CN110048762A - 一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法 - Google Patents

一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法，用于为民航客机提供无线网络信号；在民航客机的飞行航路上均布设置有若干架能够发射无线网络信号的太阳能无人机，每架太阳能无人机飞行在15000m的高空且相隔100km配置一架太阳能无人机，每架太阳能无人机处于低速飞行状态，相邻的太阳能无人机之间通信连接，若干架太阳能无人机构成了空中通信链路。本发明采用太阳能无人机构建空中通信链路，为民航客机提供空中无线网络，成本低、效率高、通信信号稳定。

Description

一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法
技术领域
本发明属于空中通信网络领域，具体涉及一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法。
背景技术
目前，一般情况下，在民航客机上是无法使用网络的，一方面是出于飞行安全考虑，防止信号干扰影响飞机飞行；另一方面是网络实现复杂，成本高。现有的民航客机上网方式，主要包括卫星通信模式和地面基站模式(ATG)。卫星通信模式是在飞机和中低空卫星之间建立通信链路，但卫星通信距离较远，通常要应用到高增益微波天线，发射功率大，整个通信网络实现复杂且成本高。地面基站模式(ATG)需要沿飞行航路或特定空域架设地面基站，以向高空进行覆盖，即利用这些地面基站与飞机直接进行信息传输，然而，这种方式存在一定的局限性，部署地面基站时，很难跨国部署，因此这种通讯方式不适于国际航线使用，较适合于国土陆地面积较大的国家；同时，由于地面基站信号影响的面积有限，存在信号覆盖范围不够广泛的问题，不如卫星通信模式辐射范围广。
当前，随着研究的深入和技术的发展，无人机在各个领域的应用越来越广泛，特别是新材料新技术的出现更是赋予了无人机特种功能，本发明旨在将无人机应用在民航客机通信领域。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在的问题和不足，提出一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法，采用太阳能无人机构建空中通信链路，为民航客机提供空中无线网络，成本低、效率高、通信信号稳定。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法，用于为民航客机提供无线网络信号；在民航客机的飞行航路上均布设置有若干架能够发射无线网络信号的太阳能无人机，每架太阳能无人机飞行在15000m的高空且相隔100km配置一架太阳能无人机，每架太阳能无人机处于低速飞行状态，相邻的太阳能无人机之间通信连接，若干架太阳能无人机构成了空中通信链路；
太阳能无人机的外表面采用若干片多晶半柔太阳能电池板覆盖，多晶半柔太阳能电池板是以树脂包封的无定型硅作为主要发光元件层平铺在柔性材料底板上制成，同时采用PE镀膜技术提高弱光性能；若干片多晶半柔太阳能电池板构成了太阳能电池，为太阳能无人机供电，太阳能电池的输出采用肖特基二极管防回流处理，太阳能电池与太阳能无人机供电线路接口采用防水接线处理；
每架太阳能无人机与地面卫星站通信，地面卫星站连接电信网络，从而使太阳能无人机接入电信网络，太阳能无人机再通过无线网络发射装置发出无线网络信号，向飞行航路上的民航客机进行无线网络覆盖；太阳能无人机的无线网络信号采用2.4GHz频段通信，采用跳频的方式，不会固定在某一频点发射，在1kHz的带宽上设置100个跳频点；同时，采用CDMA上下行通道功率检测技术控制无线网络发射装置的发射功率，通过检测发射功率电平阀值来控制功率放大器增益，在保证误码率的基础上使得发射功率最小化；
民航客机内的移动终端通过太阳能无人机的2.4GHz无线网络信号实现上网功能，民航客机在飞行中，民航客机内移动终端始终与最近的太阳能无人机通信，当民航客机飞行至下一段航程时，民航客机内移动终端自动接入下一个太阳能无人机的无线网络信号，以保持通信畅通。
进一步地完善上述技术方案，太阳能无人机内还配备有蓄电池，太阳能电池与机内蓄电池保持浮充状态；在白天，太阳能无人机采用太阳能电池供电；在夜晚，太阳能无人机采用机内蓄电池供电。通过在太阳能无人机内设置蓄电池，满足太阳能无人机白天和夜晚的工作要求，保证太阳能无人机的长时间空中续航能力。
本发明的有益效果：本发明采用半柔性太阳能电池板组成太阳能电池，半柔性太阳能电池板采用PE镀膜处理提高弱光性能，太阳能电池采用防水接线处理和肖特基二极管防回流设计，可适应空中长时间使用环境；无人机飞行在15000m的高空，阳光直射在太阳能电池板上可以获得最大照度，从而为无人机提供充足的电能；通过在民航客机航路上布置携带无线网络的太阳能无人机，多架太阳能无人机构成空中通信链路，向民航客机辐射无线网络，通信建设成本低，效率高；通过2.4GHz开放工业频段进行通信，采用跳频方式和控制发射功率的方式，减小对同频设备的干扰，避免对民航客机自身通信系统造成影响。
附图说明
图1为本发明空中通信网络示意图；
图2为图1中太阳能无人机布置示意图；
图3为本发明太阳能无人机结构图；
图4为图3太阳能无人机的太阳能电池采用肖特基二极管防回流示意图；
图5为图3太阳能无人机的太阳能电池与无人机供电线路接口采用防水接线处理示意图。
图中，1、机身；2、机翼；3、螺旋桨；4、阴性套口；5、阳性套口。
具体实施方式
为使本发明创造的内容更加清楚，下面结合附图，对本发明创造的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明创造无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。
实施例1：
本发明提供的一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法，用于为民航客机提供无线网络信号；如图1和2所示，在民航客机的飞行航路上均布设置若干架能够发射无线网络信号的太阳能无人机，每架太阳能无人机飞行在15000m的高空，且相邻的太阳能无人机相隔100km设置，每架太阳能无人机处于低速飞行状态，相邻的太阳能无人机之间通信连接，若干架太阳能无人机构成了空中通信链路，以向飞行在10000m左右的民航客机辐射无线网络。太阳能无人机的飞行高度，相对于飞行在10000m左右的民航客机，距离近，在动态布置太阳能无人机后相对移动速度小，多普勒效应小，构成的通信链路性能稳定，通信成本较低。通常情况下，太阳能无人机设置在繁忙航路上，并可根据需求进行交叉配置，以满足民航客机临时上网需求。
为了给太阳能无人机提供充足的电能，以满足空中长时间飞行的要求，本发明采用光-电转换太阳能电池，光-电转换太阳能电池发电是根据特定材料的光伏效应制成的。按照制作材料，分为硅基半导体电池、染料敏化薄膜电池、CdTe薄膜电池、有机材料电池等。对于硅基半导体电池，又可分成单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。运用于无人机领域的太阳能电池，主要考虑两个参数，即转换效率和电池重量。通常，单晶硅电池效率为25.0％，多晶硅电池效率为20.4％，CIGS薄膜电池效率达19.6％，非晶硅(无定形硅)薄膜电池的效率为10.1％。柔性太阳能电池是薄膜电池的一种，其发电原理都是多晶硅材料经过光照后形成P-N结形成内建电场，使电子进入电路从而形成电流；与普通太阳能电池不同的是，柔性太阳电池以碳纤维为电池基地，可以加工成任何形状。本发明选用多晶半柔性太阳能电池板，其基地采用采用聚乙烯醇缩丁醛层，以树脂包封的无定型硅作为主要光电元件层平铺在柔性材料底板上而制成，同时采用PE镀膜技术提高弱光性能，可弯曲360度，柔软性极高；以尺寸为1060*540*3mm电池板为例，其输出电压18V，功率可达100W，净重仅1.5KG。
如图3所示，太阳能无人机包括机身1、机翼2和螺旋桨3，机身和机翼的外表面采用若干片多晶半柔太阳能电池板覆盖，若干个太阳能电池板组成了太阳能电池，为太阳能无人机供电，如图4所示，太阳能电池输出采用肖特基二极管防回流处理；如图5所示，太阳能电池与太阳能无人机供电线路接口采用防水接线处理，即采用阴阳护外套，包括阴性套口4和阳性套口5，阴性套口4垂直向下设置，阳性套口5插入阴性套口4内实现内部铜接触片的良好接触达到线路的有效连接；阴性套口4的内壁四周设置有密封圈，密封圈一般采用软性橡胶制成，达到密封防水的效果。同时，太阳能无人机内还设置有蓄电池，太阳能电池与机内蓄电池保持浮充状态；在白天，太阳能无人机采用太阳能电池供电；在夜晚，太阳能无人机采用机内蓄电池供电，机内蓄电池一般能继续维持太阳能无人机2小时左右的飞行和工作，然后太阳能无人机集中落回地面维护保养；如需整夜飞行工作，可加大无人机内蓄电池的容量。
太阳能无人机的无线网络信号的实现方式：每架太阳能无人机低速飞行，保证太阳能无人机与地面卫星站有效通信，采用S波段卫星通信，地面卫星站连接电信网络，从而使太阳能无人机接入电信网络，太阳能无人机再通过无线网络发射装置发出无线网络信号。太阳能无人机的无线网络信号采用开放工业频段2.4GHz进行无线通信，该频段不需要申请且与民航客机使用短波频点相隔较远，并且有足够的带宽。太阳能无人机的网络发射装置采用跳频的方式，在1kHz的带宽上设置100个跳频点，不会固定在某一频点发射，以克服无线网络信号对民航客机通信设备的干扰；同时，严格控制发射功率，以减小对其他同频设备的干扰；采用CDMA上下行通道功率检测技术控制无线网络发射装置的发射功率，通过检测发射功率电平阀值来控制功率放大器增益，使得在保证误码率的基础上使得发射功率最小化。由于空中信道良好，确定发射功率为1mW；可通过增强射频天线、增加发射功率和增强小信号放大器的信噪比，提高通信质量。
民航客机内的移动终端连接太阳能无人机的2.4GHz无线网络，从而实现上网功能；民航客机在飞行中，民航客机内移动终端始终与最近的太阳能无人机通信，当民航客机飞行至下一段航程时，民航客机内移动终端自动接入下一个太阳能无人机，以保持通信畅通。
以上仅表达了本发明创造的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明创造的保护范围。因此，本发明创造专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种基于太阳能无人机的空中通信网络的实现方法，用于为民航客机提供无线网络信号，其特征在于：在民航客机的飞行航路上均布设置有若干架能够发射无线网络信号的太阳能无人机，每架太阳能无人机飞行在15000m的高空且相隔100km配置一架太阳能无人机，每架太阳能无人机处于低速飞行状态，相邻的太阳能无人机之间通信连接，若干架太阳能无人机构成了空中通信链路；
太阳能无人机的外表面采用若干片多晶半柔太阳能电池板覆盖，多晶半柔太阳能电池板是以树脂包封的无定型硅作为主要发光元件层平铺在柔性材料底板上制成，同时采用PE镀膜技术提高弱光性能；若干片多晶半柔太阳能电池板构成了太阳能电池，为太阳能无人机供电，太阳能电池的输出采用肖特基二极管防回流处理，太阳能电池与太阳能无人机供电线路接口采用防水接线处理；
每架太阳能无人机与地面卫星站通信，地面卫星站连接电信网络，从而使太阳能无人机接入电信网络，太阳能无人机再通过无线网络发射装置发出无线网络信号，向飞行航路上的民航客机进行无线网络覆盖；太阳能无人机的无线网络信号采用2.4GHz频段通信，采用跳频的方式，不会固定在某一频点发射，在1kHz的带宽上设置100个跳频点；同时，采用CDMA上下行通道功率检测技术控制无线网络发射装置的发射功率，通过检测发射功率电平阀值来控制功率放大器增益，在保证误码率的基础上使得发射功率最小化；
民航客机内的移动终端通过太阳能无人机的2.4GHz无线网络信号实现上网功能，民航客机在飞行中，民航客机内移动终端始终与最近的太阳能无人机通信，当民航客机飞行至下一段航程时，民航客机内移动终端自动接入下一个太阳能无人机的无线网络信号，以保持通信畅通。
2.根据权利要求1所述的基于太阳能无人机的空中通信网络，其特征在于：太阳能无人机内还配备有蓄电池，太阳能电池与机内蓄电池保持浮充状态；在白天，太阳能无人机采用太阳能电池供电；在夜晚，太阳能无人机采用机内蓄电池供电。
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