基于太空太陽能電站的電動飛機精確定位系統(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飛機精確定位系統(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出行。但是，隨著航班架次的增多及恐怖活動的加劇，飛機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，再次使人們對于飛行安全問題引起高度關(guān)注。有關(guān)專家認(rèn)為是機上人員手動關(guān)閉了飛機定位裝置從而造成飛機定位功能失效，使得MH370事件中的飛機人間蒸發(fā)，而且至今仍為找到。目前的飛機定位主要依靠星基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)閉信號傳輸，控制端將無法進行定位，該問題在目前技術(shù)手段下尚難以解決。
[0003]與此同時，飛機制造業(yè)也在發(fā)生著歷史性的變革，1957年6月30日，一架使用永磁電動機和銀鋅電池驅(qū)動的電動模型飛機“無線電皇后”號在英國試飛成功，這是有官方報道的世界上第一架電動飛機。從20世紀(jì)70年代開始，電力模型飛機開始陸續(xù)試飛，并產(chǎn)生了無線能量傳輸電動飛機的概念。但是，電動飛機的主要問題在于續(xù)航能力，雖然隨著太陽能電池效率的不斷提高，已經(jīng)可以實現(xiàn)了洲際飛行，但是受飛機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，將是推動電動飛機發(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)射微波進行電能無線傳輸?shù)母拍钜沧C實是可行的。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)的一個重要門檻，他們在夏威夷兩座相距90英里的海島上成功實現(xiàn)了微波級能量的無線遠距離傳輸，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]綜合上述三個問題可見，如果能夠為電動飛機提供可靠的動力將會促進電動飛機的商業(yè)化應(yīng)用，同時利用電動飛機對無線能量傳輸?shù)囊蕾囆?，實現(xiàn)飛機精確定位，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飛機精確定位系統(tǒng)及控制方法。
[0007]為了達到上述目的，本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動飛機精確定位系統(tǒng)包括控制端和接收端，所述的控制端包括多個太空太陽能電站、多個電力發(fā)射器和多個定位信息發(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電力接收器、多組高容量蓄電池和多個定位信息接收器，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)置于電動飛機頂部和內(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飛機供電。
[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飛機精確定位系統(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行信息交換，以確認(rèn)電動飛機的位置及是否將執(zhí)行飛行任務(wù)，如果判斷結(jié)果為“是”，則進入S3階段；否則進入S2階段；
[0011]2)系統(tǒng)空閑的S2階段:在此階段中，系統(tǒng)待機30秒，然后進入SI階段的入口 ；
[0012]3)無線能量輸送的S3階段:在此階段中，控制端上的多個太空太陽能電站向多個電力發(fā)射器輸出電能，多個電力發(fā)射器根據(jù)系統(tǒng)指定的電動飛機上電力接收器的識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存在高容量蓄電池內(nèi)，供電動飛機起飛及巡航使用，然后進入S4階段；
[0013]4)判斷飛機空間坐標(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)射信號的空間坐標(biāo)關(guān)系，計算出電動飛機的動態(tài)坐標(biāo)，并持續(xù)進行電能輸送，同時將計算出的飛機坐標(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，然后進入S5階段；
[0014]5)判斷是否偏離航線或已到達目標(biāo)機場的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階段計算得到的電動飛機動態(tài)坐標(biāo)和電動飛機起飛前申請的航線判斷電動飛機是否偏離航線，如果判斷結(jié)果為“是”，則進入S6階段；否則返回S3階段，持續(xù)為電動飛機供電；
[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算得到的飛機坐標(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)電動飛機坐標(biāo)的變化情況判斷電動飛機是否回到規(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，從而降低電動飛機中高容量蓄電池的電量，以縮短電動飛機的續(xù)航時間，同時向飛行員和地面管理人員發(fā)送警告，然后進入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)電動飛機的動態(tài)坐標(biāo)判斷電動飛機是否由于機械原因迫降周邊機場或是否回到規(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)，同時將電動飛機的飛行記錄發(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)束此架電動飛機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飛機精確定位系統(tǒng)及控制方法具有如下優(yōu)點: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)在電動飛機不能因試圖躲避定位而手動關(guān)閉飛機上的電力接收器。
【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飛機精確定位系統(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飛機精確定位系統(tǒng)的控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的基于太空太陽能電站的電動飛機精確定位系統(tǒng)及控制方法進行詳細說明。
[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飛機精確定位系統(tǒng)包括控制端I和接收端2，所述的控制端I包括多個太空太陽能電站3、多個電力發(fā)射器4和多個定位信息發(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包括多個電力接收器7、多組高容量蓄電池8和多個定位信息接收器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)置于電動飛機頂部和內(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相連并為電動飛機供電。
[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]多個電動飛機上的多個定位信息接收器9帶有各自獨立的、與航班信息相匹配的識別碼。
[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飛機精確定位系統(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進行信息交換