CN205120933U - 一种续航能力监测系统及其无人飞行器和飞控台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种续航能力监测系统及其无人飞行器和飞控台，属于无人机领域。该系统包括无人飞行器和飞控台、信号处理器、双工通信接口，无人飞行器进一步包括信号输入传感器、飞行控制器和电池，信号输入传感器采集无人飞行器的能耗信息；飞行控制器采集电池信息，控制无人飞行器的飞行；信号处理器适用于根据能耗信息和电池信息，计算无人飞行器的续航能力。本实用新型对无人飞行器的能耗进行分析，来准确估算无人飞行器的续航能力，并将其续航能力用续航时间和/或续航距离标识出来，同时还考虑到了环境温度对于电池能效的影响，进一步提高了无人飞行器续航能力预测的准确性。

Description

一种续航能力监测系统及其无人飞行器和飞控台

技术领域

本实用新型涉及无人机技术领域，具体涉及一种续航能力监测系统及其无人飞行器和飞控台。

背景技术

随着航拍用小微型无人飞行器开始普及，并进入消费级市场，原来由专业人员使用而不会关注的一些需求开始凸显。无人飞行器平台上装备有大量电子设备，如自动驾驶系统、舵机和云台等，为保证无人飞行器平台安全稳定工作，这些电子设备需要稳定有效的电力供应。无人飞行器平台的电能由各种高能电池提供，包括：太阳能、蓄电池和燃料电池。其中以锂电池为代表的蓄电池供电方式是目前应用最广泛的一种。

现有技术主要是通过燃油、太阳能、锂离子电池等混合电源供应，或者在飞行动力结构上进行改进，来提高无人飞行器的续航能力。

例如：申请号为201310543169.7、发明名称为《零点电源与锂离子电池的电池组作为无人机电源的应用》的中国发明专利申请公开了一种零点电源与锂离子电池的电池组作为无人机电源的应用，该电池组包括至少一个零点电源单体和至少一个锂离子电池单体，所述零点电源单体与所述锂离子电池单体能够串联和/或并联，也可以断开连接。例如，在使用时，如果锂离子电池的电量能够满足使用要求，则可以将零点电源单体与锂离子电池单体断开连接，锂离子电池与用电设备相连提供稳定的电压和电流；当锂离子电池使用一段时间之后，在电量不足时，零点电源可以持续不断地位锂离子电池充电，解决了电池续航的问题。

再例如，申请号为201220292712.1、发明名称为《一种无人机遥感平台的供电系统》的中国实用新型专利公开一种无人机遥感平台的供电系统，包括主供电电源、副供电电源、主开关、副开关、通道开关、控制器、非门、主检测电路、n个主开关电源和n个副开关电源；采用容量不同的主副两块电池供电，当主电池电量不足时，可切换副电池备用，并向地面监控人员报警，使得监控人员可及时采取措施使无人机迫降，提高无人机的安全可靠性。

在专业人员使用的情况下，由于对产品非常了解和熟悉，因此，关于无人机的一些维护、使用的知识都不那么透明。例如，无人飞行器的飞行时间，往往是由飞手根据经验来分析和判断的，这种依赖经验的方式提高了对操作人员的要求，而且经验并不十分准确，降低了电池的使用效率。即使有的无人飞行器能够提供电池余量报警，这种报警行为也是不很准确的。

当无人飞行器进入消费级市场，这个问题就不能忽视了。普通消费者由于对无人飞行器的操控和使用经验不足，因此非常依赖无人飞行器上给出的电池余量提示信息。但是，本身现有的消费级无人飞行器续航总时间就不是很长，短的5-10分钟，长的一般也不超过30分钟，在这种情况下，如果电池余量提示再不准确，那么很可能难以起到提示用户的作用。一方面，如果用户一察觉电池余量报警，就赶紧回收无人飞行器，那么会导致无人飞行器的实际操作时间远小于总续航时间；而另一方面，如果用户察觉电池余量报警后，仍然坚持使用无人飞行器，那么就可能面临无人飞行器掉电坠落的风险。

现有技术仅根据电池余量情况来报警，而不考虑无人飞行器的飞行状态。例如，无人飞行器悬停和做高速运动，它的耗能情况是很不一样的。如果不考虑无人飞行器的能量消耗，去做续航能力分析，是很不准确的。

另外，由于环境温度能够极大地影响电池的蓄电水平，因此，如何在不同环境温度下，准确对电池的余量进行统计和计算，也是一个问题。

实用新型内容

本实用新型的发明目的是提供一种续航能力监测系统及其无人飞行器和飞控台，其能够实时、有效、智能地保护无人飞行器，避免无人飞行器出现因电量不足引起的事故，并且可以提高电池的利用率。

本实用新型的另一个实用新型目的是提供一种续航能力监测系统及其无人飞行器和飞控台，考虑了温度对电池的蓄电水平的影响，进一步提高了电池余量监测的准确性。

不仅仅基于电池余量做续航能力分析，而是综合考虑到无人飞行器的飞行耗能情况以及环境温度情况等，对无人飞行器的续航能力做准确分析，将续航能力警示信息转换成直观的时间或者飞行距离。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种续航能力监测系统，包括无人飞行器和飞控台、信号处理器、双工通信接口，所述无人飞行器和所述飞控台通过所述双工通信接口能够双向通信，所述无人飞行器进一步包括信号输入传感器、飞行控制器和电池，所述飞行控制器分别与所述信号输入传感器、所述双工通信接口和所述电池连接，所述信号处理器与所述飞行控制器连接，其中，

所述信号输入传感器适用于采集所述无人飞行器的能耗信息并发送至所述飞行控制器；

所述飞行控制器适用于采集所述电池信息，控制所述无人飞行器的飞行；

所述信号处理器适用于根据所述能耗信息和所述电池信息，计算所述无人飞行器的续航能力。

进一步的，还包括存储器，所述存储器与所述信号处理器连接，所述存储器适用于存储所述无人飞行器的预定义的能耗级别及相应能耗级别对应的理想续航时间和/或平均飞行速度。

进一步的，还包括电量检测单元，所述电量检测单元分别与所述电池和所述飞行控制器连接，其适用于检测所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。

进一步的，所述信号输入传感器包括惯性传感器，所述惯性传感器适用于检测所述无人飞行器的飞行运动参数并发送给所述信号处理器。

进一步的，所述信号处理器进一步包括姿态解算单元、比对判断单元、计算单元，所述姿态解算单元连接所述比对判断单元，所述比对判断单元连接所述计算单元，其中，

所述姿态解算单元适用于根据所述飞行运动参数确定所述无人飞行器当前的飞行状态；

所述比对判断单元适用于根据所述飞行状态和所述存储器中存储的预定义的能耗级别，判定所述无人飞行器当前的能耗级别；

所述计算单元适用于根据所述能耗级别确定对应的理想续航时间和/或平均飞行速度、所述电池的总电量和所述电池的当前剩余电量，计算得到所述无人飞行器当前的续航能力。

进一步的，所述信号输入传感器还包括温度传感器，其适用于采集所述电池的环境温度，并输入至信号处理器，对所述电池信息进行补偿。

根据本实用新型的另一个方面，提供了一种无人飞行器，包括飞行控制器、第一通信接口、惯性传感器和电池，所述飞行控制器分别与所述第一通信接口、所述惯性传感器和所述电池连接，其中，

所述飞行控制器适用于采集所述电池的电池信息，接收所述惯性传感器发送的所述无人飞行器的能耗信息，控制所述无人飞行器的飞行；

所述第一通信接口适用于将所述飞行控制器中的所述电池信息和所述能耗信息发送至飞控台，接收所述飞控台的控制信息。

进一步的，还包括温度传感器，所述温度传感器连接所述飞行控制器，其适用于采集所述电池的环境温度，根据所述环境温度对所述电池信息进行补偿。

根据本实用新型的再一个方面，提供了一种飞控台，包括第二通信接口、中央处理器和续航能力分析单元，所述中央处理器分别与所述第二通信接口和所述续航能力分析单元连接，其中：

所述第二通信接口适用于接收无人飞行器发送的电池信息和能耗信息，并向所述无人飞行器发送控制信息；

所述中央处理器适用于对所述电池信息和能耗信息进行处理；

所述续航能力分析单元适用于根据处理后的电池信息和能耗信息，计算所述无人飞行器的续航时间与里程。

进一步的，还包括显示设备，所述显示设备连接所述续航能力分析单元，其适用于显示所述无人飞行器的所述续航时间与里程。

本实用新型公开了一种续航能力监测系统及其无人飞行器和飞控台，通过惯性传感器获取无人飞行器当前的飞行状态及预先定义的能耗级别，确定当前的能耗级别，根据所述当前的能耗级别和电池的当前剩余电量，预测无人飞行器的续航能力，这种预测不同于现有的仅仅考虑电池的当前剩余电量的预测方式，而是综合考虑了无人飞行器的飞行运动参数，从而使得预测更加准确。同时，本实用新型还将所述续航能力转换为续航时间与里程直观的显示给用户查看，更加便于非专业人员的理解和操作。本实用新型可以降低无人飞行器掉电坠落事故发生率，并提高电池的利用效率。

另一方面，本实用新型对于无人飞行器续航能力的评估还考虑到了环境温度对于电池能效的影响，进一步提高了无人飞行器续航能力预测的准确性。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够使得本实用新型的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本实用新型的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本实用新型各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型实施例一的续航能力监测系统结构示意图；

图2示出了根据本实用新型实施例二的续航能力监测系统结构示意图；

图3示出了根据本实用新型实施例三的无人飞行器续航能力监测方法流程图；

图4示出了根据本实用新型实施例四的无人飞行器续航能力监测方法流程图；

图5示出了根据本实用新型实施例五的无人飞行器结构示意图；

图6示出了根据本实用新型实施例六的飞控台结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的具体实施例。虽然附图中显示了本实用新型的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本实用新型的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本实用新型的范围。本实用新型的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本实用新型实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本实用新型实施例的限定。

无人飞行器简称“无人机”，英文缩写为“UAV(unmannedaerialvehicle)”，是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机。从技术角度定义可以分为：无人直升机、无人固定翼机、无人多旋翼飞行器、无人飞艇、无人伞翼机等。近年来，随着传感器工艺的提高、微处理器技术的进步、动力装置的改善以及电池续航能力的增加，使其在军事、民用方面的用途不断高速拓展，无人机市场具有广阔前景。

本实用新型实施例中优选的无人机为多旋翼无人飞行器(或称为多旋翼飞行器)，可以是四旋翼、六旋翼及旋翼数量大于六的无人飞行器。优选的，机身由碳纤维材料制成，在满足较高使用强度和刚度的前提下，可大幅减轻机身的重量，从而降低多旋翼无人飞行器的动力需求以及提高多旋翼无人飞行器的机动性。当然，在本实用新型的其他实施例中，机身还可以由塑料或者其他任意使用的材料制成。机身上设有多个相对于所述机身中的对称平面呈对称分布的浆臂，每一个浆臂远离所述机身的一端设有桨叶组件，所述桨叶组件包括安装在所述浆臂上的电机和连接在所述电机的输出轴上的桨叶，每一片桨叶的旋转轴线均位于同一圆柱面上。

本实用新型技术方案采用的无人机主要是指小、微型多旋翼无人飞行器，这种无人飞行器体积小、成本低、飞行稳定性较好，飞行成本低等。本实用新型使用的飞行器，典型的以四轴多旋翼飞行器为代表。

实施例一、一种续航能力监测系统。

如上述背景技术中所述，无人飞行器在空中飞行过程中，一旦发生动力不足的情况，就会非常危险，可能直接导致坠机。因此，准确的续航能力判断非常重要，但是现有的续航能力判断方式过于简单，仅是基于电池余量的分析来给出警示信息。但实际飞行过程中，无人飞行器的能耗并非一成不变，仅依靠电池来做判断，是不客观也不直观的。

图1为本实用新型实施例一的飞行器续航能力监测续航能力监测系统结构示意图，本实用新型实施例将结合图1进行具体说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种飞行器续航能力监测续航能力监测系统100，包括无人飞行器101和飞控台102、信号处理器103、双工通信接口104，所述无人飞行器101和所述飞控台102通过所述双工通信接口104能够双向通信，所述无人飞行器101进一步包括信号输入传感器105、飞行控制器106和电池107，所述飞行控制器106分别与所述信号输入传感器105、所述双工通信接口104和所述电池107连接，所述信号处理器103与所述双工通信接口104连接，其中，

所述信号输入传感器105适用于采集所述无人飞行器101的能耗信息并发送至所述飞行控制器106；

所述飞行控制器106适用于采集所述电池信息，控制所述无人飞行器101的飞行；

所述信号处理器103适用于根据所述能耗信息和所述电池信息，计算所述无人飞行器的续航能力。

本实用新型实施例中优选的，所述信号处理器103可以内置于所述无人飞行器101中，也可以设置在所述飞控台102上，还可以是一个单独的物理模块，也可以利用所述无人飞行器101的所述飞行控制器106实现信号处理功能。在另一实施例中，考虑到无人飞行器的负重问题，将所述信号处理器103设置在所述飞控台102中，所述无人飞行器101采集的信息通过所述双工通信接口104传输至所述飞控台102中进行处理。

本实用新型实施例中优选的，还包括信号预处理模块，所述信号预处理模块用于对所述采集的信息进行平滑与预处理之后，再发送至所述信号处理器103中进行运算。

本实用新型实施例中优选的，所述双工通信接口104包括位于所述无人飞行器101内的第一双工通信接口和位于所述飞控台102的第二双工通信接口，所述第一双工通信接口和所述第二双工通信接口无线连接，可以通过3G、4G无线网络或者卫星通信网络以及任意网络类型实现双向无线通讯功能。

本实用新型实施例中优选的，还包括存储器，所述存储器与所述信号处理器103连接，所述存储器适用于存储所述无人飞行器的预定义的能耗级别及相应能耗级别对应的理想续航时间和/或平均飞行速度。

本实用新型实施例中优选的，还包括电量检测单元，所述电量检测单元分别与所述电池107和所述飞行控制器106连接，其适用于检测所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。

本实用新型实施例中优选的，所述电池的当前剩余电量通过AD采集电路采集电压的方法或/及电流计测量电流的方法获得。

在其中一个实施例中，所述电量检测单元采用电压测量法。电池的电量是指电池所能输出的总电荷之和，通常以AH单位来表示，可以通过AD采集电路采集采样器件两端的电压，采样器件点连接在电池的负极线路，并按照电压与电流的关系I＝U/R来计算当前电流的大小。电量与电流的关系为Q＝I×T。所述飞行控制器会定期的采集该信号，例如，每隔t时间采集一次，则放电或者充电过程中电量的变化量为Q1＝∑I×t，假设电池原有电量为Q0，则当前电量为Q＝Q1+Q0。若电池的总容量为Qall，则，当前电量的百分比为P＝Qall/Q。

在其他实施例中，可以采用电流测量法。电流测量法可以通过电流计直接采集采样器件上的电流，然后按照电量与电流的关系计算电池的当前电量。

在其他实施例中，可以采用电流、电压综合测量法。通过AD采集电路采集电池输出端上的电压，并通过电流计采集采样器件上的电流，然后按照Q＝Pt＝UIt的关系计算电池的当前剩余电量。

本实用新型实施例中优选的，由于电池电压会随着RFPA(radiofrequencypoweramplifier，射频功率放大器)的功率发射发生突变，通常会变小0.2V-0.3V。如果一味的使用电压模拟电量方法，就会误差更大。为了解决电池电压突然变小的测量问题，可以利用软件算法进行均值滤波，对一段时间内的电池电压进行均值化，如果该时间段的平均电池电压确实下降了，则预估电量确实变少了，否则即认为电量并未变化。

本实用新型实施例中优选的，所述电池为自动检测自身剩余电量的智能电池，所述飞行控制器与所述智能电池通讯连接而获取所述智能电池的当前剩余电量。

本实用新型实施例中优选的，所述信号输入传感器105包括惯性传感器，所述惯性传感器适用于检测所述无人飞行器101的飞行运动参数并发送给所述信号处理器。

本实用新型实施例中优选的，所述惯性传感器包括3轴加速度传感器、3轴陀螺仪、3轴地磁传感器中的至少一种或者任意组合。其中，所述3轴加速度传感器感应无人飞行器在立体空间三个维度的加速度信号；所述3轴陀螺仪感应无人飞行器在立体空间三个维度的角速度信号；所述3轴地磁传感器感应无人飞行器在立体空间三个维度的地磁信号。

本实用新型实施例中优选的，所述3轴加速度传感器为石英挠性加速度计，其输出X、Y、Z轴向的3路加速度计脉冲信号；所述3轴陀螺仪为高精度光纤陀螺仪(即偏置漂移可达0.01°/h)，其输出X、Y、Z轴向的3路陀螺脉冲信号。3路加速度计脉冲信号和3路陀螺脉冲信号通过光耦隔离电路隔离发送给所述信号处理器。

因为，挠性陀螺仪虽然体积重量最小，使用环境温度动态范围较小，在-30°～+60°之间，但其随机漂移较为严重，且对飞行环境的振动干扰最敏感，容易产生误差，测量精度较低，难以达到无人飞行器的高精度要求。而目前应用较多的是激光陀螺仪虽然各项测量精度高，但其重量体积大。而光纤陀螺仪虽然受环境温度影响较大，在温度梯度变化和温度速率变化都很小的情况下，对光纤陀螺仪影响不大。同时，其重量体积相对于激光陀螺仪较小，而测量精度相对于挠性陀螺仪较高，符合无人飞行器的重量体积小、精度高、抗干扰能力强等要求。由此，选择光纤陀螺仪作为其惯性测量单元。

本实用新型实施例中优选的，所述信号输入传感器105还包括导航定位单元。进一步的，所述导航定位单元为GPS卫星定位装置，其用于感应无人飞行器在立体空间的经纬度信息，并发送给所述飞行控制器。

本实用新型实施例中优选的，所述信号输入传感器105还可以包括转速传感器，用于采集无人飞行器发动机的转速信息并输入至所述信号处理器103。

本实用新型实施例中优选的，所述信号输入传感器105还可以包括高度传感器，用于采集无人飞行器的高度信息。所述高度传感器包括气压高度计、激光高度计、无线电高度计、超声波高度计、图像测距传感器中的至少一种。

本实用新型实施例中优选的，所述信号输入传感器105还可以包括测距传感器，例如超声波测距传感器，可以采用HC-SR04来测量所述无人飞行器与地面之间的距离或者与障碍物之间的距离。

本实用新型实施例中优选的，所述信号处理器103进一步包括姿态解算单元、比对判断单元、计算单元，所述姿态解算单元连接所述比对判断单元，所述比对判断单元连接所述计算单元，其中，

所述姿态解算单元适用于根据所述飞行运动参数确定所述无人飞行器101当前的飞行状态；

所述比对判断单元适用于根据所述飞行状态和所述存储器中存储的预定义的能耗级别，判定所述无人飞行器101当前的能耗级别；

所述计算单元适用于根据所述能耗级别确定对应的理想续航时间和/或平均飞行速度、所述电池的总电量和所述电池的当前剩余电量，计算得到所述无人飞行器101当前的续航能力。

本实用新型实施例中优选的，所述信号处理器103获得3轴加速度传感器、3轴陀螺仪、3轴地磁传感器、及GPS等传感设备发来的感应数据，采用捷联惯导算法可解算出无人飞行器在三维空间的姿态信息，同时以3轴地磁传感器和GPS等接受的绝对地理信息对惯导解算的姿态进行修正，得到一个具有高可信度的姿态信息。

本实用新型实施例中优选的，所述信号处理器103可以选用32位单片机作为微控制器，完成基于传感器所提供信息的无人飞行器姿态解算，并读取位置信息，连续记录姿态信息以及通过所述姿态信息和位置信息进行无人飞行器的飞行状态判断。

本实用新型实施例中优选的，所述信号输入传感器105还包括温度传感器，其适用于采集所述电池的环境温度，并输入至信号处理器，对所述电池信息进行补偿。

本实用新型实施例中优选的，所述温度传感器采用数字温度传感器，其直接读取电池的环境温度信息，并发送给所述信号预处理模块，所述信号预处理模块对这些信息进行平滑与预处理之后，将其发送给双工通信接口，双工通信接口则利用无线网络或卫星通信网络将采集到的数字温度数据打包输出给飞控台。

本实用新型实施例中优选的，如果所述温度传感器采用模拟温度传感器(例如，AD590)，需要配置运放电路和A/D转换电路，将其转换为数字脉冲信号再发送给所述飞行控制器。

本实用新型实施例中优选的，所述信号处理器103可以包括FPGA芯片和配置芯片，其中所述FPGA芯片完成3路陀螺脉冲信号、3路加速度计脉冲信号和数字温度信号的采集与处理并将处理结果发送给飞控台进行显示，所述配置芯片为所述FPGA芯片存储软件程序。

本实用新型实施例中优选的，所述信号处理器103进一步包括安全电量分析单元，所述安全电量分析单元用于计算所述无人飞行器从当前位置安全返航到预设位置或者从所述当前位置直接降落所需要的电池电量。

本实用新型实施例中优选的，根据所述电量检测单元实时获取电池的当前剩余电量，利用无人飞行器上的定位装置实时获取无人飞行器当前位置的坐标信息或者利用无人飞行器上的高度传感器实时获取无人飞行器当前位置的离地高度，并根据所述坐标信息或者离地高度和所述无人飞行器当前飞行状态下的能耗级别计算所述无人飞行器从所述当前位置安全返航或者安全降落所需要的电池电量。判断所述当前剩余电量是否大于所述安全电量；若所述电池的当前剩余电量不大于所述安全电量，则立即执行返航或者降落命令，或者所述飞控台向用户发出警示信号。

本实用新型实施例中优选的，所述安全电量分析单元包括用于根据所述无人飞行器的所述当前位置的坐标信息及所述预设位置的坐标信息计算所述无人飞行器安全返航所需要的安全电量的计算子单元、以及用于判断所述电池的当前剩余电量与所述安全电量大小的比较器；

或者，所述安全电量分析单元包括用于根据所述无人飞行器的所述当前位置的坐标信息及所述预设位置的坐标信息计算所述无人飞行器安全返航所需要的安全电量、且判断所述电池的当前剩余电量与所述安全电量大小的微处理器。

本实用新型实施例中优选的，所述无人飞行器从所述当前位置安全返航到所述预设位置的路径为如下一种：原飞行路径，先沿所述当前位置与所述预设位置在水平方向的直线路径然后再沿竖直方向直线路径飞行的路径，所述当前位置与所述预设位置之间的直线路径。

本实用新型实施例中优选的，计算所述无人飞行器从所述当前位置安全返航到所述预设位置所需要的电量时，所述无人飞行器根据预设标准自动选取返航路径，并根据所选取的返航路径计算所述无人飞行器从所述当前位置安全返航到所述预设位置所需要的电池电量。

本实用新型实施例中优选的，所述预设标准包括如下至少一种：消耗电量最少，返航行程最短，变速次数最少。

本实用新型实施例中优选的，所述无人飞行器从所述当前位置安全返航到所述预设位置的路径可自动设定或者由用户设定。

本实用新型实施例中优选的，所述无人飞行器从所述当前位置直接降落或者安全返航所需要的电池电量包括预留电量。

本实用新型实施例中优选的，所述预设位置为所述无人飞行器的起飞点或用户指定的目标点。当然，在本实用新型中，无人飞行器返航的预设位置不限于上述地点，也可以为其它地点，例如，当无人飞行器装载有探测地面的地理相貌的传感器时，无人飞行器返航的预设位置可以为自动选取的最佳降落点。预设位置的坐标信息可以事先存储在无人飞行器内，或者由用户直接输入。

本实用新型实施例中优选的，计算所述无人飞行器当前的续航能力时，所述电池的当前剩余电量为所述电池的实际剩余电量减去安全电量之后的电量，由此计算出的续航时间与续航里程。这样，进一步方便了非专业人员对无人飞行器的安全飞行的需求，其可以直观的根据飞控台上显示的续航时间与续航里程控制飞行器继续飞行，而不用担心所述无人飞行器无法安全返航或者安全降落的问题。

本实用新型实施例中优选的，计算所述无人飞行器当前的续航能力时，所述电池的当前剩余电量为所述电池的实际剩余电量减去安全电量及预设电量之后的电量，所述预设电量作为所述安全电量的计算误差的补偿。

本实用新型实施例中优选的，所述飞行控制器能够通过中央处理器(CPU)和/或协处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、特定用途基础电路(ASIC)以及嵌入式微处理器(ARM)实现。

本实用新型实施例公开了一种续航能力监测系统，基于无人飞行器能耗情况，将传统的电池余量提示功能升级为续航时间和续航里程的提示，并且这种提示是基于无人飞行器这样一种特殊的工作模式，将无人飞行器不规则的飞行过程，利用惯性传感器的监测数据，转化为可量化的指标，根据对无人飞行器的能耗分析，来准确估算无人飞行器的续航能力，并将其续航能力用续航时间和/或续航距离标识出来。

另一方面，本实用新型实施例基于准确估计续航能力的需求，对于无人飞行器续航能力的评估还考虑到了环境温度对于电池能效的影响，进一步提高了无人飞行器续航能力预测的准确性。

本实用新型实施例所述续航能力监测系统，还通过实时获取无人飞行器的当前位置的坐标信息，计算出无人飞行器在所述当前位置执行安全返航或者安全降落所需要的安全电量，当电池的当前剩余电量不大于安全电量时，立即执行相应的命令，从而实时保护无人飞行器，避免无人飞行器因电量不足引起的事故。

本实用新型实施例所述续航能力监测系统，还可以根据当前位置的安全电量及电池的当前剩余电量，而自动判断是否需要执行返航或者降落命令，不需要用户根据自身经验来判断，从而使得上述监测系统及方法能够更加有效、智能地保护无人飞行器。

本实用新型实施例所述续航能力监测系统，所采用的安全电量根据当前位置的坐标信息的变化而实时变化，无需无人飞行器提前返回或提前降落，从而提高电池的利用率。

实施例二、一种续航能力监测系统。

图2为本实用新型实施例2的续航能力监测系统结构示意图，本实用新型实施例将结合图2进行具体说明。

如图2所示，本实用新型实施例提供了一种续航能力监测系统，包括：无人飞行器201和飞控台202，所述无人飞行器进一步包括飞行控制板203、惯性传感器204、第一通信接口205、温度传感器206、电池207、舵机208、电机209和旋翼210，所述飞控台202进一步包括第二通信接口211、中央处理器212、续航能力分析单元213和显示设备214，其中，所述飞行控制板203通过所述第一通信接口205和第二通信接口211连接所述中央处理器212，所述飞行控制板分别与所述惯性传感器204、所述温度传感器206、所述电池207和所述舵机208连接，所述舵机208连接所述电机209，所述电机209连接所述旋翼210，所述中央处理器212分别与所述续航能力分析单元213和所述显示设备214连接。

续航能力如果从能耗的角度分析，其根本上取决于能量储备与能量消耗速度，具体到无人飞行器领域，就是电池电量分析与电池电量消耗预测。其中，电池电量分析现有技术中已有很多方法实现，比如电压测量法。但是电量消耗预测就会存在不同的解决方案，如果仍然依据电池的电量使用情况作分析，那么可能成本较高。

本实用新型实施例中优选的，可以根据无人飞行器的不同飞行动作，对无人飞行器电池的能量消耗情况进行统计。利用无人飞行器上的所述惯性传感器即可实现对无人飞行器能力消耗情况的预测。例如，无人飞行器在悬停或者巡航飞行时，相对能量消耗较低，但是在全速冲刺、高速变向、转弯以及抗风环境下的飞行等情况下，明显能耗较高。这些动作全部都能经由所述惯性传感器监测得到。

综合考虑监测成本与监测效果，下面举例说明本实用新型实施例所述续航能力监测系统。

通过所述惯性传感器实时监测所述无人飞行器的飞行状态，并将所述无人飞行器的飞行状态依次分为四种级别：第一种低耗能，例如类似无风悬停情况下的能耗；第二种中耗能，例如无风巡航飞行、抗3级以下风悬停情况下的能耗；第三种高耗能，例如高速飞行、频繁上升下降情况下的能耗；第四种超高能耗，例如急速冲刺、类似花样飞行那样的频繁高速飞行加急转弯情况下的能耗。

分别测定在上述四种能耗级别情况下，所述无人飞行器在满电的情况下，分别能够飞行的平均时长，该时间长度T1至T4为理想状态下的续航时间；然后调整无人飞行器的飞行输出功率和飞行速度，使得在T1至T4这四种时间长度的情况下，正好分别能够将无人飞行器的电力释放完毕的平均飞行速度V1至V4。该飞行速度为不同能耗级别所分别对应的理想续航速度。

本实用新型实施例中优选的，计算所述无人飞行器当前的续航能力的方法具体为：

假设电池的总电量为P，电池的当前剩余电量为Pc，P1-4为无人飞行器当前所处的能耗级别为一至四的续航能力；

那么，P1的续航能力(即所述无人飞行器当前飞行状态处于能耗级别为第一种低能耗时的续航时间与里程)为：

这样，将不特定的无人飞行器飞行动作近似为较为规律的飞行参数，并能依据所述飞行参数计算续航能力。

本实用新型实施例中优选的，所述惯性传感器可以以一个周期来统计本周期的能耗情况，例如以5秒为一个周期，判定本周期的能耗级别。当然，所述惯性传感器也可以实时检测所述无人飞行器的飞行状态，实时得到当前时刻无人飞行器所处的能耗级别。

本实用新型实施例中优选的，所述惯性传感器将检测到的飞行状态信息传输给所述中央处理器，由所述中央处理器对其进行姿态解算、判定所述无人飞行器当前所对应的能耗级别，所述续航能力分析单元根据当前电池余量情况以及当前能耗级别来预测在本能耗级别的消耗情况下，计算所述无人飞行器还能续航飞行的时间与里程。

当本周期结束后，在下一周期，所述无人飞行器重新计算和预测新的续航时间与里程。

本实用新型实施例中优选的，所述续航能力分析单元将该预测结果实时传输给所述飞控台的所述显示设备，向用户显示所述续航飞行时间与里程。当然，本实用新型实施例并不限于所述显示设备，还可以通过其他方式向用户提示无人飞行器当前的续航飞行时间与里程，例如通过语音设备实时或者在预定间隔周期内播报。

为了进一步提高上述预测的准确性，还需要提升电池的当前剩余电量的分析准确程度。

现在大多数电子设备采用的电量测量方法还比较简单，缺乏精确度。目前主流的检测方法是简单测量电池电压，估算相对应的电池剩余电量。总电量除以4或5，也就是通常能在手机屏幕上看见的4格或者5格的电量Bar，这种情况下，每格的精确度即是25％或者20％，这样的精度显然无法满足高精度要求的应用。

这种电压估测电量的方法通常如下：一块电池在放电的时候，电池的电压会随着电池电量的流失逐渐地下降。这样就可以得到一个比较简单而有效的对应关系，就是电压对应电量。通过电池正常使用(比如100mA放电)的放电曲线，对时间进行4等分，以充电限制电压为4.2V的锂电池为例，可以列出这样一个对应关系，4.20V—100％，3.85V—75％，3.75V—50％，3.60V—25％，3.40V—5％(因为基本不可能完全用光电池的电量，假设该设备的工作电压范围最低是3.4V，那么一般低于3.40V时就可能自动关机了)。

很显然，这种精度最高只有25％。另外，电池电压会随着RFPA(radiofrequencypoweramplifier，射频功率放大器)的功率发射发生突变，通常会变小0.2V-0.3V。如果一味的使用电压模拟电量方法，就会误差更大。

本实用新型实施例中优选的，为了解决电池电压突然变小的测量问题，可以利用软件算法进行均值滤波，对一段时间内的电池电压进行均值化，如果该时间段的平均电池电压确实下降了，则预估电量确实变少了，否则即认为电量并未变化。

同时再考虑到温度对电池的能力可能产生较大的影响。本实用新型实施例能够在不同环境温度下，准确的对电池的当前剩余电量统计进行有效补偿，从而得到更为精准的余电分析数据，并进一步为无人飞行器的飞行提供数据支持。

通常，在低温环境下，物质的活动倾向于更为不活跃，对于电池而言，其相应的充放电能力、充放电速度都会受到影响。由于无人飞行器上使用电池作为动力，无人飞行器在不同环境温度下，需要的动力情况差别不大，也就是意味着电池的输出功率差别不大，那么低温环境下，由于电池的蓄电能力降低，必然导致无人飞行器的续航能力降低，但是这种降低在传统技术中，并不考虑其影响。因此，导致在不同环境温度下，对无人飞行器的续航能力估计不够准确。

本实用新型实施例中优选的，可以通过查找表法(LookUpTable)来对电池的当前剩余电量统计进行有效补偿。

具体的，利用温度补偿的思路，给予在不同环境温度下测试得到的电池余量与电压之间关系的查找表，能够在一定程度上，解决无人飞行器电池余量估计不准确的问题。

查找表示例如下表1所示：

表1温度与电池的当前剩余电量之间的查找表

作为本申请的一个示例，这里的高温一般是30摄氏度以上，常温就是15-25摄氏度之间，低温一般指0摄氏度左右。当然，具体的温度设置是可以随着具体应用环境变化而改变的，在此并不构成对本发明的限制。

本实用新型实施例中优选的，还可以通过参数法来对电池的当前剩余电量统计进行有效补偿。

具体的，将温度传感器测得的环境温度作为一个变量，在考虑该变量影响的情况下，去针对电池余量数据进行补偿，也能够一定程度上解决无人飞行器电池余量估计不准确的问题。其原理为：由于温度的变化与电池能力在一定范围内是正相关的，即温度越高电池能力越高，所以该变量对电池余量分析结果的影响也是正相关的。具体的，所述正相关关系与电池所使用的材料以及具体构成有关。例如，在电池不损坏的前提下都是正相关，一般来说电池的极限工作温度是-40摄氏度到75摄氏度，但是正常工作温度0到40摄氏度比较正常。

本发明实施例中优选的，所述温度传感器是测量电池的工作温度的，所以一般是贴着电池安置的，测得的温度比环境温度通常会高一些，不过温度传感器的具体位置并不对本发明构成限制，也可以是其他放置方式。

本实用新型实施例中优选的，所述存储模块209可以是但不局限于随机存取存储器(RAM)和/或闪存。所述存储模块209的大小可以根据需求的功能定制。

本实用新型实施例公开了一种续航能力监测系统，基于无人飞行器能耗情况，将传统的电池余量提示功能升级为续航时间和续航里程的提示，并且这种提示是基于无人飞行器这样一种特殊的工作模式，将无人飞行器不规则的飞行过程，利用惯性传感器的监测数据，转化为可量化的指标，根据对无人飞行器的能耗分析，来准确估算无人飞行器的续航能力，并将其续航能力用续航时间和/或续航距离标识出来。对于无人飞行器续航能力的评估还考虑到了环境温度对于电池能效的影响，进一步提高了无人飞行器续航能力预测的准确性。

本实用新型实施例中其它内容参见上述实用新型实施例中的内容，在此不再赘述。

实施例三、一种无人飞行器续航能力监测方法。

图3为本实用新型实施例三的无人飞行器续航能力监测方法流程图，本实用新型实施例将结合图3进行具体说明。

如图3所示，本实用新型实施例提供了一种无人飞行器续航能力监测方法，所述无人飞行器利用电池供电，包括以下步骤：

步骤S301：采集电池信息；

步骤S302：采集无人飞行器的能耗信息；

步骤S303：根据所述电池信息和所述能耗信息，获得所述无人飞行器的续航能力。

本实用新型实施例中优选的，所述采集步骤之前还包括预定义能耗级别步骤，具体包括以下步骤：

所述无人飞行器的飞行状态分别对应预设数量的能耗级别；

分别测定各个能耗级别，所述无人飞行器满电情况下的理想续航时间；

分别测定所述无人飞行器在不同能耗级别下的平均飞行速度；

存储所述无人飞行器的预定义的能耗级别及相应能耗级别对应的理想续航时间和/或平均飞行速度。

本实用新型实施例中优选的，所述电池信息包括所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。

本实用新型实施例中优选的，还包括温度补偿步骤，具体包括以下步骤：

采集所述电池的环境温度；

利用所述环境温度对所述电池信息进行补偿计算，获得修正后的电池信息。

本实用新型实施例公开了一种无人飞行器续航能力监测方法，基于无人飞行器能耗情况，将传统的电池余量提示功能升级为续航时间和续航里程的提示，并且这种提示是基于无人飞行器这样一种特殊的工作模式，将无人飞行器不规则的飞行过程，利用惯性传感器的监测数据，转化为可量化的指标，根据对无人飞行器的能耗分析，来准确估算无人飞行器的续航能力，并将其续航能力用续航时间和/或续航距离标识出来。对于无人飞行器续航能力的评估还考虑到了环境温度对于电池能效的影响，进一步提高了无人飞行器续航能力预测的准确性。

本实用新型实施例中其它内容参见上述实用新型实施例中的内容，在此不再赘述。

实施例四、一种无人飞行器续航能力监测方法。

图4为本实用新型实施例四的无人飞行器续航能力监测方法流程图，本实用新型实施例将结合图4进行具体说明。

如图4所示，本实用新型实施例提供了一种无人飞行器续航能力监测方法，该方法包括以下步骤：

步骤S401：开始；

步骤S402：采集电池信息；

步骤S403：采集能耗信息；

步骤S404：根据所述电池信息和所述能耗信息，计算所述无人飞行器的续航能力；

步骤S405：输出续航时间与续航里程；

步骤S406：显示所述续航时间与续航里程；

步骤S407：计时判断是否超时？如果超时，则跳回到步骤S401；反之，跳回到步骤S406。

本实用新型实施例中优选的，所述步骤S404中计算所述无人飞行器当前的续航能力的方法具体为：

假设电池的总电量为P，电池的当前剩余电量为Pc，P1-4为无人飞行器当前所处的能耗级别为一至四的续航能力；

那么，P1的续航能力(即所述无人飞行器当前飞行状态处于能耗级别为第一种低能耗时的续航时间与里程)为：

本实用新型实施例公开了一种无人飞行器续航能力监测方法，基于无人飞行器能耗情况，将传统的电池余量提示功能升级为续航时间和续航里程的提示，并且这种提示是基于无人飞行器这样一种特殊的工作模式，将无人飞行器不规则的飞行过程，利用惯性传感器的监测数据，转化为可量化的指标，根据对无人飞行器的能耗分析，来准确估算无人飞行器的续航能力，并将其续航能力用续航时间和/或续航距离标识出来。对于无人飞行器续航能力的评估还考虑到了环境温度对于电池能效的影响，进一步提高了无人飞行器续航能力预测的准确性。

本实用新型实施例中其它内容参见上述实用新型实施例中的内容，在此不再赘述。

实施例五、一种无人飞行器。

图5为本实用新型实施例五的无人飞行器结构示意图，本实用新型实施例将结合图5进行具体说明。

如图5所示，本实用新型实施例提供了一种无人飞行器501，包括飞行控制器502、第一通信接口503、惯性传感器504和电池506，所述飞行控制器502分别与所述第一通信接口、所述惯性传感器和所述电池连接，其中，

所述飞行控制器502适用于采集所述电池的电池信息，接收所述惯性传感器504发送的所述无人飞行器501的能耗信息，控制所述无人飞行器501的飞行；

所述第一通信接口503适用于将所述飞行控制器502中的所述电池信息和所述能耗信息发送至飞控台，接收所述飞控台的控制信息。

本实用新型实施例中优选的，还包括温度传感器505，所述温度传感器505连接所述飞行控制器502，其适用于采集所述电池的环境温度，根据所述环境温度对所述电池信息进行补偿。

本实用新型实施例中其它内容参见上述实用新型实施例中的内容，在此不再赘述。

实施例六、一种飞控台。

图6为本实用新型实施例六的飞控台结构示意图，本实用新型实施例将结合图6进行具体说明。

如图6所示，本实用新型实施例提供了一种飞控台601，包括第二通信接口603、中央处理器602和续航能力分析单元604，所述中央处理器602分别与所述第二通信接口603和所述续航能力分析单元604连接，其中：

所述第二通信接口603适用于接收无人飞行器发送的电池信息和能耗信息，并向所述无人飞行器发送控制信息；

所述中央处理器602适用于对所述电池信息和能耗信息进行处理；

所述续航能力分析单元604适用于根据处理后的电池信息和能耗信息，计算所述无人飞行器的续航时间与里程。

本实用新型实施例中优选的，还包括显示设备605，所述显示设备连接所述续航能力分析单元604，其适用于显示所述无人飞行器的所述续航时间与里程。

本实用新型实施例中其它内容参见上述实用新型实施例中的内容，在此不再赘述。

本实用新型可以带来这些有益的技术效果：本实用新型实施例公开的续航能力监测系统及其无人飞行器和飞控台，基于无人飞行器能耗情况，将传统的电池余量提示功能升级为续航时间和续航里程的提示，并且这种提示是基于无人飞行器这样一种特殊的工作模式，将无人飞行器不规则的飞行过程，利用惯性传感器的监测数据，转化为可量化的指标，根据对无人飞行器的能耗分析，来准确估算无人飞行器的续航能力，并将其续航能力用续航时间和/或续航距离标识出来。对于无人飞行器续航能力的评估还考虑到了环境温度对于电池能效的影响，进一步提高了无人飞行器续航能力预测的准确性。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种续航能力监测系统，其特征在于：包括无人飞行器和飞控台、信号处理器、双工通信接口，所述无人飞行器和所述飞控台通过所述双工通信接口能够双向通信，所述无人飞行器进一步包括信号输入传感器、飞行控制器和电池，所述飞行控制器分别与所述信号输入传感器、所述双工通信接口和所述电池连接，所述信号处理器与所述飞行控制器连接，其中，

所述信号输入传感器适用于采集所述无人飞行器的能耗信息并发送至所述飞行控制器；

所述飞行控制器适用于采集所述电池信息，控制所述无人飞行器的飞行；

所述信号处理器适用于根据所述能耗信息和所述电池信息，计算所述无人飞行器的续航能力。

2.根据权利要求1所述的续航能力监测系统，其特征在于：还包括存储器，所述存储器与所述信号处理器连接，所述存储器适用于存储所述无人飞行器的预定义的能耗级别及相应能耗级别对应的理想续航时间和/或平均飞行速度。

3.根据权利要求2所述的续航能力监测系统，其特征在于：还包括电量检测单元，所述电量检测单元分别与所述电池和所述飞行控制器连接，其适用于检测所述电池的总电量和电池的当前剩余电量。

4.根据权利要求3所述的续航能力监测系统，其特征在于：所述信号输入传感器包括惯性传感器，所述惯性传感器适用于检测所述无人飞行器的飞行运动参数并发送给所述信号处理器。

5.根据权利要求1至4任一所述的续航能力监测系统，其特征在于：所述信号输入传感器还包括温度传感器，其适用于采集所述电池的环境温度，并输入至信号处理器，对所述电池信息进行补偿。

6.一种无人飞行器，其特征在于：包括飞行控制器、第一通信接口、惯性传感器和电池，所述飞行控制器分别与所述第一通信接口、所述惯性传感器和所述电池连接，其中，

所述飞行控制器适用于采集所述电池的电池信息，接收所述惯性传感器发送的所述无人飞行器的能耗信息，控制所述无人飞行器的飞行；

所述第一通信接口适用于将所述飞行控制器中的所述电池信息和所述能耗信息发送至飞控台，接收所述飞控台的控制信息。

7.根据权利要求6所述的无人飞行器，其特征在于：还包括温度传感器，所述温度传感器连接所述飞行控制器，其适用于采集所述电池的环境温度，根据所述环境温度对所述电池信息进行补偿。

8.一种飞控台，其特征在于：包括第二通信接口、中央处理器和续航能力分析单元，所述中央处理器分别与所述第二通信接口和所述续航能力分析单元连接，其中：

所述第二通信接口适用于接收无人飞行器发送的电池信息和能耗信息，并向所述无人飞行器发送控制信息；

所述中央处理器适用于对所述电池信息和能耗信息进行处理；

所述续航能力分析单元适用于根据处理后的电池信息和能耗信息，计算所述无人飞行器的续航时间与里程。

9.根据权利要求8所述的飞控台，其特征在于：还包括显示设备，所述显示设备连接所述续航能力分析单元，其适用于显示所述无人飞行器的所述续航时间与里程。