[发明专利]一种自动追踪的无人机激光充电装置及追踪方法

说明书

本发明公开了一种自动追踪的无人机激光充电装置及追踪方法，其中自动追踪的无人机激光充电装置包括：激光发射端及激光接收端；所述激光发射端的内部周向均布有多个激光管，每个所述激光管均对应设置有聚光反射镜，多路激光能够通过所述聚光反射镜的反射汇聚到达集束单元，并由所述集束单元将激光束射出；所述激光接收端的内部设置有扩束镜及砷化镓阵列，所述扩束镜用以将接收到的激光束的直径放大，并使砷化镓阵列将光能转化为电能。能够解决装置集成度低的问题，实现高精度的激光追踪，并有效提高能量转化率。

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，涉及一种自动追踪的无人机激光充电装置及追踪方法。

背景技术

随着科学技术的发展，无人机逐渐走进民用领域，但无人机续航短的弊病也随之暴露出来，如果增大电池容量，则会增大无人机的载重，这限制了无人机的灵活性。如果在无人机飞行过程中能够持续充电，续航时间将有大幅度提升，目前最具发展前景的高空长航时无人机是太阳能动力无人机。但是由于太阳照射的不稳定性，限制了太阳能动力无人机的续航时间。为进一步延长无人机的续航时间，采用激光代替太阳光对无人机进行无线的远程充电将是一种新的方案。

虽然现有激光充电装置在远距离无线充电和动态跟踪得到一定的应用，取得了一定的效果，但是如果真正实现激光无线充电的稳定运行，还存在一些问题，主要体现在：

1)装置集成度低

由于激光器为高能装置，大功率激光器在国内产量较少，体积较大，大功率单束激光成本极高，散热及供电方式需要独立设计，这就造成了激光供能装置大部分体积要偏向于激光器本身，集成度势必会降低。现有的发明和相关专利都是使用单束高能，功率达到100W的激光，但是这种激光器成本高昂，且需要自己去设计供电系统以及良好的散热系统，普通民用领域是无法购买这类高能激光器，而且对于参与实验的人员可能会造成危险，需要单独配备特殊的吸能墙。另外，采用单束高能的激光器一旦出现损坏，则会直接导致激光器的无法使用，需要对激光器进行整体更换。

2)激光追踪精度差

在现有的无人机激光无线充电的装置上采用的相机和旋转步进电机的精度均有些偏低，导致在装置进行跟踪时，扰动较大，并且对于特定区域的旋转响应速度慢，瞄准精度过低。现有的相关实验成品都只能让无人机飞到特定的区域进行充电，这大大限制了无人机的用途广泛性，同时在无人机进行充电时，激光发射装置的动态跟踪云台无法高速跟踪且跟踪精度略有偏差，导致部分激光直接浪费或射到无人机机身上，甚至会对无人机造成不必要的损伤。

3)光电转化效率低

采用传统的单晶硅，它的转化效率低于15％，如果给无人机充电的话，小面积的太阳能板难以达到无人机的供电需求，如果加大面积，则会对无人机的飞行性能产生不必要的附加影响。对于无法解决光电转化效率低的问题，普通的单晶硅光伏电池有一个通病，那就是转化效率过低，导致光伏电池输出功率不足以维持无人机飞行，但是如果增加无人机的光伏板受光面积，则会影响无人机的飞行性能。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种自动追踪的无人机激光充电装置及追踪方法，能够解决装置集成度低的问题，实现高精度的激光追踪，并有效提高能量转化率。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自动追踪的无人机激光充电装置，包括：激光发射端及激光接收端；

所述激光发射端的内部周向均布有多个激光管，每个所述激光管均对应设置有聚光反射镜，多路激光能够通过所述聚光反射镜的反射汇聚到达集束单元，并由所述集束单元将激光束射出；

所述激光接收端的内部设置有扩束镜及砷化镓阵列，所述扩束镜用以将接收到的激光束的直径放大，并使砷化镓阵列将光能转化为电能。