CN104808683B - 基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统及控制方法。系统包括控制端和接收端，控制端包括多个太空太阳能电站、多个电力发射器和多个定位信息发射器，其中太空太阳能电站为设有太阳能电站的地球静止卫星，电力发射器和信息传输器设置于多个太空太阳能电站上；接收端包括多个电力接收器、多组高容量蓄电池和多个定位信息接收器，其中电力接收器、高容量蓄电池和定位信息接收器分别设置于电动飞机顶部和内部，且高容量蓄电池与电力接收器和定位信息接收器相互连接并为电动飞机供电。本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统及控制方法能实现电动飞机的远距离无线供电、实时判断飞机的空间坐标，具有节能环保、定位准确的特点。
Description
技术领域
本发明属于飞机定位技术领域，特别是涉及一种基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统及控制方法。
背景技术
随着民航业的发展，越来越多的人选择乘坐飞机出行。但是，随着航班架次的增多及恐怖活动的加剧，飞机安全问题日益引起公众关注。尤其是2014年马航MH370事件的发生，再次使人们对于飞行安全问题引起高度关注。有关专家认为是机上人员手动关闭了飞机定位装置从而造成飞机定位功能失效，使得MH370事件中的飞机人间蒸发，而且至今仍为找到。目前的飞机定位主要依靠星基GPS系统，通过MH370事件发现，该系统最大的问题在于：如果发射端关闭信号传输，控制端将无法进行定位，该问题在目前技术手段下尚难以解决。
与此同时，飞机制造业也在发生着历史性的变革，1957年6月30日，一架使用永磁电动机和银锌电池驱动的电动模型飞机“无线电皇后”号在英国试飞成功，这是有官方报道的世界上第一架电动飞机。从20世纪70年代开始，电力模型飞机开始陆续试飞，并产生了无线能量传输电动飞机的概念。但是，电动飞机的主要问题在于续航能力，虽然随着太阳能电池效率的不断提高，已经可以实现了洲际飞行，但是受飞机载重量限制而无法应用于商业用途。因此，如果能解决高效率的无线能量传输问题，将是推动电动飞机发展的里程碑。
在电力能源领域，自从二十世纪六十年代以来，人类就从科学角度论证了太空太阳能发电技术的可行性，而从太空轨道往地面发射微波进行电能无线传输的概念也证实是可行的。2008年，美国和日本两国的科研人员已跨越了太空太阳能发电技术的一个重要门槛，他们在夏威夷两座相距90英里的海岛上成功实现了微波级能量的无线远距离传输，这一距离相当于从太空轨道传送能量到地面所要穿透的大气层厚度。
综合上述三个问题可见，如果能够为电动飞机提供可靠的动力将会促进电动飞机的商业化应用，同时利用电动飞机对无线能量传输的依赖性，实现飞机精确定位，将可以避免类似MH370事件的再次发生，从而提升民航运输的安全水平。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统及控制方法。
为了达到上述目的，本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统包括控制端和接收端，所述的控制端包括多个太空太阳能电站、多个电力发射器和多个定位信息发射器，其中太空太阳能电站为设有太阳能电站的地球静止卫星，其上设有控制装置；电力发射器和定位信息发射器设置于太空太阳能电站上，并且太空太阳能电站与电力发射器和定位信息发射器相连接；所述的接收端包括多个电力接收器、多组高容量蓄电池和多个定位信息接收器，其中电力接收器、高容量蓄电池和定位信息接收器分别设置于电动飞机顶部和内部，且高容量蓄电池与电力接收器及定位信息接收器相连并为电动飞机供电。
所述的定位信息发射器和定位信息接收器以无线方式连接；电力发射器以无线方式向电力接收器传输能量。
本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统的控制方法括按顺序执行的下列步骤：
1)判断飞机是否起飞的S1阶段：在此阶段中，控制端上的定位信息发射器与接收端上的定位信息接收器进行信息交换，以确认电动飞机的位置及是否将执行飞行任务，如果判断结果为“是”，则进入S3阶段；否则进入S2阶段；
2)系统空闲的S2阶段：在此阶段中，系统待机30秒，然后进入S1阶段的入口；
3)无线能量输送的S3阶段：在此阶段中，控制端上的多个太空太阳能电站向多个电力发射器输出电能，多个电力发射器根据系统指定的电动飞机上电力接收器的识别码向指定电力接收器输送电能，接收电能的电力接收器将所接收到的电能储存在高容量蓄电池内，供电动飞机起飞及巡航使用，然后进入S4阶段；
4)判断飞机空间坐标的S4阶段：在此阶段中，太空太阳能电站上的控制装置将根据电力发射器向电力接收器发射信号的空间坐标关系，计算出电动飞机的动态坐标，并持续进行电能输送，同时将计算出的飞机坐标通过控制端上的定位信息发射器传输给接收端上的定位信息接收器，供飞行员参考，然后进入S5阶段；
5)判断是否偏离航线或已到达目标机场的S5阶段：在此阶段中，太空太阳能电站上的控制装置将根据S4阶段计算得到的电动飞机动态坐标和电动飞机起飞前申请的航线判断电动飞机是否偏离航线，如果判断结果为“是”，则进入S6阶段；否则返回S3阶段，持续为电动飞机供电；
6)发出提示信息的S6阶段：在此阶段中，太空太阳能电站上的控制装置将计算得到的飞机坐标通过控制端上的定位信息发射器传输给接收端上的定位信息接收器，并向飞行员发出偏航警告，然后进入S7阶段；
7)判断是否继续能量输送的S7阶段：在此阶段中，太空太阳能电站上的控制装置将根据电动飞机坐标的变化情况判断电动飞机是否回到规定航线，如果判断结果为“是”，则返回S3阶段；否则进入S8阶段；
8)降低能量输送功率，发出警告的S8阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站上控制装置的控制下将降低太空太阳能电站向电力发射器的输出功率，从而降低电动飞机中高容量蓄电池的电量，以缩短电动飞机的续航时间，同时向飞行员和地面管理人员发送警告，然后进入S9阶段；
9)判断是否降落或恢复航线的S9阶段：在此阶段中，太空太阳能电站上的控制装置将根据电动飞机的动态坐标判断电动飞机是否由于机械原因迫降周边机场或是否回到规定航线，如果判断结果为“是”，则返回S7阶段；否则进入S10阶段；
10)停止能量输送，发送飞行记录的S10阶段：在此阶段中，太空太阳能电站上的控制装置将停止太空太阳能电站的电能输出，以迫使飞行员在高容量蓄电池电量耗尽前联系地面管理人员以恢复电力供应，同时将电动飞机的飞行记录发送给地面管理人员以等待地面管理人员的人工干预，然后进入S11阶段；
11)判断是否恢复能量输送的S11阶段：在此阶段中，太空太阳能电站上的控制装置将判断地面管理人员是否发出“恢复能量输送”的指令，如果判断结果为“是”，则返回S3阶段；否则结束此架电动飞机的无线供电及精确定位导航工作。
本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统及控制方法具有如下优点：1)绿色环保。本系统采用了绿色能源——太阳能，避免了航空煤油燃烧造成的碳排放，基本实现了零排放，符合民航发展的大方向。2)定位精度高。利用太空太阳能电站进行无线能量传输，其精准程度要高于星基GPS系统，最主要的原因体现在电动飞机不能因试图躲避定位而手动关闭飞机上的电力接收器。
附图说明
图1为本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统组成框图。
图2为本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统及控制方法进行详细说明。
如图1所示，本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统包括控制端1和接收端2，所述的控制端1包括多个太空太阳能电站3、多个电力发射器4和多个定位信息发射器5，其中太空太阳能电站3为设有太阳能电站的地球静止卫星，其上设有控制装置；电力发射器4和定位信息发射器5设置于太空太阳能电站3上，并且太空太阳能电站3与电力发射器4和定位信息发射器5相连接；所述的接收端2包括多个电力接收器7、多组高容量蓄电池8和多个定位信息接收器9，其中电力接收器7、高容量蓄电池8和定位信息接收器9分别设置于电动飞机顶部和内部，且高容量蓄电池8与电力接收器7及定位信息接收器9相连并为电动飞机供电。
所述的定位信息发射器5和定位信息接收器9以无线方式连接；电力发射器4以无线方式向电力接收器7传输能量。
多个电动飞机上的多个定位信息接收器9带有各自独立的、与航班信息相匹配的识别码。
如图2所示，本发明提供的基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统的控制方法括按顺序执行的下列步骤：
1)判断飞机是否起飞的S1阶段：在此阶段中，控制端1上的定位信息发射器5与接收端2上的定位信息接收器9进行信息交换，以确认电动飞机的位置及是否将执行飞行任务，如果判断结果为“是”，则进入S3阶段；否则进入S2阶段；
2)系统空闲的S2阶段：在此阶段中，系统待机30秒，然后进入S1阶段的入口；
3)无线能量输送的S3阶段：在此阶段中，控制端1上的多个太空太阳能电站3向多个电力发射器4输出电能，多个电力发射器4根据系统指定的电动飞机上电力接收器7的识别码向指定电力接收器7输送电能，接收电能的电力接收器7将所接收到的电能储存在高容量蓄电池8内，供电动飞机起飞及巡航使用，然后进入S4阶段；
4)判断飞机空间坐标的S4阶段：在此阶段中，太空太阳能电站3上的控制装置将根据电力发射器4向电力接收器7发射信号的空间坐标关系，计算出电动飞机的动态坐标，并持续进行电能输送，同时将计算出的飞机坐标通过控制端1上的定位信息发射器5传输给接收端2上的定位信息接收器9，供飞行员参考，然后进入S5阶段；
5)判断是否偏离航线或已到达目标机场的S5阶段：在此阶段中，太空太阳能电站3上的控制装置将根据S4阶段计算得到的电动飞机动态坐标和电动飞机起飞前申请的航线判断电动飞机是否偏离航线，如果判断结果为“是”，则进入S6阶段；否则返回S3阶段，持续为电动飞机供电；
6)发出提示信息的S6阶段：在此阶段中，太空太阳能电站3上的控制装置将计算得到的飞机坐标通过控制端1上的定位信息发射器5传输给接收端2上的定位信息接收器9，并向飞行员发出偏航警告，然后进入S7阶段；
7)判断是否继续能量输送的S7阶段：在此阶段中，太空太阳能电站3上的控制装置将根据电动飞机坐标的变化情况判断电动飞机是否回到规定航线，如果判断结果为“是”，则返回S3阶段；否则进入S8阶段；
8)降低能量输送功率，发出警告的S8阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站3上控制装置的控制下将降低太空太阳能电站3向电力发射器4的输出功率，从而降低电动飞机中高容量蓄电池8的电量，以缩短电动飞机的续航时间，同时向飞行员和地面管理人员发送警告，然后进入S9阶段；
9)判断是否降落或恢复航线的S9阶段：在此阶段中，太空太阳能电站3上的控制装置将根据电动飞机的动态坐标判断电动飞机是否由于机械原因迫降周边机场或是否回到规定航线，如果判断结果为“是”，则返回S7阶段；否则进入S10阶段；
10)停止能量输送，发送飞行记录的S10阶段：在此阶段中，太空太阳能电站3上的控制装置将停止太空太阳能电站3的电能输出，以迫使飞行员在高容量蓄电池8电量耗尽前联系地面管理人员以恢复电力供应，同时将电动飞机的飞行记录发送给地面管理人员以等待地面管理人员的人工干预，然后进入S11阶段；
11)判断是否恢复能量输送的S11阶段：在此阶段中，太空太阳能电站3上的控制装置将判断地面管理人员是否发出“恢复能量输送”的指令，如果判断结果为“是”，则返回S3阶段；否则结束此架电动飞机的无线供电及精确定位导航工作。
Claims (1)
1.一种基于太空太阳能电站的电动飞机精确定位系统的控制方法，所述的系统包括控制端(1)和接收端(2)，所述的控制端(1)包括多个太空太阳能电站(3)、多个电力发射器(4)和多个定位信息发射器(5)，其中太空太阳能电站(3)为设有太阳能电站的地球静止卫星，其上设有控制装置；电力发射器(4)和定位信息发射器(5)设置于太空太阳能电站(3)上，并且太空太阳能电站(3)与电力发射器(4)和定位信息发射器(5)相连接；所述的接收端(2)包括多个电力接收器(7)、多组高容量蓄电池(8)和多个定位信息接收器(9)，其中电力接收器(7)、高容量蓄电池(8)和定位信息接收器(9)分别设置于电动飞机顶部和内部，且高容量蓄电池(8)与电力接收器(7)及定位信息接收器(9)相连并为电动飞机供电；
其特征在于：所述的控制方法包括按顺序执行的下列步骤：
1)判断飞机是否起飞的S1阶段：在此阶段中，控制端(1)上的定位信息发射器(5)与接收端(2)上的定位信息接收器(9)进行信息交换，以确认电动飞机的位置及是否将执行飞行任务，如果判断结果为“是”，则进入S3阶段；否则进入S2阶段；
2)系统空闲的S2阶段：在此阶段中，系统待机30秒，然后进入S1阶段的入口；
3)无线能量输送的S3阶段：在此阶段中，控制端(1)上的多个太空太阳能电站(3)向多个电力发射器(4)输出电能，多个电力发射器(4)根据系统指定的电动飞机上电力接收器(7)的识别码向指定电力接收器(7)输送电能，接收电能的电力接收器(7)将所接收到的电能储存在高容量蓄电池(8)内，供电动飞机起飞及巡航使用，然后进入S4阶段；
4)判断飞机空间坐标的S4阶段：在此阶段中，太空太阳能电站(3)上的控制装置将根据电力发射器(4)向电力接收器(7)发射信号的空间坐标关系，计算出电动飞机的动态坐标，并持续进行电能输送，同时将计算出的飞机坐标通过控制端(1)上的定位信息发射器(5)传输给接收端(2)上的定位信息接收器(9)，供飞行员参考，然后进入S5阶段；
5)判断是否偏离航线或已到达目标机场的S5阶段：在此阶段中，太空太阳能电站(3)上的控制装置将根据S4阶段计算得到的电动飞机动态坐标和电动飞机起飞前申请的航线判断电动飞机是否偏离航线，如果判断结果为“是”，则进入S6阶段；否则返回S3阶段，持续为电动飞机供电；
6)发出提示信息的S6阶段：在此阶段中，太空太阳能电站(3)上的控制装置将计算得到的飞机坐标通过控制端(1)上的定位信息发射器(5)传输给接收端(2)上的定位信息接收器(9)，并向飞行员发出偏航警告，然后进入S7阶段；
7)判断是否继续能量输送的S7阶段：在此阶段中，太空太阳能电站(3)上的控制装置将根据电动飞机坐标的变化情况判断电动飞机是否回到规定航线，如果判断结果为“是”，则返回S3阶段；否则进入S8阶段；
8)降低能量输送功率，发出警告的S8阶段：在此阶段中，在太空太阳能电站(3)上控制装置的控制下将降低太空太阳能电站(3)向电力发射器(4)的输出功率，从而降低电动飞机中高容量蓄电池(8)的电量，以缩短电动飞机的续航时间，同时向飞行员和地面管理人员发送偏航警报，然后进入S9阶段；
9)判断是否降落或恢复航线的S9阶段：在此阶段中，太空太阳能电站(3)上的控制装置将根据电动飞机的动态坐标判断电动飞机是否由于机械原因迫降周边机场或是否回到规定航线，如果判断结果为“是”，则返回S7阶段；否则进入S10阶段；
10)停止能量输送，发送飞行记录的S10阶段：在此阶段中，太空太阳能电站(3)上的控制装置将停止太空太阳能电站(3)的电能输出，以迫使飞行员在高容量蓄电池(8)电量耗尽前联系地面管理人员以恢复电力供应，同时将电动飞机的飞行记录发送给地面管理人员以等待地面管理人员的人工干预，然后进入S11阶段；
11)判断是否恢复能量输送的S11阶段：在此阶段中，太空太阳能电站(3)上的控制装置将判断地面管理人员是否发出“恢复能量输送”的指令，如果判断结果为“是”，则返回S3阶段；否则结束此架电动飞机的无线供电及精确定位导航工作。
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