基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于飛機(jī)定位技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著民航業(yè)的發(fā)展，越來越多的人選擇乘坐飛機(jī)出行。但是，隨著航班架次的增多及恐怖活動(dòng)的加劇，飛機(jī)安全問題日益引起公眾關(guān)注。尤其是2014年馬航MH370事件的發(fā)生，再次使人們對(duì)于飛行安全問題引起高度關(guān)注。有關(guān)專家認(rèn)為是機(jī)上人員手動(dòng)關(guān)閉了飛機(jī)定位裝置從而造成飛機(jī)定位功能失效，使得MH370事件中的飛機(jī)人間蒸發(fā)，而且至今仍為找到。目前的飛機(jī)定位主要依靠星基GPS系統(tǒng)，通過MH370事件發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)最大的問題在于:如果發(fā)射端關(guān)閉信號(hào)傳輸，控制端將無法進(jìn)行定位，該問題在目前技術(shù)手段下尚難以解決。
[0003]與此同時(shí)，飛機(jī)制造業(yè)也在發(fā)生著歷史性的變革，1957年6月30日，一架使用永磁電動(dòng)機(jī)和銀鋅電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)模型飛機(jī)“無線電皇后”號(hào)在英國試飛成功，這是有官方報(bào)道的世界上第一架電動(dòng)飛機(jī)。從20世紀(jì)70年代開始，電力模型飛機(jī)開始陸續(xù)試飛，并產(chǎn)生了無線能量傳輸電動(dòng)飛機(jī)的概念。但是，電動(dòng)飛機(jī)的主要問題在于續(xù)航能力，雖然隨著太陽能電池效率的不斷提高，已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)了洲際飛行，但是受飛機(jī)載重量限制而無法應(yīng)用于商業(yè)用途。因此，如果能解決高效率的無線能量傳輸問題，將是推動(dòng)電動(dòng)飛機(jī)發(fā)展的里程碑。
[0004]在電力能源領(lǐng)域，自從二十世紀(jì)六十年代以來，人類就從科學(xué)角度論證了太空太陽能發(fā)電技術(shù)的可行性，而從太空軌道往地面發(fā)射微波進(jìn)行電能無線傳輸?shù)母拍钜沧C實(shí)是可行的。2008年，美國和日本兩國的科研人員已跨越了太空太陽能發(fā)電技術(shù)的一個(gè)重要門檻，他們在夏威夷兩座相距90英里的海島上成功實(shí)現(xiàn)了微波級(jí)能量的無線遠(yuǎn)距離傳輸，這一距離相當(dāng)于從太空軌道傳送能量到地面所要穿透的大氣層厚度。
[0005]綜合上述三個(gè)問題可見，如果能夠?yàn)殡妱?dòng)飛機(jī)提供可靠的動(dòng)力將會(huì)促進(jìn)電動(dòng)飛機(jī)的商業(yè)化應(yīng)用，同時(shí)利用電動(dòng)飛機(jī)對(duì)無線能量傳輸?shù)囊蕾囆?，?shí)現(xiàn)飛機(jī)精確定位，將可以避免類似MH370事件的再次發(fā)生，從而提升民航運(yùn)輸?shù)陌踩健?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)及控制方法。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)包括控制端和接收端，所述的控制端包括多個(gè)太空太陽能電站、多個(gè)電力發(fā)射器和多個(gè)定位信息發(fā)射器，其中太空太陽能電站為設(shè)有太陽能電站的地球靜止衛(wèi)星，其上設(shè)有控制裝置；電力發(fā)射器和信息傳輸器設(shè)置于太空太陽能電站上，并且太空太陽能電站與電力發(fā)射器和信息傳輸器相連接；所述的接收端包括多個(gè)電力接收器、多組高容量蓄電池和多個(gè)定位信息接收器，其中電力接收器、高容量蓄電池和定位信息接收器分別設(shè)置于電動(dòng)飛機(jī)頂部和內(nèi)部，且高容量蓄電池與電力接收器及定位信息接收器相連并為電動(dòng)飛機(jī)供電。
[0008]所述的定位信息發(fā)射器和定位信息接收器以無線方式連接；電力發(fā)射器以無線方式向電力接收器傳輸能量。
[0009]本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)的控制方法括按順序執(zhí)行的下列步驟:
[0010]I)判斷飛機(jī)是否起飛的SI階段:在此階段中，控制端上的定位信息發(fā)射器與接收端上的定位信息接收器進(jìn)行信息交換，以確認(rèn)電動(dòng)飛機(jī)的位置及是否將執(zhí)行飛行任務(wù)，如果判斷結(jié)果為“是”，則進(jìn)入S3階段；否則進(jìn)入S2階段；
[0011]2)系統(tǒng)空閑的S2階段:在此階段中，系統(tǒng)待機(jī)30秒，然后進(jìn)入SI階段的入口 ；
[0012]3)無線能量輸送的S3階段:在此階段中，控制端上的多個(gè)太空太陽能電站向多個(gè)電力發(fā)射器輸出電能，多個(gè)電力發(fā)射器根據(jù)系統(tǒng)指定的電動(dòng)飛機(jī)上電力接收器的識(shí)別碼向指定電力接收器輸送電能，接收電能的電力接收器將所接收到的電能儲(chǔ)存在高容量蓄電池內(nèi)，供電動(dòng)飛機(jī)起飛及巡航使用，然后進(jìn)入S4階段；
[0013]4)判斷飛機(jī)空間坐標(biāo)的S4階段:在此階段中，太空太陽能電站上的控制裝置將根據(jù)電力發(fā)射器向電力接收器發(fā)射信號(hào)的空間坐標(biāo)關(guān)系，計(jì)算出電動(dòng)飛機(jī)的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)，并持續(xù)進(jìn)行電能輸送，同時(shí)將計(jì)算出的飛機(jī)坐標(biāo)通過控制端上的定位信息發(fā)射器傳輸給接收端上的定位信息接收器，供飛行員參考，然后進(jìn)入S5階段；
[0014]5)判斷是否偏離航線或已到達(dá)目標(biāo)機(jī)場的S5階段:在此階段中，太空太陽能電站上的控制裝置將根據(jù)S4階段計(jì)算得到的電動(dòng)飛機(jī)動(dòng)態(tài)坐標(biāo)和電動(dòng)飛機(jī)起飛前申請(qǐng)的航線判斷電動(dòng)飛機(jī)是否偏離航線，如果判斷結(jié)果為“是”，則進(jìn)入S6階段；否則返回S3階段，持續(xù)為電動(dòng)飛機(jī)供電；
[0015]6)發(fā)出提示信息的S6階段:在此階段中，太空太陽能電站上的控制裝置將計(jì)算得到的飛機(jī)坐標(biāo)通過控制端上的定位信息發(fā)射器傳輸給接收端上的定位信息接收器，并向飛行員發(fā)出偏航警告，然后進(jìn)入S7階段；
[0016]7)判斷是否繼續(xù)能量輸送的S7階段:在此階段中，太空太陽能電站上的控制裝置將根據(jù)電動(dòng)飛機(jī)坐標(biāo)的變化情況判斷電動(dòng)飛機(jī)是否回到規(guī)定航線，如果判斷結(jié)果為“是”，則返回S3階段；否則進(jìn)入S8階段；
[0017]8)降低能量輸送功率，發(fā)出警告的S8階段:在此階段中，在太空太陽能電站上控制裝置的控制下將降低太空太陽能電站向電力發(fā)射器的輸出功率，從而降低電動(dòng)飛機(jī)中高容量蓄電池的電量，以縮短電動(dòng)飛機(jī)的續(xù)航時(shí)間，同時(shí)向飛行員和地面管理人員發(fā)送警告，然后進(jìn)入S9階段；
[0018]9)判斷是否降落或恢復(fù)航線的S9階段:在此階段中，太空太陽能電站上的控制裝置將根據(jù)電動(dòng)飛機(jī)的動(dòng)態(tài)坐標(biāo)判斷電動(dòng)飛機(jī)是否由于機(jī)械原因迫降周邊機(jī)場或是否回到規(guī)定航線，如果判斷結(jié)果為“是”，則返回S7階段；否則進(jìn)入SlO階段；
[0019]10)停止能量輸送，發(fā)送飛行記錄的SlO階段:在此階段中，太空太陽能電站上的控制裝置將停止太空太陽能電站的電能輸出，以迫使飛行員在高容量蓄電池電量耗盡前聯(lián)系地面管理人員以恢復(fù)電力供應(yīng)，同時(shí)將電動(dòng)飛機(jī)的飛行記錄發(fā)送給地面管理人員以等待地面管理人員的人工干預(yù)，然后進(jìn)入Sll階段；
[0020]11)判斷是否恢復(fù)能量輸送的Sll階段:在此階段中，太空太陽能電站上的控制裝置將判斷地面管理人員是否發(fā)出“恢復(fù)能量輸送”的指令，如果判斷結(jié)果為“是”，則返回S3階段；否則結(jié)束此架電動(dòng)飛機(jī)的無線供電及精確定位導(dǎo)航工作。
[0021 ] 本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)及控制方法具有如下優(yōu)點(diǎn):1)綠色環(huán)保。本系統(tǒng)采用了綠色能源一一太陽能，避免了航空煤油燃燒造成的碳排放，基本實(shí)現(xiàn)了零排放，符合民航發(fā)展的大方向。2)定位精度高。利用太空太陽能電站進(jìn)行無線能量傳輸，其精準(zhǔn)程度要高于星基GPS系統(tǒng)，最主要的原因體現(xiàn)在電動(dòng)飛機(jī)不能因試圖躲避定位而手動(dòng)關(guān)閉飛機(jī)上的電力接收器。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)組成框圖。
[0023]圖2為本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)的控制方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)及控制方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)包括控制端I和接收端2，所述的控制端I包括多個(gè)太空太陽能電站3、多個(gè)電力發(fā)射器4和多個(gè)定位信息發(fā)射器5，其中太空太陽能電站3為設(shè)有太陽能電站的地球靜止衛(wèi)星，其上設(shè)有控制裝置；電力發(fā)射器4和信息傳輸器5設(shè)置于太空太陽能電站3上，并且太空太陽能電站3與電力發(fā)射器4和信息傳輸器5相連接；所述的接收端2包括多個(gè)電力接收器7、多組高容量蓄電池8和多個(gè)定位信息接收器9，其中電力接收器7、高容量蓄電池8和定位信息接收器9分別設(shè)置于電動(dòng)飛機(jī)頂部和內(nèi)部，且高容量蓄電池8與電力接收器7及定位信息接收器9相連并為電動(dòng)飛機(jī)供電。
[0026]所述的定位信息發(fā)射器5和定位信息接收器9以無線方式連接；電力發(fā)射器4以無線方式向電力接收器7傳輸能量。
[0027]多個(gè)電動(dòng)飛機(jī)上的多個(gè)定位信息接收器9帶有各自獨(dú)立的、與航班信息相匹配的識(shí)別碼。
[0028]如圖2所示，本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動(dòng)飛機(jī)精確定位系統(tǒng)的控制方法括按順序執(zhí)行的下列步驟:
[0029]I)判斷飛機(jī)是否起飛的SI階段:在此階段中，控制端I上的定位信息發(fā)射器5與接收端2上的定位信息接收器9進(jìn)行信息交換