法，包括：

电磁流束发射器其物理中心初始位置的确定、空间xyz坐标系的建立、无线充电系统的前置布控、遂行无人机的跟踪定位及数据校勘、电磁流束发射器与电磁流束接收转换器的对准充电步骤，即：

通过所述RTK定位跟踪系统中的定位卫星和固定基站以及所述定位增强校勘系统中的可变基站或仅通过所述RTK定位跟踪系统确定所述无线充电系统其电磁流束发射器的物理中心初始位置，且当所述电磁流束发射器的物理中心初始位置确定后，所述可变基站或关闭、或定时/不定时开机以更新所述电磁流束发射器其物理中心的初始位置、亦或作为所述RTK定位跟踪系统新增的固定基站并入所述RTK定位跟踪系统中以构成增强的所述RTK定位跟踪系统；

在所述电磁流束发射器其物理中心初始位置确定的基础上，建立以所述电磁流束发射器其物理中心初始位置为原点的空间xyz坐标系；

通过所述前置定位系统中的遥控器向所述无人机和/或所述无线充电系统发送所述无人机的遂行控制指令，在控制所述无人机遂行的同时让所述无线充电系统打开并在所述无人机的遂行路径上进行布控跟踪，实现对遂行中的所述无人机其空中位置的前置定位及跟踪；

通过所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统和定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置对遂行中的所述无人机在所述空间xyz坐标系中的位置进行定位，计算得到所述无人机在所述空间xyz坐标系中的即时仰角β和偏转角α，进而确定遂行中的所述无人机在空间xyz坐标系中的即时唯一对准角度，其中，所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统所采集的无人机实时跟踪定位信息与所述定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置所采集的无人机实时跟踪定位信息在不同应用场景下互为对比校勘数据；

所述无线充电发射系统根据所述遥控器发出的无人机遂行控制指令预判所述无人机的遂行轨迹及运动变化趋势，并使其转动执行机构作出预先响应，再结合下一时刻收到的所述无人机的位置更新信息让所述控制执行机构作出跟踪响应，即所述无线充电系统中的转动执行机构根据所述无人机在空间xyz坐标系中的即时唯一对准角度，操控所述电磁流束发射器对该唯一对准角度位置上的所述无人机其搭载的所述电磁流束接收转换器进行对准及跟踪；

当所述电磁流束发射器与所述无人机其电磁流束接收转换器实现对准及跟踪后，所述电磁流束发射器向所述电磁流束接收转换器发送电磁流束，所述电磁流束接收转换器将接收的所述电磁流束转化为电流为遂行中的所述无人机充电；

当充电完成，所述无人机通过其无线通信模块通知所述无线充电系统让其电磁流束发射器停止所述电磁流束的发射。

进一步的，上述方法中：

所述电磁流束发射器其物理中心初始位置确定的具体方法和步骤为：

通过所述RTK定位跟踪系统中的定位卫星和固定基站并将所述定位增强校勘系统中的所述可变基站作为另一移动基站进行定位，从而确定所述无线充电系统其电磁流束发射器物理中心的初始位置；或通过所述RTK定位跟踪系统中的定位卫星和固定基站并将所述RTK定位跟踪系统中的移动基站放置在所述无线充电系统的机台上以确定所述无线充电系统其电磁流束发射器物理中心的初始位置；

所述空间xyz坐标系的建立其具体方法和步骤为：

将所述电磁流束发射器其物理中心初始位置定义为空间xyz坐标系的原点O，即获取初始位置其经纬度及高度，并记取原点O的坐标为（0,0,0）；

将从原点向其纬线切线方向放射的直线定义为x轴，将从原点向其经线切线方向放射的直线定义y轴，z轴则垂直于xoy平面，指向空中；

将所述无人机其后的空中即时位置定义为A，A点在xoy平面上的投影定义为A’；

将所述仰角β定义为所述无人机空中即时位置A点与原点O的连线OA与其在xoy平面上的投影线段OA’之间的夹角；

将所述偏转角α定义为所述无人机空中即时位置A点与原点O的连线在xoy平面上的投影线段OA’与初始轴线L之间的夹角；

初始轴线L为xoy平面上的直线，可以为一投影线，亦可为指向正北方向或其他某一方向的直线；

若投影线定义为初始轴线L，则所述初始轴线L的确定方法是将所述无线充电系统其电磁流束发射器的轴线K与所述无人机对准后获得无人机位置点B，求解向量OB并在xoy平面进行投影，此投影线OB’即为所述初始轴线L；

以投影线作为所述初始轴线L之后，须再将所述电磁流束发射器的轴线K与所述初始轴线L平行，即让所述电磁流束发射器的发射平面与所述xoy平面垂直，以此完成所述初始轴线L与电磁流束发射器其轴线K的校准；

若初始轴线L定义为指向正北方向的直线，则所述初始轴线L通过所述无线充电系统的电磁罗盘进行确定；而电磁流束发射器其初始位置的校准方法则是将所述无线充电系统安顿后让其电磁流束发射器复位至预设的固定位置，再用所述电磁罗盘读取其方位数据，计算出所述轴线K与正北方向的角度差值，以此完成所述初始轴线L与电磁流束发射器的轴线K的校准；

所述遂行无人机的跟踪定位及数据校勘其具体方法和步骤为：

将所述可变基站作为所述RTK定位跟踪系统中新增的固定基站并入所述RTK定位跟踪系统中构成增强的RTK定位跟踪系统，再通过所述定位卫星、原有及新增的所述固定基站对所述无人机所搭载的所述移动基站进行跟踪定位；或 将所述可变基站关闭，亦或定时/不定时开机以更新所述电磁流束发射器其物理中心的初始位置即所述空间xyz坐标系的原点位置，再通过所述RTK定位跟踪系统中的所述定位卫星、所述固定基站对所述无人机所搭载的所述移动基站进行跟踪定位；

依据检测得到的所述移动基站的位置信息获得所述无人机即时位置A的经纬度及高度，映射获得A点在空间xyz坐标系的坐标A（x,y,z），通过向量运算确定所述无人机的即时偏转角α和仰角β的大小和方向；

在开启所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统对遂行中的所述无人机进行跟踪定位确定其即时偏转角α和仰角β大小和方向的同时，通过受所述转动执行机构操控的所述定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置对遂行中的所述无人机在所述空间xyz坐标系中的位置进行跟踪定位，计算得到所述无人机在所述空间xyz坐标系中的即时仰角β和偏转角α，并根据不同应用场景与所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统所得到的所述无人机的即时偏转角α和仰角β大小和方向数据进行校勘比对，从而最终确定所述无人机在所述空间xyz坐标系中遂行的唯一对准角度，实现对遂行中所述无人机的跟踪定位，其中：

当遂行无人机处于所述定位卫星其信号覆盖良好区域时，以所述RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所采集的所述无人机其实时跟踪定位信息为主要定位跟踪数据，而以所述自适应对焦摄像装置所采集的跟踪定位信息为校勘数据；而当遂行无人机处于所述定位卫星其信号受到遮挡或干扰区域时，则以所述自适应对焦摄像装置所采集的跟踪定位信息为主要的定位跟踪数据，而以所述RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所采集的实时跟踪定位信息为校勘数据；

所述电磁流束发射器与电磁流束接收转换器的对准充电其具体方法和步骤为：

让所述无线充电系统的电磁流束发射器根据已确定的所述无人机在所述空间xyz坐标系中遂行的唯一对准角度，即所述无人机在所述空间xyz坐标系中的偏转角α和仰角β进行运动，即可实现所述电磁流束发射器与所述无人机其电磁流束接收转换器的对准；

当所述电磁流束发射器与所述无人机其电磁流束接收转换器实现对准后，让所述电磁流束发射器向所述电磁流束接收转换器发送电磁流束，并让所述电磁流束接收转换器将接收的所述电磁流束转化为电流，即可实现遂行中的所述无人机的空中充电。

与现有技术相比，本发明突出的有益效果及其显著进步在于：

本发明提供的遂行无人机空中充电设备及其充电方法中，其充电设备包括了前置定位系统、RTK定位跟踪系统、无线充电系统和定位增强校勘系统，其中：

前置定位系统包括遥控器和设置在无线充电系统上的无线通信模块，遥控器在控制无人机遂行的同时让无线充电系统开机并让其预知无人机的遂行路径从而对遂行路径上的所述无人机进行预先跟踪定位布控，以便预判并及时跟踪定位遂行中的无人机；

RTK定位跟踪系统包括至少4颗空中已有的定位卫星、一个移动基站和至少一个固定基站，且相互间保持无线通信联系，以此构成对载有移动基站的无人机实施实时定位及跟踪的RTK定位跟踪系统，并让其移动基站以无线通信方式将无人机的实时位置信息传送给无线充电系统使其与遂行中的无人机精确对准；

无线充电系统包括机台、电磁流束发射器、转动执行机构、有线及无线通信模块、以及电磁流束接收转换器和电磁罗盘，电磁流束发射器可在机台上转动与无人机对准并向其发送电磁流束，电磁流束接收转换器安装在遂行中的无人机上用于接收所述电磁流束发射器发送的电磁流束并将其转化为电流为无人机充电，而电磁罗盘则用于电磁流束发射器其初始轴线的确定；

定位增强校勘系统包括至少一个可作为另一移动基站或新增固定基站使用的可变基站和至少一个自适应对焦摄像装置，可变基站安装在机台上，作为另一移动基站使用时，用于电磁流束发射器其物理中心初始位置的确定和更新，作为新增固定基站使用时，可与定位卫星和固定基站保持通信联系并与其共同构成增强的RTK定位跟踪系统以提高对所述无人机实时跟踪定位的精度，自适应对焦摄像装置的摄像头安装在电磁流束发射器上且随所述电磁流束发射器一同转动以跟随识别遂行中的无人机并对无人机进行空间角度的解算；

可见，本发明提供的遂行无人机空中充电设备及其充电方法，具有多重且相互配合补充的无人机定位跟踪系统，即无线充电系统通过接收遥控器遥控无人机遂行的控制信息进行提前开机并对无人机的遂行路径进行预先感知从而对无人机的遂行路径进行预先布控，从而能够预判遂行的无人机并对其进行及时的定位跟踪，提升无线充电系统对无人机的定位及跟踪响应速度，解决现有技术相关定位跟踪设备响应速度较慢的问题；

而RTK定位跟踪系统则是利用了现有最先进的定位跟踪技术实现对无人机的精确定位与跟踪，且当可变基站完成了无线充电系统的初始位置定位标记后，或关闭、或定时/不定时开机以更新电磁流束发射器的物理中心初始位置，以便节约能耗，亦或作为RTK定位跟踪系统新增的固定基站并入RTK定位跟踪系统中开启增强的RTK定位跟踪功能，以进一步提高RTK定位跟踪系统的定位及跟踪精度，而此精度提升的过程由于无需添置新的装备和额外的投入，故没有成本上升之虑；

且由于自适应对焦摄像装置的加入，使得视觉定位跟踪技术能与通过基站定位跟踪的RTK定位技术进行融合，并通过其各自获取的无人机位置信息的对比校勘，弥补了其各自的不足，从而增强了定位跟踪的可靠性和精确性，强化了整个设施定位跟踪系统对环境的适应能力，进而完美实现对遂行中的无人机全天候、全工况下的定位跟踪，使得无线充电系统中的电磁流束发射器与无人机上搭载的电磁流束接收转换器能够更快、更精确地对准，更高效地完成对遂行中无人机的空中充电；

而基于本发明提供的遂行无人机空中充电设备对空中无人机的充电方法，简单方便实用，在确立了以无线充电系统其电磁流束发射器物理中心为原点的遂行无人机空间位置坐标系后，通过跟踪定位无人机在空间位置坐标系中的即时位置让无线充电系统的电磁流束发射器与无人机上设置的电磁流束接收转换器对准，即可通过电磁流束发射器发射的电磁流束为遂行中的无人机进行充电；

显然，本发明提供的遂行无人机空中充电设备及其充电方法，采用的是一种现有技术中没有出现的定位跟踪对准技术，能够获得更好、更高效的无人机空中充电效果，是一项新型的光电定位跟踪对准融合技术，其构思新颖独特，克服了现有技术的诸多不足，且整个设施其各个组成系统操作方便，部署成本低，便于移动，其融合方法极具创造性，且取得了现有技术无法达到的技术效果，相比现有技术具有突出的实质特点和显著的进步，因此，极具推广和应用价值。

附图说明

为更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对本发明的实施例所需使用的附图作一简单介绍。

显而易见地：

下面描述中的附图仅是本发明中的部分实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，但这些其他的附图同样属于本发明实施例所需使用的附图之内。

图1为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备组成示意图；

图2为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备其无线充电系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备对遂行无人机的定位示意图；

图4为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备对遂行无人机实施定位时其偏转角α的计算示意图；

图5为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备对遂行无人机实施定位时其初始轴线L的一种定义方式示意图。

图中：

100-无人机，110-遥控器； 210-定位卫星，220-移动基站，230-固定基站；310-机台，320-电磁流束发射器、321-发射平面，331-支座、332-垂直转轴、333-水平转轴、334-纵向转动电机；410-可变基站，420-摄像头；500-上位运算控制器；

α-偏转角，β-仰角，L-初始轴线，K-电磁流束发射器轴线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案、有益效果及显著进步更加清楚，下面，将结合为本发明实施例所提供的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所有描述的这些实施例仅是本发明的部分实施例，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。

需要说明的是：

本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，不仅包含了一系列已列出的技术特征和结构部件，而且，还可选地包括了没有列出的技术特征和结构部件，或可选地还包括了这些技术特征和结构部件之间的连接关系。

需要理解的是：

在本发明实施例的描述中，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”等指示性方位或位置用词，仅为基于本发明实施例附图所示的方位或位置关系，是为了便于描述本发明的实施例和简化说明，而不是指示或暗示所述的装置或元件必须具有的特定方位、特定的方位构造和操作，因此，不能理解为是对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“固定”、“前置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接、也可以是可拆卸连接或活动连接、亦可是成为一体的连接关系，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介的间接连接，可以是两个结构元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

还需要说明的是：

以下的具体实施例可以相互结合，对于其中相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

下面，以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种用于遂行中无人机空中无线充电的遂行无人机空中充电设备。

如图1为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备组成示意图所示：

一种遂行无人机空中充电设备，包括前置定位系统、RTK定位跟踪系统、无线充电系统和定位增强校勘系统，其中：

前置定位系统包括遥控器110和设置在无线充电系统上的无线通信模块（图中未示出），遥控器110用于向无人机100和/或无线充电系统发送无人机100的遂行控制指令，在控制无人机100遂行的同时让无线充电系统开机并让其预知无人机100的遂行路径并在遂行路径上对无人机100进行跟踪定位；

RTK定位跟踪系统包括至少4颗空中已有的定位卫星210、一个安装在无人机100上的移动基站220和至少一个设置在无人机100其遂行空域对应地面或地面设施上的固定基站230，移动基站220用于无人机100其空中位置的即时定位和跟踪，定位卫星210、移动基站220以及固定基站230相互间保持无线通信联系，且固定基站230还通过有线或无线方式与无线充电系统进行通信，移动基站220还以无线通信方式将无人机100的实时跟踪定位信息传递给无线充电系统使其与遂行中的无人机100对准；

无线充电系统包括机台310、电磁流束发射器320、转动执行机构、有线及无线通信模块（图中未示出）、电磁流束接收转换器（图中未示出）和电磁罗盘（图中未示出），机台310设置在无人机100其遂行空域对应的地面或地面设施上，电磁流束发射器320和有线及无线通信模块（图中未示出）以及电磁罗盘（图中未示出）分别安装在机台310上，且电磁流束发射器320可在机台310上通过转动执行机构的操控进行转动与无人机100对准并向无人机100发送电磁流束，电磁流束接收转换器（图中未示出）安装在遂行中的无人机100上用于接收电磁流束发射器320发送的电磁流束并将其转化为电流为遂行中的无人机100充电；

定位增强校勘系统包括至少一个可作为另一移动基站或新增固定基站使用的可变基站410和至少一个自适应对焦摄像装置，可变基站410安装在机台310上且与定位卫星210、移动基站220和固定基站230保持通信联系，可变基站410作为另一移动基站使用时，用于电磁流束发射器320其物理中心初始位置的确定和更新，可变基站410作为新增固定基站使用时，用于加入至原有的RTK定位跟踪系统中构成增强的RTK定位跟踪系统以提高对无人机100实时跟踪定位的精度，自适应对焦摄像装置的摄像头420安装在电磁流束发射器320上且随电磁流束发射器320一同转动用以跟随识别遂行中的无人机100并对无人机100进行空间角度的解算，自适应对焦摄像装置其摄像头420能在不同对焦条件下自动搜索并实时跟踪目标，且当目标锁定后，能自动进行对焦调整。

从上述描述中，可以看出：

本实施例提供的遂行无人机空中充电设备包括了前置定位系统、RTK定位跟踪系统、无线充电系统和定位增强校勘系统，其中：

前置定位系统能够通过遥控器与无人机同时获知无人机的遂行路径且让无线充电系统根据无人机的充电需求进行提前开机，并在预知的无人机遂行路径上预先布控进行跟踪定位和初步对准；

RTK定位跟踪系统能对载有移动基站的无人机实施精确的实时定位及跟踪，并让其移动基站以无线通信方式将无人机的实时跟踪定位信息传送给无线充电系统使其对遂行中的无人机进行精确对准；

无线充电系统包括机台、电磁流束发射器、转动执行机构、有线及无线通信模块、以及电磁流束接收转换器和电磁罗盘，电磁流束发射器可在机台上转动与无人机对准并向其发送电磁流束，电磁流束接收转换器安装在遂行中的无人机上用于接收所述电磁流束发射器发送的电磁流束并将其转化为电流为无人机充电，而电磁罗盘则用于电磁流束发射器其初始轴线的确定；

定位增强校勘系统的可变基站在确定电磁流束发射器其初始位置后，或关闭、或定时/不定时开机以更新电磁流束发射器其物理中心的位置，以便节约能源，亦或作为RTK定位跟踪系统新增固定基站并入RTK定位跟踪系统中构成增强的RTK定位跟踪系统，以进一步提升RTK定位跟踪系统的定位跟踪精度；

而自适应对焦摄像装置的加入使得视觉定位跟踪技术与通过基站定位跟踪的RTK定位技术得以融合，相互配合以弥补各自的不足，并可通过其各自获取的无人机位置信息的对比校勘，从而增强定位跟踪的可靠性和精确性，强化了设施其整个定位跟踪系统对环境的适应能力，从而完美实现对遂行中的无人机全天候、全工况下的定位跟踪，使得其无线充电系统能够更快、更精确、更高效地通过电磁流束完成对遂行中无人机的空中充电；

可见，本实施例提供的遂行无人机空中充电设备，具有多重且相互配合补充的无人机定位跟踪系统，解决了现有相关定位跟踪设备响应速度较慢的问题，并进一步提高了RTK定位跟踪系统的定位跟踪精度，且由于此种定位跟踪精度的提升无需添置新的装备和额外的投入，因此，没有成本上升之虑，是一种现有技术中尚未出现过的光电融合定位跟踪对准技术，从而能够更好、更高效地为无人机进行空中充电，且其构思新颖独特，极具创造性，克服了现有技术的诸多不足，操作方便，部署成本低，便于移动部署，能够取得现有技术无法达到的技术效果，因此，相比现有技术具有突出的实质特点和显著的进步，极具推广和应用价值。

如图2为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备其无线充电系统的结构示意图所示：

本实施例提供的遂行无人机空中充电设备，其电磁流束发射器320能够进行纵向和水平两个维度的转动，且其顶部设有用于发送电磁流束的发射平面321，自适应对焦摄像装置的摄像头420设置在发射平面321的中央或边缘。

作为一种可选的实施方式，本实施例中：

电磁流束发射器320为球形构件，发射平面321位于球形构件的上部且由球形构件其顶部削平而成，而电磁流束发射器320的物理中心则为球形构件的球心。

由于球形构件容量大、易于制造和部署，因此，电磁流束发射器设计成为球形构件有利于对空中无人机进行快速、高效地充电；而将球状的电磁流束发射器安装在支座上，就可方便地通过转轴进行水平和纵向的二维转动，便于方便快捷地与无人机上的电磁流束接收转换器进行对准；而将自适应对焦摄像装置的摄像头设置在发射平面的中央或边缘，不仅可以作为定位的基点，而且借助电磁流束发射器的二维运动，可以实现摄像头的转动，从而更方便地对无人机实施定位和跟踪，进而保证电磁流束发射器与无人机上的电磁流束接收转换器的对准充电。

进一步的，如图2所示：

本实施例提供的遂行无人机空中充电设备中，其转动执行机构包括支座331、垂直转轴332、水平转动电机（图中未示出）、水平转轴333、纵向转动电机334和控制器（图中未示出），其中：

电磁流束发射器320安装在支座331上，支座331为U形或圆桶形构件，支座331其底部通过垂直转轴332安装在机台310上且通过水平转动电机（图中未示出）的带动能在机台310上进行水平转动，水平转动的支座331带动电磁流束发射器320实现其水平维度的转动；

两根水平转轴333分别设置在支座331的顶部两侧，电磁流束发射器320通过支座331其顶部两侧的两根水平转轴333悬置在支座331上，且一根水平转轴333的一端还与纵向转动电机334连接，与纵向转动电机334连接的一根水平转轴333在纵向转动电机334的驱动下能够带动电磁流束发射器320实现其纵向维度的转动；

控制器（图中未示出）设置在机台310上，控制器（图中未示出）接收并处理无线充电系统其无线通信模块（图中未示出）获得的来自前置定位系统其遥控器110所发出的控制信号，用于控制无线充电系统其转动执行机构对无人机100实施预先跟踪响应，控制器（图中未示出）还用于接收和处理移动基站220传递的无人机100的实时位置信息以及可变基站410传递的电磁流束发射器320的位置信息，以此得到对无人机100的实时跟踪定位、对准信息，再通过水平转动电机（图中未示出）和纵向转动电机334控制电磁流束发射器320转动与无人机100上的电磁流束接收转换器（图中未示出）进行对准，并控制电磁流束发射器320向电磁流束接收转换器（图中未示出）发射电磁流束，为遂行中的无人机100充电。

可见，本实施例提供的转动执行机构能够保证电磁流束发射器迅速灵活的二维运动，并带动摄像头转动，从而方便地对无人机实施定位和跟踪，进而保证电磁流束发射器与无人机电磁流束接收转换器的对准和充电。

进一步的，如图2所示：

本实施例提供的遂行无人机空中充电设备还包括上位运算控制器500；

上位运算控制器500包括大容量高速计算机，上位运算控制器500以有线方式与无线充电系统进行通信联系，通过接收无线充电系统转发的RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统对无人机100的实时跟踪定位相关信息，显示参与定位的定位卫星210数量并进行相应的定位精度评估与数据监测，还对自适应摄像装置其摄像头420所采集的图像进行处理，完成其图形运算以及通过图形方法进行的角度解算，再将相关运算和解算结果以有线传送方式传递至无线充电系统；且上位运算控制器500还用于对整个遂行无人机空中充电设备进行初始设置及用户交互，进行总体决策并参与对无人机100的定位跟踪。

可以看出：

上位运算控制器包括了大容量高速计算机，而且，利用上位运算控制器并通过屏蔽效果良好的线缆与无线充电系统进行信息联通，不仅可以有效避免外界电磁等因素的干扰，而且能够借助上位运算控制器大容量和高效快速的算力，综合前置定位系统、RTK定位跟踪系统、以及定位增强校勘系统对遂行无人机的各项定位跟踪信息和无人机电池的能量信息，控制无线充电系统对无人机实施精准的定位跟踪和对准，从而进行高效的充电；

进一步的，作为一种拓展，包括了上位运算控制器的遂行无人机空中充电设备其上位运算控制器还可作为中央控制器统筹整个遂行无人机空中充电设备的运作，甚至可以作为整个遂行无人机空中充电设备的远程控制器对遂行无人机空中充电设备进行远程操作控制，使得本实施例提供的遂行无人机空中充电设备成为一台智能化的无人机空中充电设备。

进一步的，作为一种优化的实施方式，本实施例提供的遂行无人机空中充电设备中：

机台310具有自主和/或被动移动装置（图中未示出），固定基站230亦具有自主和/或被动移动装置（图中未示出）。

而作为一种可选的实施方式，自主移动装置可以为电动平板车（图中未示出），被动移动装置可以为具有固定机构的万向轮（图中未示出）。

显然，具有自主和/或被动移动装置的机台和/或固定基站，可以更方便地进行移动和部署，从而使得整个遂行无人机空中充电设备能够更加方便、更加灵活地对遂行中的无人机进行空中充电。

实施例2

本实施例提供一种基于上述实施例1中任意一项的遂行无人机空中充电设备进行遂行无人机空中充电的方法。

结合附图1并如图3为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备对遂行无人机的定位示意图所示，基于上述实施例1中任意一项的遂行无人机空中充电设备进行遂行无人机空中充电的方法，主要包括：

电磁流束发射器其物理中心初始位置的确定、空间xyz坐标系的建立、无线充电系统的前置布控、遂行无人机的跟踪定位及数据校勘、电磁流束发射器与电磁流束接收转换器的对准充电等步骤，即：

通过RTK定位跟踪系统中的定位卫星210和固定基站230以及定位增强校勘系统中的可变基站410或仅通过RTK定位跟踪系统确定无线充电系统其电磁流束发射器320的物理中心初始位置，且当电磁流束发射器320的物理中心初始位置确定后，可变基站410或关闭、或定时/不定时开机以更新电磁流束发射器320其物理中心的初始位置、亦或作为RTK定位跟踪系统新增的固定基站并入RTK定位跟踪系统中以构成增强的RTK定位跟踪系统；

在电磁流束发射器320其物理中心初始位置确定的基础上，建立以电磁流束发射器320其物理中心初始位置为原点的空间xyz坐标系；

通过前置定位系统中的遥控器110向无人机100和/或无线充电系统发送无人机100的遂行控制指令，在控制无人机100遂行的同时让无线充电系统打开并在无人机100的遂行路径上进行布控跟踪，实现对遂行中的无人机100其空中位置的前置定位及跟踪；

通过RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统和定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置对遂行中的无人机100在空间xyz坐标系中的位置进行定位，计算得到无人机100在空间xyz坐标系中的即时仰角β和偏转角α，进而确定遂行中的无人机100在空间xyz坐标系中的即时唯一对准角度，其中，RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所采集的无人机实时跟踪定位信息与定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置所采集的无人机实时跟踪定位信息在不同应用场景下互为对比校勘数据；

无线充电发射系统根据遥控器110发出的无人机遂行控制指令预判无人机100的遂行轨迹及运动变化趋势，并使其转动执行机构作出预先响应，再结合下一时刻收到的无人机100的位置更新信息让控制执行机构作出跟踪响应，即无线充电系统中的转动执行机构根据无人机100在空间xyz坐标系中的即时唯一对准角度，操控电磁流束发射器320对该唯一对准角度位置上的无人机100其搭载的电磁流束接收转换器（图中未示出）进行对准及跟踪；

当电磁流束发射器320与无人机100其电磁流束接收转换器（图中未示出）实现对准及跟踪后，电磁流束发射器320向电磁流束接收转换器（图中未示出）发送电磁流束，电磁流束接收转换器（图中未示出）将接收的电磁流束转化为电流为遂行中的无人机100充电；

当充电完成，无人机100通过其无线通信模块（图中未示出）通知无线充电系统让其电磁流束发射器320停止电磁流束的发射。

从上述描述中，可以看出：

基于本发明实施例1所提供的遂行无人机空中充电设备对空中无人机的充电方法，简单方便实用，在确立了以无线充电系统其电磁流束发射器物理中心为原点的遂行无人机空间位置坐标系后，通过跟踪定位无人机在空间位置坐标系中的即时位置，特别是通过RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统采集的无人机实时跟踪定位信息与定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置采集的无人机实时跟踪定位信息在不同应用场景下数据的相互校勘对比，能让无线充电系统的电磁流束发射器与无人机上设置的电磁流束接收转换器进行精准的对准，进而可以通过电磁流束发射器发射的电磁流束为遂行中的无人机进行充电，其部署及操作方便，能够实现对遂行中无人机的高效充电。

进一步的，如图3及图4为本发明实施例提供的一种遂行无人机空中充电设备对遂行无人机实施定位时其偏转角α的计算示意图所示，上述充电方法中：

电磁流束发射器其物理中心初始位置确定的具体方法和步骤为：

通过RTK定位跟踪系统中的定位卫星210和固定基站230并将定位增强校勘系统中的可变基站410作为另一移动基站进行定位，从而确定无线充电系统其电磁流束发射器320物理中心的初始位置；或通过RTK定位跟踪系统中的定位卫星210和固定基站230并将RTK定位跟踪系统中的移动基站220放置在无线充电系统的机台310上以确定无线充电系统其电磁流束发射器320物理中心的初始位置；

空间xyz坐标系的建立其具体方法和步骤为：

将电磁流束发射器320其物理中心初始位置定义为空间xyz坐标系的原点O，即获取初始位置其经纬度及高度，并记取原点O的坐标为（0,0,0）；

将从原点向其纬线切线方向放射的直线定义为x轴，将从原点向其经线切线方向放射的直线定义y轴，z轴则垂直于xoy平面，指向空中；

将无人机100其后的空中即时位置定义为A，A点在xoy平面上的投影定义为A’；

将仰角β定义为无人机100空中即时位置A点与原点O的连线OA与其在xoy平面上的投影线段OA’之间的夹角；

将偏转角α定义为无人机100空中即时位置A点与原点O的连线在xoy平面上的投影线段OA’与初始轴线L之间的夹角；

初始轴线L为xoy平面上的直线，可以为一投影线，亦可为指向正北方向或其他某一方向的直线；

若投影线定义为初始轴线L，则初始轴线L的确定方法是将无线充电系统其电磁流束发射器320的轴线K与无人机100对准后获得无人机位置点B，求解向量OB并在xoy平面进行投影，此投影线OB’即为初始轴线L；

以投影线作为初始轴线L之后，须再将电磁流束发射器320的轴线K与初始轴线L平行，即让电磁流束发射器320的发射平面321与xoy平面垂直，以此完成初始轴线L与电磁流束发射器320其轴线K的校准；

若初始轴线L定义为指向正北方向的直线，则初始轴线L通过无线充电系统的电磁罗盘（图中未示出）进行确定；而电磁流束发射器320其初始位置的校准方法则是将无线充电系统安顿后让其电磁流束发射器320复位至预设的固定位置，再用电磁罗盘（图中未示出）读取其方位数据，计算出轴线K与正北方向的角度差值，以此完成初始轴线L与电磁流束发射器320的轴线K的校准；

遂行无人机的跟踪定位及数据校勘其具体方法和步骤为：

将可变基站410作为RTK定位跟踪系统中新增的固定基站并入RTK定位跟踪系统中构成增强的RTK定位跟踪系统，再通过定位卫星210、原有及新增的固定基站对无人机100所搭载的移动基站220进行跟踪定位；或 将可变基站410关闭，亦或定时/不定时开机以更新电磁流束发射器320其物理中心的初始位置即空间xyz坐标系的原点位置，再通过RTK定位跟踪系统中的定位卫星210、固定基站230对无人机100所搭载的移动基站220进行跟踪定位；

依据检测得到的移动基站220的位置信息获得无人机100即时位置A的经纬度及高度，映射获得A点在空间xyz坐标系的坐标A（x,y,z），通过向量运算确定无人机100的即时偏转角α和仰角β的大小和方向；

在开启RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统对遂行中的无人机100进行跟踪定位确定其即时偏转角α和仰角β大小和方向的同时，通过受转动执行机构操控的定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置对遂行中的无人机100在空间xyz坐标系中的位置进行跟踪定位，计算得到无人机100在空间xyz坐标系中的即时仰角β和偏转角α，并根据不同应用场景与RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所得到的无人机100的即时偏转角α和仰角β大小和方向数据进行校勘比对，从而最终确定无人机100在空间xyz坐标系中遂行的唯一对准角度，实现对遂行中无人机100的跟踪定位，其中：

当遂行无人机处于定位卫星210其信号覆盖良好区域时，以RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所采集的无人机100其实时跟踪定位信息为主要定位跟踪数据，而以自适应对焦摄像装置所采集的跟踪定位信息为校勘数据；而当遂行无人机处于定位卫星210其信号受到遮挡或干扰区域时，则以自适应对焦摄像装置所采集的跟踪定位信息为主要的定位跟踪数据，而以RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所采集的实时跟踪定位信息为校勘数据；

电磁流束发射器与电磁流束接收转换器（图中未示出）的对准充电其具体方法和步骤为：

让无线充电系统的电磁流束发射器320根据已确定的无人机100在空间xyz坐标系中遂行的唯一对准角度，即无人机100在空间xyz坐标系中的偏转角α和仰角β进行运动，即可实现电磁流束发射器320与无人机100其电磁流束接收转换器（图中未示出）的对准；

当电磁流束发射器320与无人机100其电磁流束接收转换器（图中未示出）实现对准后，让电磁流束发射器320向电磁流束接收转换器（图中未示出）发送电磁流束，并让电磁流束接收转换器（图中未示出）将接收的电磁流束转化为电流，即可实现遂行中的无人机100的空中充电。

综上所述，可以看出：

本发明通过前置定位系统、RTK定位跟踪系统、无线充电系统和定位增强校勘系统，构建了一种新型的遂行无人机空中充电设备，其具有多重且迅速并相互配合补充的无人机定位跟踪系统，即：

通过接收遥控器遥控无人机遂行的控制信息，使无线充电系统提前开机并对无人机的遂行路径进行预先感知从而对无人机的遂行路径进行预先布控，提升无线充电系统对无人机的定位及跟踪响应速度，解决现有技术相关定位跟踪设备响应速度较慢的问题；

通过现有最先进的RTK定位跟踪技术实现对无人机的精确定位与跟踪，且当可变基站完成了无线充电系统的初始位置定位标记后，可以将其纳入RTK定位跟踪系统中成为其新增固定基站，从而进一步提升了RTK定位跟踪系统的定位及跟踪精度，而此精度的提升则因无需添置新的装备和进行额外的投入，故没有成本上升之虑；

通过自适应对焦摄像装置的加入，使得视觉定位跟踪技术与通过基站定位跟踪的RTK定位技术得以融合，从而弥补了其各自的不足，从而构成一种全天候、全工况下的无人机定位跟踪系统；

而通过RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所采集的无人机实时跟踪定位信息与定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置所采集的无人机实时跟踪定位信息在不同应用场景下进行数据的相互校勘对比，则能进一步增强所述设施其定位跟踪的可靠性和精确性，从而使得无线充电系统的电磁流束发射器与无人机上设置的电磁流束接收转换器能够更加精准地对准，进而强化整个设施其定位跟踪系统对应用场景的适应能力，完美实现对遂行中的无人机全天候、全工况下的定位跟踪，使得无线充电系统中的电磁流束发射器与无人机上搭载的电磁流束接收转换器能够更快、更精确地对准，更高效地完成其对遂行中无人机的空中充电；

而基于本发明提供的遂行无人机空中充电设备对空中无人机的充电方法，简单方便实用，跟踪对准及时精准，可实现遂行中无人机的高效快速充电；

总之，本发明提供的遂行无人机空中充电设备及其充电方法，采用的是一种现有技术中尚未出现的定位跟踪对准技术，能够获得更好、更高效的无人机空中充电效果，是一项新型的光电定位跟踪对准融合方法，其构思新颖独特，能够克服现有技术的诸多不足，整个设施其各个组成系统操作方便，部署成本低，且便于移动部署，其光电跟踪定位方法的融合极具创造性，能够取得现有技术无法达到的有益效果，相比现有技术具有突出的实质特点和显著的进步，因此，极具推广和应用价值。

在上述说明书的描述过程中：

术语“本实施例”、“本发明实施例”、“如……所示”、“进一步的”等的描述，意指所述实施例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例中，在本说明书中，对上述术语的示意性表述不是必须针对相同的实施例，而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点等可以在任意一个或者多个实施例中以合适的方式结合或组合；此外，在不产生矛盾的前提下，本领域的普通技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例以及不同实施例的特征进行结合或组合。

最后应说明的是：

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非是对其的限制，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例所描述的技术方案的范围，本领域技术人员根据本说明书记载的内容所做出的非本质改进和调整或者替换，均属本发明所要求保护的范围。

Claims (13)

1.一种遂行无人机空中充电设备，用于遂行中无人机的空中无线充电，其特征在于：

包括前置定位系统、RTK定位跟踪系统、无线充电系统和定位增强校勘系统；

所述前置定位系统包括遥控器和设置在所述无线充电系统上的无线通信模块，所述遥控器用于向所述无人机和/或所述无线充电系统发送所述无人机的遂行控制指令，在控制所述无人机遂行的同时让所述无线充电系统开机并让其预知所述无人机的遂行路径并在所述遂行路径上对所述无人机进行跟踪定位；

所述RTK定位跟踪系统包括至少4颗空中已有的定位卫星、一个安装在所述无人机上的移动基站和至少一个设置在所述无人机其遂行空域对应地面或地面设施上的固定基站，所述移动基站用于所述无人机其空中位置的即时定位和跟踪，所述定位卫星、所述移动基站以及所述固定基站相互间保持无线通信联系，且所述固定基站还通过有线或无线方式与所述无线充电系统进行通信，所述移动基站还以无线通信方式将所述无人机的实时跟踪定位信息传递给所述无线充电系统使其与遂行中的所述无人机对准；

所述无线充电系统包括机台、电磁流束发射器、转动执行机构、有线及无线通信模块、电磁流束接收转换器和电磁罗盘，所述机台设置在所述无人机其遂行空域对应的地面或地面设施上，所述电磁流束发射器和所述有线及无线通信模块以及所述电磁罗盘分别安装在所述机台上，且所述电磁流束发射器可在所述机台上通过所述转动执行机构的操控进行转动与所述无人机对准并向所述无人机发送电磁流束，所述电磁流束接收转换器安装在遂行中的所述无人机上用于接收所述电磁流束发射器发送的电磁流束并将其转化为电流为遂行中的所述无人机充电；

所述定位增强校勘系统包括至少一个可作为另一移动基站或新增固定基站使用的可变基站和至少一个自适应对焦摄像装置，所述可变基站安装在所述机台上且与所述定位卫星、所述移动基站和所述固定基站保持通信联系，所述可变基站作为另一移动基站使用时，用于所述电磁流束发射器其物理中心初始位置的确定和更新，所述可变基站作为新增固定基站使用时，用于加入至原有的所述RTK定位跟踪系统中构成增强的RTK定位跟踪系统以提高对所述无人机实时跟踪定位的精度，所述自适应对焦摄像装置的摄像头安装在所述电磁流束发射器上且随所述电磁流束发射器一同转动用以跟随识别遂行中的所述无人机并对所述无人机进行空间角度的解算，所述自适应对焦摄像装置其摄像头能在不同对焦条件下自动搜索并实时跟踪目标，且当所述目标锁定后，能自动进行对焦调整。

2.如权利要求1所述的遂行无人机空中充电设备，其特征在于：

所述电磁流束发射器能够进行纵向和水平两个维度的转动，且其顶部设有用于发送电磁流束的发射平面，所述自适应对焦摄像装置的摄像头设置在所述发射平面的中央或边缘。

3.如权利要求2所述的遂行无人机空中充电设备，其特征在于：

所述电磁流束发射器为球形构件，所述发射平面位于所述球形构件的上部且由所述球形构件其顶部削平而成，所述电磁流束发射器其物理中心为所述球形构件的球心。

4.如权利要求1所述的遂行无人机空中充电设备，其特征在于：

所述转动执行机构包括支座、垂直转轴、水平转动电机、水平转轴、纵向转动电机和控制器；

所述电磁流束发射器安装在所述支座上，所述支座为U形或圆桶形构件，所述支座其底部通过所述垂直转轴安装在所述机台上且通过所述水平转动电机的带动能在所述机台上进行水平转动，水平转动的所述支座带动所述电磁流束发射器实现其水平维度的转动；

两根所述水平转轴分别设置在所述支座的顶部两侧，所述电磁流束发射器通过所述支座其顶部两侧的两根所述水平转轴悬置在所述支座上，且一根所述水平转轴的一端还与所述纵向转动电机连接，与所述纵向转动电机连接的一根所述水平转轴在所述纵向转动电机的驱动下能够带动所述电磁流束发射器实现其纵向维度的转动；

所述控制器设置在所述机台上，所述控制器接收并处理所述无线充电系统其无线通信模块获得的来自所述前置定位系统其遥控器所发出的控制信号，用于控制所述无线充电系统其转动执行机构对所述无人机实施预先跟踪响应，所述控制器还用于接收和处理所述移动基站传递的所述无人机的实时位置信息以及所述可变基站传递的所述电磁流束发射器的位置信息，以此得到对所述无人机的实时跟踪定位、对准信息，再通过所述水平转动电机和所述纵向转动电机控制所述电磁流束发射器转动与所述无人机上的电磁流束接收转换器进行对准，并控制所述电磁流束发射器向所述电磁流束接收转换器发射电磁流束，为遂行中的所述无人机充电。

5.如权利要求1所述的遂行无人机空中充电设备，其特征在于，还包括：

上位运算控制器；

所述上位运算控制器包括大容量高速计算机，所述上位运算控制器以有线方式与所述无线充电系统进行通信联系，通过接收所述无线充电系统转发的所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统对所述无人机的实时跟踪定位相关信息，显示参与定位的定位卫星数量并进行相应的定位精度评估与数据监测，还对所述自适应对焦摄像装置其摄像头所采集的图像进行处理，完成其图形运算以及通过图形方法进行的角度解算，再将相关运算和解算结果以有线传送方式传递至所述无线充电系统；

且所述上位运算控制器还用于对整个遂行无人机空中充电设备进行初始设置及用户交互，进行总体决策并参与对所述无人机的定位跟踪。

6.如权利要求1所述的遂行无人机空中充电设备，其特征在于：所述机台具有自主移动装置和/或被动移动装置。

7.如权利要求1所述的遂行无人机空中充电设备，其特征在于：所述固定基站具有自主移动装置和/或被动移动装置。

8.如权利要求6或7所述的遂行无人机空中充电设备，其特征在于：所述自主移动装置为电动平板车，所述被动移动装置为具有固定机构的万向轮。

9.一种基于上述权利要求1～8中任意一项所述的遂行无人机空中充电设备进行遂行无人机空中充电的方法，其特征在于：

包括电磁流束发射器其物理中心初始位置的确定、空间xyz坐标系的建立、无线充电系统的前置布控、遂行无人机的跟踪定位及数据校勘、电磁流束发射器与电磁流束接收转换器的对准充电步骤，即：

通过所述RTK定位跟踪系统中的定位卫星和固定基站以及所述定位增强校勘系统中的可变基站或仅通过所述RTK定位跟踪系统确定所述无线充电系统其电磁流束发射器的物理中心初始位置，且当所述电磁流束发射器的物理中心初始位置确定后，所述可变基站或关闭、或定时/不定时开机以更新所述电磁流束发射器其物理中心的初始位置、亦或作为所述RTK定位跟踪系统新增的固定基站并入所述RTK定位跟踪系统中以构成增强的所述RTK定位跟踪系统；

在所述电磁流束发射器其物理中心初始位置确定的基础上，建立以所述电磁流束发射器其物理中心初始位置为原点的空间xyz坐标系；

通过所述前置定位系统中的遥控器向所述无人机和/或所述无线充电系统发送所述无人机的遂行控制指令，在控制所述无人机遂行的同时让所述无线充电系统打开并在所述无人机的遂行路径上进行布控跟踪，实现对遂行中的所述无人机其空中位置的前置定位及跟踪；

通过所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统和定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置对遂行中的所述无人机在所述空间xyz坐标系中的位置进行定位，计算得到所述无人机在所述空间xyz坐标系中的即时仰角β和偏转角α，进而确定遂行中的所述无人机在空间xyz坐标系中的即时唯一对准角度，其中，所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统所采集的无人机实时跟踪定位信息与所述定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置所采集的无人机实时跟踪定位信息在不同应用场景下互为对比校勘数据；

所述无线充电发射系统根据所述遥控器发出的无人机遂行控制指令预判所述无人机的遂行轨迹及运动变化趋势，并使其转动执行机构作出预先响应，再结合下一时刻收到的所述无人机的位置更新信息让所述转动执行机构作出跟踪响应，即所述无线充电系统中的转动执行机构根据所述无人机在空间xyz坐标系中的即时唯一对准角度，操控所述电磁流束发射器对该唯一对准角度位置上的所述无人机其搭载的所述电磁流束接收转换器进行对准及跟踪；

当所述电磁流束发射器与所述无人机其电磁流束接收转换器实现对准及跟踪后，所述电磁流束发射器向所述电磁流束接收转换器发送电磁流束，所述电磁流束接收转换器将接收的所述电磁流束转化为电流为遂行中的所述无人机充电；

当充电完成，所述无人机通过其无线通信模块通知所述无线充电系统让其电磁流束发射器停止所述电磁流束的发射。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电磁流束发射器其物理中心初始位置确定的具体方法和步骤为：

通过所述RTK定位跟踪系统中的定位卫星和固定基站并将所述定位增强校勘系统中的所述可变基站作为另一移动基站进行定位，从而确定所述无线充电系统其电磁流束发射器物理中心的初始位置；

或通过所述RTK定位跟踪系统中的定位卫星和固定基站并将所述RTK定位跟踪系统中的移动基站放置在所述无线充电系统的机台上以确定所述无线充电系统其电磁流束发射器物理中心的初始位置。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述空间xyz坐标系的建立其具体方法和步骤为：

将所述电磁流束发射器其物理中心初始位置定义为空间xyz坐标系的原点O，即获取初始位置其经纬度及高度，并记取原点O的坐标为（0,0,0）；

将从原点向其纬线切线方向放射的直线定义为x轴，将从原点向其经线切线方向放射的直线定义y轴，z轴则垂直于xoy平面，指向空中；

将所述无人机其后的空中即时位置定义为A，A点在xoy平面上的投影定义为A’；

将所述仰角β定义为所述无人机空中即时位置A点与原点O的连线OA与其在xoy平面上的投影线段OA’之间的夹角；

将所述偏转角α定义为所述无人机空中即时位置A点与原点O的连线在xoy平面上的投影线段OA’与初始轴线L之间的夹角；

初始轴线L为xoy平面上的投影线，或为指向正北方向的直线；

若投影线定义为初始轴线L，则所述初始轴线L的确定方法是将所述无线充电系统其电磁流束发射器的轴线K与所述无人机对准后获得无人机位置点B，求解向量OB并在xoy平面进行投影，此投影线OB’即为所述初始轴线L；

以投影线作为所述初始轴线L之后，须再将所述电磁流束发射器的轴线K与所述初始轴线L平行，即让所述电磁流束发射器的发射平面与所述xoy平面垂直，以此完成所述初始轴线L与电磁流束发射器其轴线K的校准；

若初始轴线L定义为指向正北方向的直线，则所述初始轴线L通过所述无线充电系统的电磁罗盘进行确定；

而电磁流束发射器其初始位置的校准方法则是将所述无线充电系统安顿后让其电磁流束发射器复位至预设的固定位置，再用所述电磁罗盘读取其方位数据，计算出所述轴线K与正北方向的角度差值，以此完成所述初始轴线L与电磁流束发射器的轴线K的校准。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述遂行无人机的跟踪定位及数据校勘其具体方法和步骤为：

将所述可变基站作为所述RTK定位跟踪系统中新增的固定基站并入所述RTK定位跟踪系统中构成增强的RTK定位跟踪系统，再通过所述定位卫星、原有及新增的所述固定基站对所述无人机所搭载的所述移动基站进行跟踪定位；

或将所述可变基站关闭，亦或定时/不定时开机以更新所述电磁流束发射器其物理中心的初始位置即所述空间xyz坐标系的原点位置，再通过所述RTK定位跟踪系统中的所述定位卫星、所述固定基站对所述无人机所搭载的所述移动基站进行跟踪定位；

依据检测得到的所述移动基站的位置信息获得所述无人机即时位置A的经纬度及高度，映射获得A点在空间xyz坐标系的坐标A（x,y,z），通过向量运算确定所述无人机的即时偏转角α和仰角β的大小和方向；

在开启所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统对遂行中的所述无人机进行跟踪定位确定其即时偏转角α和仰角β大小和方向的同时，通过受所述转动执行机构操控的所述定位增强校勘系统中的自适应对焦摄像装置对遂行中的所述无人机在所述空间xyz坐标系中的位置进行跟踪定位，计算得到所述无人机在所述空间xyz坐标系中的即时仰角β和偏转角α，并根据不同应用场景与所述RTK定位跟踪系统/增强的所述RTK定位跟踪系统所得到的所述无人机的即时偏转角α和仰角β大小和方向数据进行校勘比对，从而最终确定所述无人机在所述空间xyz坐标系中遂行的唯一对准角度，实现对遂行中所述无人机的跟踪定位，其中：

当遂行无人机处于所述定位卫星其信号覆盖良好区域时，以所述RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所采集的所述无人机其实时跟踪定位信息为主要定位跟踪数据，而以所述自适应对焦摄像装置所采集的跟踪定位信息为校勘数据；

而当遂行无人机处于所述定位卫星其信号受到遮挡或干扰区域时，则以所述自适应对焦摄像装置所采集的跟踪定位信息为主要的定位跟踪数据，而以所述RTK定位跟踪系统/增强的RTK定位跟踪系统所采集的实时跟踪定位信息为校勘数据。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电磁流束发射器与电磁流束接收转换器的对准充电其具体方法和步骤为：

让所述无线充电系统的电磁流束发射器根据已确定的所述无人机在所述空间xyz坐标系中遂行的唯一对准角度，即所述无人机在所述空间xyz坐标系中的偏转角α和仰角β进行运动，即可实现所述电磁流束发射器与所述无人机其电磁流束接收转换器的对准；

当所述电磁流束发射器与所述无人机其电磁流束接收转换器实现对准后，让所述电磁流束发射器向所述电磁流束接收转换器发送电磁流束，并让所述电磁流束接收转换器将接收的所述电磁流束转化为电流，即可实现遂行中的所述无人机的空中充电。