ES2335632B1 - AUTONOMOUS FLIGHT SYSTEM WITH LASER. - Google Patents

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ES2335632B1 ES200800100A ES200800100A ES2335632B1 ES 2335632 B1 ES2335632 B1 ES 2335632B1 ES 200800100 A ES200800100 A ES 200800100A ES 200800100 A ES200800100 A ES 200800100A ES 2335632 B1 ES2335632 B1 ES 2335632B1
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Abstract

Sistema autónomo de vuelo con láser, que consta de un equipo terrestre (ST) y un equipo aéreo (SA) bien diferenciados; yendo dicho equipo terrestre (ST) provisto de medios para alimentar al equipo aéreo (SA) además de comunicarse con él de forma totalmente inalámbrica, transmitiendo con láser (L) la potencia e información necesarias; y dicho equipo aéreo (SA) provisto de medios para recoger los datos y energía del equipo terrestre (ST), y enviar datos experimentales al equipo terrestre (ST).Autonomous laser flight system, consisting of of a ground crew (ST) and an aerial team (SA) well differentiated; said land equipment (ST) provided with means to feed the aerial team (SA) in addition to communicating with him of totally wireless way, transmitting with laser (L) the necessary power and information; and said aerial equipment (SA) provided with means to collect data and equipment power terrestrial (ST), and send experimental data to the terrestrial team (ST).

Description

Sistema autónomo de vuelo con láser.Autonomous laser flight system.

En el actual estado de la técnica ya se conocen sistemas para transferencia de energía sin necesidad de cables; existiendo hoy en día básicamente dos tipos de tecnologías para la transferencia de la misma:In the current state of the art already known systems for energy transfer without wires; existing today basically two types of technologies for the transfer of it:

--
Transmisión por microondas, preferida por los investigadores japoneses.Microwave transmission, preferred by the Japanese researchers.

--
Transmisión por láser, preferida por la Agencia Espacial Europea (ESA).Laser transmission, preferred by the European Space Agency (ESA).

También son conocidos, y profusamente utilizados, sistemas para transferencia de señales de telecomunicaciones sin necesidad de cables (alguno de los cuales aparece descrito en, por ejemplo, las Patentes EP0711476, GB2082995, EP1031242 y EP1232579, entre otras).They are also known, and profusely used, signal transfer systems telecommunications without wires (some of which is described in, for example, Patents EP0711476, GB2082995, EP1031242 and EP1232579, among others).

Aunque no se han encontrado aplicaciones precedentes que realicen transmisión inalámbrica de potencia y datos simultáneamente, sí se han encontrado evidencias de que se está investigando sobre la tecnología. La transmisión inalámbrica de potencia se puede conseguir mediante microondas o bien mediante láser. A continuación se presentan algunas aplicaciones conocidas que se han desarrollado para cada una de ellas y que se pueden incluir dentro del campo de la transmisión de potencia y datos.Although no applications were found precedents that perform wireless transmission of power and data simultaneously, evidence has been found that it is Researching on technology. The wireless transmission of power can be achieved by microwave or by To be. Below are some known applications that have been developed for each of them and that can be include within the field of power and data transmission.

\bullet Transmisión por microondasMicrowave transmission

- Proyecto "SHARP" (CANADÁ): El Proyecto Sharp fue concebido por primera vez en 1980. En septiembre de 1982 el Departamento de Comunicaciones del Gobierno de Canadá aprobó un programa de desarrollo e investigación que utilizaba el concepto de transmisión de energía eléctrica por medio de microondas. El frente de ondas se dirigía desde una antena en tierra, alimentándose una aeronave que era capaz de volar a una altura de 21 Km con un radio de 1 Km.- Project "SHARP" (CANADA): The Project Sharp was first conceived in 1980. In September 1982 the Department of Communications of the Government of Canada approved a development and research program that used the concept of Transmission of electrical energy by means of microwaves. The front of waves was directed from a ground antenna, feeding a aircraft that was able to fly at a height of 21 km with a radius of 1 km.

El 17 de septiembre de 1987, en el Centro de Comunicaciones e Investigaciones, tuvo lugar el primer vuelo del proyecto Sharp con un modelo de 4,5 m de envergadura de ala.On September 17, 1987, at the Center of Communications and Investigations, the first flight of the Sharp project with a 4.5 m wingspan model.

El 7 de octubre de 1987, tuvo lugar la primera demostración pública del proyecto Sharp ante el Ministro de Comunicaciones de Canadá y la prensa. La Federación Internacional Aeronáutica lo reconoció como el primer vuelo de esta clase.On October 7, 1987, the first took place public demonstration of the Sharp project before the Minister of Canadian communications and the press. The International Federation Aeronautics recognized it as the first flight of this class.

- Proyecto "MILAX", MIcrowave Lifted Airplane Experiment (JAPÓN): En este proyecto, impulsado por los japoneses, se utilizaba el mismo concepto que en el proyecto SHARP, es decir, la transmisión de energía por microondas. El prototipo se presentó en 1992.- Project "MILAX", MIcrowave Lifted Airplane Experiment (JAPAN): In this project, driven by Japanese, the same concept was used as in the SHARP project, that is, microwave energy transmission. The prototype is presented in 1992.

\bullet Transmisión por láserLaser transmission

- Proyecto "Potencia en el espacio por iluminación desde una estación en la tierra", Presentado por la NASA en la 26ª edición de la Intersociety Energy.- Project "Power in space by lighting from a station on earth ", Presented by the NASA in the 26th edition of Intersociety Energy.

Conversión Engineering Conference (USA): Este sistema reducirá la masa de los equipos de potencia que se llevan al espacio, debido a que en los periodos de eclipse o de noche lunar las células fotovoltaicas serían iluminadas por un láser desde una estación ubicada en la tierra. Este proyecto se encuentra en fase de estudio.Conversion Engineering Conference (USA): East system will reduce the mass of the power equipment that is carried to the space, because in periods of eclipse or lunar night the photovoltaic cells would be illuminated by a laser from a station located on earth. This project is in the phase of study.

- Proyecto "Coded Optical Power System", Technology Service Corporation (USA): En Marzo de 2004 se realizó una demostración en el "Air Forcé Space and Missile Systems Center" de la habilidad de propulsión y transmisión de datos mediante láser. El proyecto sigue hoy en día en fase de estudio.- Project "Coded Optical Power System", Technology Service Corporation (USA): In March 2004 it was held a demonstration in the "Air Force Space and Missile Systems Center "of the ability to drive and transmit data by laser. The project is still under study today.

- Proyecto "SPI", Solar Power Initiative (Alemania): Este proyecto fue presentado en Septiembre de 2003 por EADS Space. Se hizo una demostración de alimentación de un pequeño robot mediante un rayo láser. El proyecto sigue hoy en día en fase de estudio.- Project "SPI", Solar Power Initiative (Germany): This project was presented in September 2003 by EADS Space. There was a demonstration of feeding a small robot using a laser beam. The project is still in phase today study.

El objeto del invento es el de, aplicando esta tecnología, lograr un sistema autónomo que vuele sin necesidad de ningún tipo de energía ni antena más que la emitida por láser desde una plataforma situada en tierra.The object of the invention is to apply this technology, achieve an autonomous system that flies without needing no energy or antenna other than that emitted by laser from a platform located on land.

La característica más importante de este sistema es que podrá volar de forma ininterrumpida sin necesidad de aterrizar en tierra para recargar su sistema de alimentación, puesto que el sistema estará totalmente alimentado desde tierra.The most important feature of this system is that you can fly continuously without the need for land on land to recharge your power system, put that the system will be fully powered from the ground.

Una aplicación preferente, aunque no limitativa, del sistema autónomo de vuelo con láser objeto del invento es el sector aerospacial.A preferred, but not limiting, application of the autonomous laser flight system object of the invention is the aerospace sector.

El sistema autónomo de vuelo con láser según la invención, se caracteriza porque consta de un equipo terrestre y un equipo aéreo bien diferenciados; yendo:The autonomous laser flight system according to the invention is characterized in that it consists of a ground team and a well differentiated aerial equipment; going:

a)to)
dicho equipo terrestre provisto de medios para alimentar al equipo aéreo además de comunicarse con él, transmitiendo con láser la potencia e información necesarias;said ground equipment provided with means to feed the air team in addition to communicating with it, laser transmitting power and information necessary;

b)b)
dicho equipo aéreo provisto de medios para recoger la energía y datos provenientes del equipo terrestre, y a su vez la recogida de datos experimentales para enviarlos al equipo terrestre.said aerial equipment provided with means to collect the energy and data coming from the ground equipment, and in turn the collection of experimental data to send to the team land.

Tanto el equipo terrestre como el equipo aéreo empleados incluyen subsistemas para lograr los fines concretos propuestos; variando, en su caso, los componentes de estos subsistemas para mejor consecución de los fines propuestos, sin alterar la esencia del invento.Both ground equipment and air equipment employees include subsystems to achieve specific purposes proposed; varying, where appropriate, the components of these subsystems for better achievement of the proposed purposes, without alter the essence of the invention.

El número de aplicaciones de esta tecnología es infinito tanto en el sector Aeroespacial como en el sector terrestre.The number of applications of this technology is infinity both in the aerospace sector and in the sector land.

Aplicaciones preferentes, aunque no limitativas, del sistema objeto del invento son, por ejemplo y entre otras:Preferred, but not limiting, applications of the system object of the invention are, for example and among others:

- Generador Geoestacionario. Esta innovadora tecnología serviría para abastecer de energía y comunicar a cualquier lugar de la tierra, incluso a los que resultan inaccesibles debido a su situación geográfica.- Geostationary Generator. Is innovative technology would serve to supply energy and communicate to anywhere on earth, even those that result inaccessible due to its geographical location.

El número mínimo de satélites transmisores de energía para cubrir toda la tierra sería de tres. Con este número sería posible cubrir todo el globo terráqueo. Por lo tanto, cualquier usuario con necesidad de energía o información en cualquier punto del mundo tendría acceso directo a ella.The minimum number of transmitting satellites of energy to cover the whole earth would be three. With this number it would be possible to cover the entire globe. Thus, any user in need of energy or information in anywhere in the world would have direct access to it.

- Alimentación entre satélites: El sistema podría abastecer de energía o mandar información a cualquier satélite que lo necesite. Se podría incluso considerar que en el futuro los satélites no llevarán paneles solares, puesto que podrían ser abastecidos por este sistema.- Power between satellites: The system could supply energy or send information to any Satellite that needs it. You might even consider that in the future satellites will not carry solar panels, since they could Be supplied by this system.

Esto abarataría mucho el coste de los satélites y sobre todo reduce mucho la tasa de fallos en los mismos, puesto que uno de los sistemas más críticos cuando se pone el satélite en órbita es el correcto despliegue de los paneles. Hay que destacar que si el despliegue de los paneles es fallido, la misión completa podría fracasar.This would greatly reduce the cost of satellites. and above all it greatly reduces the rate of failures in them, since that one of the most critical systems when you put the satellite in Orbit is the correct deployment of the panels. That stands out that if the deployment of the panels is unsuccessful, the mission completes It could fail.

- Abastecimiento desde la Luna. La idea también podría ser la de colocar una planta de energía en la luna, aunque en este caso la energía estaría supeditada a la situación de la luna con respecto de la tierra, y además supondría un enorme coste el lanzamiento de los paneles hasta la misma.- Supply from the Moon. The idea too it could be to place a power plant on the moon, although in this case the energy would be subject to the situation of the moon with respect to the land, and it would also be a huge cost launch of the panels to it.

La razón por la que podría ser interesante es que en las regiones polares de la Luna, tanto en su hemisferio Norte como en el Sur, los rayos del Sol no llegan a todas las zonas, no siendo posible por consiguiente generar energía eléctrica por medio de células solares en todos los lugares deseables. Esto afecta sobre todo a los cráteres, cuyos bordes impiden que los rayos del Sol lleguen al fondo de su cavidad.The reason why it might be interesting is that in the polar regions of the Moon, both in its northern hemisphere as in the South, the sun's rays do not reach all areas, no It is therefore possible to generate electricity through of solar cells in all desirable places. This affects on everything to the craters, whose edges prevent the sun's rays get to the bottom of your cavity.

El uso de la transmisión inalámbrica de energía por medio de la radiación láser permite utilizar robots de investigación lunar para buscar hielo y, por lo tanto, agua en esas regiones. Ésta es una condición fundamental para que los humanos puedan vivir allí en el futuro. Pero también la búsqueda de otras riquezas del subsuelo y el análisis de las muestras in situ son actividades de máxima importancia.The use of wireless transmission of energy by means of laser radiation allows the use of lunar research robots to search for ice and, therefore, water in those regions. This is a fundamental condition for humans to live there in the future. But also the search for other subsoil riches and the analysis of the samples in situ are activities of the utmost importance.

El uso de baterías acarrea graves inconvenientes debido a su tamaño y al peso, ya que su transporte a la Luna origina costes elevados. Por otra parte, el uso de fuentes de energía atómica en forma de pequeñas centrales nucleares plantea grandes problemas de seguridad. A su vez, la teletransmisión de energía por medio de rayos láser permite prolongar la duración de las misiones, ya que no es necesario regresar a la base para recargar las baterías.The use of batteries causes serious inconveniences due to its size and weight, since its transport to the Moon originates high costs Moreover, the use of energy sources atomic in the form of small nuclear power plants raises large security issues. In turn, the teletransmission of energy by laser means allow you to prolong the duration of the missions, since it is not necessary to return to the base to recharge batteries

- Misiones Interplanetarias: Se puede también considerar la posibilidad de utilizar el sistema para misiones interplanetarias (misión a Plutón), donde la energía del sol es muy tenue. De esta forma, la sonda que se mandara podría ser abastecida por un satélite que se encontrase en una órbita alta de la Tierra, enviando la potencia necesaria a la sonda vía Láser. Además de eso el Láser permitiría una comunicación mucho más rápida que la transmisión vía antena.- Interplanetary Missions: You can also Consider using the mission system interplanetary (mission to Pluto), where the sun's energy is very faint. In this way, the probe that was sent could be supplied by a satellite that was in a high orbit of the Earth, sending the necessary power to the probe via laser. Besides that the Laser would allow a much faster communication than the transmission via antenna.

- Rovers. El sistema puede ser muy útil cuando se inserte un vehículo en el planeta (Rover). En este caso el Rover tampoco necesitaría ningún tipo de planta energética puesto que podría ser abastecido por el satélite que orbitase alrededor de ese planeta (Orbiter), reduciéndose así también la tasa de fallo en los paneles solares, coste y complejidad del mismo.- Rovers. The system can be very useful when a vehicle is inserted in the planet (Rover). In this case the Rover neither would I need any type of energy plant since could be supplied by the satellite that orbited around that planet (Orbiter), thus reducing the failure rate in the solar panels, cost and complexity of it.

Puede ser también imaginable trabajar con más de uno de estos vehículos de investigación. Dos o tres de ellos podrían formar un "enjambre". Los vehículos de un enjambre estarían entonces interconectados en una red de energía. Esto significa que cada Rover se abastece al menos con un vecino por medio del láser transmisor de energía.It may also be imaginable to work with more than One of these research vehicles. Two or three of them could form a "swarm". The vehicles of a swarm would be then interconnected in a power network. This means that each Rover is supplied with at least one neighbor by means of the laser power transmitter

- Telescopios de espacio-base: Grandes telescopios modulares en órbitas heliocéntricas y varias unidades astronómicas del Sol ofrecen beneficios a astrónomos, imposibles de conseguir dentro del sistema interior solar (por ejemplo, ausencia de polvo zodiacal, que interfiere con exámenes de infrarrojos). Tales telescopios podrían usar energía inalámbrica para conseguir la energía necesaria a bordo y el cuidado de la estación de los elementos modulares del telescopio.- Space-base telescopes: Large modular telescopes in heliocentric orbits and several astronomical units of the Sun offer benefits to astronomers, impossible to get inside the solar indoor system (for example, absence of zodiacal dust, which interferes with examinations of infrared) Such telescopes could use wireless power to get the necessary energy on board and take care of the station of the modular elements of the telescope.

- Sistemas de sensores conectados a una red: Cientos de sensores diminutos recibiendo energía de un satélite "madre" equipado con capacidad de transmisión de energía inalámbrica, pueden permitir revisiones detalladas de regiones interplanetarias y espaciales.- Sensor systems connected to a network: Hundreds of tiny sensors receiving power from a satellite "mother" equipped with power transmission capacity wireless, can allow detailed reviews of regions interplanetary and spatial.

- Satélites Militares: Podría existir un gran interés militar puesto que se pueden construir satélites espías menos visibles. Si no se requiere que los satélites lleven grandes paneles solares (por ejemplo de 30 metros), podrían ser más difíciles de descubrir desde la tierra o por interceptores.- Military Satellites: There could be a great military interest since spy satellites can be built less visible If satellites are not required to carry large solar panels (for example 30 meters), could be more difficult to discover from the ground or by interceptors.

- Satélites Comerciales. Pequeños satélites comerciales podrían ser impulsados por baterías, recargándose periódicamente desde remotas fuentes de energía.- Commercial satellites. Small satellites commercials could be battery powered, recharging periodically from remote sources of energy.

- Robots de satélites: El mantenimiento de satélites podría hacerse mediante robots abastecidos por rayos láser.- Satellite robots: The maintenance of satellites could be made using robots supplied by lightning To be.

- Lanzamiento de Satélites. Los futuros pequeños satélites se podrán lanzar utilizando energía inalámbrica. Esto reduciría enormemente los gastos de cualquier misión espacial.- Satellite launch. Small futures Satellites can be launched using wireless power. This It would greatly reduce the expenses of any space mission.

- Sensores de autónomos: Con esta tecnología se podrán construir sensores totalmente independientes de su fuente de alimentación, pudiendo operar sin cables de forma indefinida. Un ejemplo muy útil puede ser su utilización en los sensores de viento de los aerogeneradores, donde el llevar cables por dentro de las palas puede generar serios problemas en caso de tormentas.- Autonomous sensors: With this technology you they will be able to build sensors totally independent of their source of power, being able to operate without wires indefinitely. A very useful example can be its use in wind sensors of wind turbines, where carrying cables inside the Shovels can generate serious problems in case of storms.

- Robots de vigilancia. La tecnología permitirá tener robots que exploren recintos de forma continuada, recargando sus baterías al pasar frente a la fuente de energía inalámbrica.- Surveillance robots. Technology will allow have robots that explore enclosures continuously, recharging its batteries when passing in front of the wireless power source.

- Envío de energía y datos a móviles. Actualmente no existe la posibilidad de transferir energía de forma inalámbrica a móviles. Esta capacidad podría eliminar los engorrosos adaptadores de los mismos, puesto que sería un sistema universal que al exponerlo a la fuente de energía inalámbrica permitiría su recarga de manera automática. Incluso se podría transferir la energía excedente de un móvil a otro.- Sending energy and data to mobiles. There is currently no possibility of transferring energy Wireless to mobile This ability could eliminate cumbersome adapters thereof, since it would be a universal system that exposing it to the wireless power source would allow its recharge automatically. You could even transfer the surplus energy from one mobile to another.

- Recarga de ordenadores portátiles. Al igual que en el caso de los móviles, el usuario podría recargar su ordenador portátil simplemente situándolo en frente de la energía inalámbrica.- Recharge laptops. As that in the case of mobile phones, the user could recharge their laptop simply by placing it in front of the power wireless

- Sistemas de Vigilancia: Con este sistema se podrán tener aviones no tripulados encima de nuestras viviendas que adquieran imágenes y datos de cualquier anomalía que suceda en nuestras inmediaciones, recargando la aeronave de forma inalámbrica.- Surveillance Systems: With this system you may have drones above our homes that acquire images and data of any anomaly that happens in our surroundings, recharging the aircraft so wireless

- Sistemas para control de Tráfico. Se podrá disponer de aviones de forma continua en zonas donde se quiera controlar el tráfico e infracciones de los conductores. Actualmente se utilizar helicópteros cuyo gasto por hora es enorme.- Traffic control systems. It will be possible have planes continuously in areas where you want Control traffic and driver infractions. Currently helicopters are used whose hourly expense is huge.

- Sistema para el control de costas. Las costas estarán barridas por aviones no tripulados de forma continua, controlando la entrada de embarcaciones al puerto, infracciones, o pateras.- Coastal control system. Coasts they will be swept by drones continuously, controlling the entry of vessels to the port, infractions, or you kick

- Sistema para fotografías aéreas. Se podrá incluir una cámara de alta precisión en el sistema para poder realizar fotografías aéreas de casas, montes, ríos, etc...- System for aerial photographs. It will be possible include a high precision camera in the system to be able to take aerial photographs of houses, mountains, rivers, etc ...

Para comprender mejor el objeto de la presente invención, se representa en los planos una forma preferente de realización práctica, susceptible de cambios accesorios que no desvirtúen su fundamento.To better understand the purpose of this invention, a preferred form of practical realization, susceptible to accessory changes that do not distort its foundation.

La figura 1 representa, de forma esquemática el sistema autónomo de vuelo con láser objeto del invento, con su equipo terrestre (ST) y equipo aéreo (SA) intercomunicados por láser (L).Figure 1 schematically represents the autonomous laser flight system object of the invention, with its ground equipment (ST) and aerial equipment (SA) interconnected by laser (L).

La figura 2 representa un diagrama de bloques con los principales componentes que integran los diferentes subsistemas (21), (22), (23), (24), (25) y (26) del equipo terrestre (ST).Figure 2 represents a block diagram with the main components that make up the different subsystems (21), (22), (23), (24), (25) and (26) of the ground equipment (ST).

La figura 2a representa el movimiento (N) en acimut (A) y elevación (E).Figure 2a represents the movement (N) in azimuth (A) and elevation (E).

La figura 2b representa un ejemplo de diseño del subsistema mecánico (21).Figure 2b represents an example of the design of the mechanical subsystem (21).

La figura 2c representa la forma en que incide la energía sobre el receptor del equipo aéreo (SA) para efectuar la transmisión de potencia y datos necesarios desde el equipo terrestre (ST).Figure 2c represents the way it affects the energy on the receiver of the aerial equipment (SA) to effect the Power transmission and necessary data from the ground equipment (ST).

Las figuras 2d, 2e, 2f y 2g representan diagramas de funcionamiento del subsistema de control (22).Figures 2d, 2e, 2f and 2g represent operation diagrams of the control subsystem (22).

La figura 2h representa la modulación en frecuencia (FSK).Figure 2h represents the modulation in frequency (FSK).

La figura 2i representa la modulación de fase (PSK).Figure 2i represents the phase modulation (PSK)

La figura 2j representa las regiones 3C1, donde el rayo del láser (L) no diverge (campo cercano) y la parte 3C2 donde el rayo del láser (L) diverge (campo lejano).Figure 2j represents regions 3C1, where the laser beam (L) does not diverge (near field) and part 3C2 where the laser beam (L) diverges (far field).

La figura 2k representa el diámetro necesario del receptor con respecto de tres diferentes longitudes de onda: 400, 700 y 1000 nm.Figure 2k represents the necessary diameter of the receiver with respect to three different wavelengths: 400, 700 and 1000 nm.

La figura 2l representa un ejemplo de realización, con láseres (L_{1}) de baja potencia.Figure 2l represents an example of embodiment, with low power lasers (L1).

La figura 3 representa un diagrama de bloques con los principales componentes que integran los diferentes subsistemas (31), (32), (33), (34), (35) y (36) del equipo aéreo (SA)Figure 3 represents a block diagram with the main components that make up the different subsystems (31), (32), (33), (34), (35) and (36) of the aerial equipment (SA)

La figura 3a representa, de forma esquemática, el diagrama de bloques del software de control (321a).Figure 3a schematically represents the block diagram of the control software (321a).

Se describe a continuación un ejemplo de realización práctica, no limitativa, del presente invento.An example of practical, non-limiting embodiment of the present invention.

El Equipo terrestre (ST) será el encargado de alimentar el Equipo aéreo (SA) mediante el rayo láser (L), además de comunicarse con él. La estructura del Equipo terrestre (ST) se muestra en la Figura 2 y consta de los siguientes subsistemas:The Ground Team (ST) will be responsible for feed the Aerial Equipment (SA) using the laser beam (L), in addition to Communicate with the. The structure of the Ground Team (ST) is shown in Figure 2 and consists of the following subsystems:

--
Subsistema mecánico (21), en el que se encontrarán las piezas mecánicas necesarias para construir la plataforma seguidora de dos ejes (211).Mechanical subsystem (21), in which they will find the mechanical parts necessary to build the two axis follower platform (211).

--
Subsistema de control (22), en el que se encuentran todo el software (221) y hardware (222) necesario para controlar el seguidor de dos ejes (211).Control subsystem (22), in which find all the software (221) and hardware (222) needed to check the two-axis tracker (211).

--
Subsistema de Recepción (23), que consta del hardware (232) y software (231) necesario para la recepción de toda la información proveniente del Equipo aéreo (SA).Receiving Subsystem (23), consisting of of the hardware (232) and software (231) necessary for receiving All information from the Air Team (SA).

--
Subsistema de Transmisión (24), que consta del hardware (242) y software (241) necesario para transmitir potencia e información al Equipo aéreo (SA) (aeronave).Transmission Subsystem (24), which consists of the hardware (242) and software (241) necessary to transmit power and information to the Air Team (SA) (aircraft).

--
Subsistema de Interfaz de Usuario (25), que consta del software (251) necesario para permitir al usuario comunicar de forma fácil e intuitiva la posición, velocidad y actitud de referencia al Equipo aéreo (SA). Además permite visualizar los datos provenientes del Equipo aéreo (SA).User Interface Subsystem (25), consisting of the software (251) necessary to allow the user easily and intuitively communicate position, speed and attitude of reference to the Air Team (SA). Also allows visualize the data coming from the Air Team (SA).

--
Subsistema de Alimentación (26), que proporciona la alimentación (261) de energía necesaria al Equipo terrestre (ST).Power Subsystem (26), which provides the necessary power (261) to the Equipment terrestrial (ST).

Según el ejemplo de realización representado, en el Subsistema Mecánico (21) del Equipo terrestre (ST) se encontrarán las piezas mecánicas necesarias para construir la plataforma seguidora de dos ejes (211). El subsistema mecánico (21) tendrá dos grados de libertad (podrá moverse en dos ejes), acimut y elevación, así de esta forma podrá orientarse en dirección al Equipo aéreo (SA), siempre que se encuentre en su campo de vista y después de que este último informe a tierra de su posición y velocidad. El movimiento (N) en acimut (A) y elevación (E) se realizará mediante dos motores, uno por cada grado de libertad como se muestra en la figura 2a.According to the embodiment shown, in the Mechanical Subsystem (21) of the Ground Equipment (ST) will meet the mechanical parts necessary to build the platform two axis follower (211). The mechanical subsystem (21) will have two degrees of freedom (can move in two axes), azimuth and elevation, This way, you can go to the Air Team (SA), provided it is in your field of view and after This last report grounded your position and speed. He movement (N) in azimuth (A) and elevation (E) will be done by two engines, one for each degree of freedom as shown in the figure 2a.

Un ejemplo de diseño del subsistema mecánico (21) puede ser el de la estructura utilizada en seguidores solares de dos ejes (ver figura 2b). Los seguidores automáticos tienen un mástil metálico central (21a) que sirve de sostén a un soporte móvil (21b), cuya posición varía.An example of mechanical subsystem design (21) may be the structure used in solar trackers with two axes (see figure 2b). Automatic followers have a central metal mast (21a) that supports a mobile support (21b), whose position varies.

Las características preliminares del subsistema mecánico (21) para este ejemplo de realización son:The preliminary characteristics of the subsystem Mechanical (21) for this exemplary embodiment are:

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El mástil central (21a) y el soporte móvil (21b) soportarán las condiciones climáticas adversas de la zona geográfica donde se instale el Equipo terrestre (ST).He center mast (21a) and mobile support (21b) will support the adverse weather conditions in the geographical area where install the Ground Equipment (ST).

--
Deben tener perforaciones que permitan el uso de tornillos para anclar los sistemas necesarios para la transmisión de energía y datos con el Equipo aéreo (SA).They must have perforations that allow the use of screws to anchor the systems necessary for the transmission of energy and data with the Aerial equipment (SA).

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La base donde se apoyan los sistemas para la transmisión de energía y datos deberá ser regulable.The base where systems for energy transmission are supported and Data must be adjustable.

--
La estructura, superficie metálica y tortillería tendrán un tratamiento especial para evitar la corrosión galvánica y la oxidación.The structure, metal surface and tortilleria will have a treatment Special to prevent galvanic corrosion and oxidation.

--
El peso del conjunto total del seguidor deberá estar equilibrado para un mejor funcionamiento.He Total weight of the follower assembly must be balanced to Better performance

Si bien se está considerando la posibilidad de utilizar otros subsistemas mecánicos (21) que varíen estas características, sin alterar por ello la esencia del invento.While the possibility of use other mechanical subsystems (21) that vary these characteristics, without altering the essence of the invention.

Según el ejemplo de realización representado, el subsistema de control (22) del Equipo terrestre (ST) se encargará de orientar el subsistema mecánico (21) hacia el Equipo aéreo (SA). En el ejemplo descrito, este subsistema se ha dividido en dos conjuntos que se detallan a continuación.According to the embodiment shown, the Control subsystem (22) of the Ground Equipment (ST) will be responsible for orient the mechanical subsystem (21) towards the Aerial Equipment (SA). In the example described, this subsystem has been divided into two sets which are detailed below.

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
- Software de Control de la Plataforma- Platform Control Software

Tal y como se ha descrito en el apartado anterior, el Software de Control de la Plataforma en Tierra (221) orientará un láser (L) situado en el soporte móvil (21b) del subsistema mecánico (21), de forma que su energía incida sobre el receptor del Equipo aéreo (SA) y así pueda efectuarse la transmisión de potencia y datos necesarios (según forma representada en la Figura 2c.As described in the section Previous, the Ground Platform Control Software (221) will orient a laser (L) located in the mobile support (21b) of the mechanical subsystem (21), so that its energy affects the receiver of the Air Equipment (SA) and thus the transmission can be made of power and necessary data (as represented in the Figure 2c

Este Software de control de la plataforma de tierra (221) tendrá como entrada la posición del Equipo aéreo (SA) en el sistema de referencia de la propia plataforma seguidora. Dependiendo de la posición de la aeronave, el software demandará las consignas de posición adecuadas a los motores de la plataforma del Equipo terrestre (ST) para que se orienten hasta que el error entre la dirección del láser (L) y la dirección del receptor (aeronave) sea nulo.This platform control software land (221) will have as input the position of the Air Team (SA) in the reference system of the follower platform itself. Depending on the position of the aircraft, the software will demand the position instructions appropriate to the platform's engines Ground equipment (ST) to be oriented until the error enters the laser address (L) and the receiver address (aircraft) be null.

Los pasos a seguir para conseguir que el subsistema mecánico (21) apunte al Equipo aéreo (SA) son los siguientes:The steps to follow to get the mechanical subsystem (21) point to the Aerial Equipment (SA) are the following:

1.one.
Establecer los ángulos de acimut (A) y elevación (E) del seguidor (ver Figura 2a).Set the azimuth (A) and elevation (E) angles of the follower (see Figure 2a).

2.2.
Transformar la posición del Equipo aéreo (SA) en ejes ligados a la plataforma (acimut y elevación).Transform the position of the Air Team (SA) in axes linked to the platform (azimuth and elevation).

3.3.
Calcular el ángulo error entre la posición del aeronave \vec{b} y la normal \vec{n} del seguidor.Calculate the error angle between the position of the aircraft \ vec {b} and the normal \ vec {n} of the follower.

4.Four.
Realizar un control de los motores para que lleguen al acimut y elevación requeridos, haciendo que los ángulos error sean cero.Perform a check of the engines so they arrive to the required azimuth and elevation, making the angles error be zero.

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

La salida del sistema de control será el par o la intensidad que se necesita suministrarle a los motores para llegar a la posición adecuada. El sistema de control consta de un PID, donde su ecuación podrá expresarse como:The output of the control system will be the pair or the intensity that needs to be supplied to the engines to Get to the right position. The control system consists of a PID, where your equation can be expressed as:

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

100100

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

Donde T_{motor} es el par que se le suministran a los motores, \theta_{err} es el ángulo de error entre posición de la aeronave
\vec{b} y la normal \vec{n}, \dot{\theta}_{err} es su derivada, y \int\theta_{err} es su integral.
Where T engine is the torque supplied to the engines, \ theta_ {err} is the angle of error between aircraft position
\ vec {b} and the normal \ vec {n}, \ dot {\ theta} _ {err} is its derivative, and \ int \ theta_ {err} is its integral.

El sistema de control se ha simulado en Simulink para comprobar su buen funcionamiento (ver Figura 2d).The control system has been simulated in Simulink to check its proper functioning (see Figure 2d).

Con este modelo se comprueba que para una simulación de 1000 segundos, el sistema consigue un control muy fino. Por supuesto, se varían tanto los ángulos de Acimut como de Elevación a lo largo del tiempo (ver figuras 2e, 2f, 2g).With this model it is verified that for a 1000 second simulation, the system achieves very good control fine. Of course, both Azimuth and angle angles are varied. Elevation over time (see figures 2e, 2f, 2g).

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- Hardware de Control de la Plataforma (222)- Platform Control Hardware (222)

Para poder realizar el control sobre el subsistema mecánico (21) es necesario disponer de un Hardware de Control de la Plataforma en Tierra (222) que interprete la señal de control generada por el Software de control de la plataforma de tierra (221) y la transforme en una señal física (voltaje, intensidad) que provoque la orientación mecánica del sistema.To be able to control the mechanical subsystem (21) it is necessary to have a Hardware of Ground Platform Control (222) that interprets the signal from Control generated by the Platform Control Software ground (221) and transform it into a physical signal (voltage, intensity) that causes the mechanical orientation of the system.

Este hardware de control de la plataforma de tierra (222) constará de los siguientes componentes:This platform control hardware Earth (222) will consist of the following components:

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Motores para orientar mecánicamente el sistema de dos ejes a la posición requerida.Motors to mechanically orientate the Two axis system to the required position.

--
Sensores de posicionamiento para conocer la posición exacta de los motores en cada instante. Para realizar el control de la plataforma seguidora de dos ejes es necesario conocer la posición en todo momento de los motores. La posición de los motores se obtendrá utilizando encoders, los cuales se pueden instalar en los ejes de acimut o elevación del subsistema mecánico (21) o bien en los propios motores.Positioning sensors to know the exact position of the engines at every moment. To perform the control of the two-axis follower platform is necessary to know the position at all times of the engines. The position of the engines will be obtained using encoders, which can be install on the azimuth or elevation axes of the mechanical subsystem (21) or in the engines themselves.

       \newpage\ newpage
    

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Electrónica de Control. Para realizar el control en posición de los motores podría ser necesario un hardware adicional que realice el control de los mismos (por ejemplo, un generador de señales PWM).Control Electronics To perform the engine position control hardware may be required additional control of them (for example, a PWM signal generator).

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Microcontrolador. El Software de control de la plataforma de tierra (221) estará implementado dentro de un microcontrolador. Un posible microcontrolador a utilizar es el indart-HSC12 de Softect.Microcontroller Control software of the ground platform (221) will be implemented within a microcontroller A possible microcontroller to use is the indart-HSC12 from Softect.

Según el ejemplo de realización representado, el subsistema de transmisión (24) del Equipo terrestre (ST) se encargará de transmitir la potencia y de comunicar los datos al Equipo aéreo (SA) mediante un láser (L) de gran potencia. Este subsistema se ha dividido en dos conjuntos que se detallan a continuación.According to the embodiment shown, the Transmission subsystem (24) of the Ground Equipment (ST) is will be responsible for transmitting the power and communicating the data to Aerial equipment (SA) by means of a laser (L) of great power. This subsystem has been divided into two sets that are detailed to continuation.

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
- Software de Transmisión (241)- Transmission Software (241)

Una vez que el láser transmisor (L) del Equipo terrestre (ST) se encuentra alineado ("enganchado") con los paneles fotovoltaicos (receptor) del Equipo aéreo (SA) puede comenzar la transmisión de potencia y datos.Once the laser transmitter (L) of the Equipment Earth (ST) is aligned ("hooked") with the photovoltaic panels (receiver) of the Aerial Equipment (SA) can Start the transmission of power and data.

El Software de Transmisión (241) del Equipo terrestre (ST) será el encargado de realizar las dos transmisiones deseadas (potencia y datos).The Transmission Software (241) of the Equipment Terrestrial (ST) will be responsible for making the two transmissions desired (power and data).

- Para la transmisión de potencia, bastará con colocar un láser con la potencia adecuada de salida (Vatios/m^{2}), de tal forma que llegue la potencia necesaria a la superficie de los paneles fotovoltaicos del Equipo aéreo (SA), teniendo en cuenta las pérdidas y desviaciones que puedan existir por el camino. Durante la transmisión de energía, habrá que tener en cuenta las pérdidas producidas por la absorción de energía de la atmósfera, la dispersión de energía producida por los choques entre partículas y otros factores que serán estudiados durante la realización del proyecto.- For power transmission, it will suffice with place a laser with the appropriate output power (Watts / m2), so that the necessary power reaches the surface of the photovoltaic panels of the Aerial Equipment (SA), taking into account the losses and deviations that may exist by the way. During the transmission of energy, it must be taken into counts the losses produced by the energy absorption of the atmosphere, the dispersion of energy produced by shocks between particles and other factors that will be studied during Project realization.

- Para la transmisión de datos, existen varias posibilidades. La luz de salida de un láser, conocida como haz del láser, se suele representar con un haz continuo que tiene energía constante. Pero en el caso de las comunicaciones vía láser, el haz se puede modular de una forma adecuada para transmitir información. Esta modulación puede tomar la forma de una modulación de amplitud (AM), que altera la fuerza o energía del haz, o una modulación de la frecuencia (FM), que altera la frecuencia o el color del haz, o una modulación de fase que no altera ni la energía ni el color del haz.- For data transmission, there are several possibilities. The output light of a laser, known as the beam of the laser, is usually represented with a continuous beam that has energy constant. But in the case of laser communications, the beam It can be modulated in a suitable way to transmit information. This modulation can take the form of an amplitude modulation (AM), which alters the strength or energy of the beam, or a modulation of the frequency (FM), which alters the frequency or color of the beam, or a phase modulation that does not alter the energy or color of the make.

La modulación añade información al haz del láser de manera que puede ser transportada por el haz y trasmitida a un lugar distante, en el cual se puede extraer y usar. Por ejemplo, una conversación telefónica puede ser codificada en un haz láser modulado y ser enviada al otro lado de los E.E.U.U. o, bajo el mar, a Europa o Asia, donde ésta puede ser decodificada y escuchada en forma de voz.Modulation adds information to the laser beam so that it can be transported by the beam and transmitted to a distant place, in which it can be extracted and used. For example, a telephone conversation can be encoded in a laser beam modulated and sent to the other side of the U.S. or, under the sea, to Europe or Asia, where it can be decoded and heard in voice form

La modulación es un proceso en el cual un "modulador" cambia algunos atributos de una "señal portadora" de frecuencia más alta en relación a la frecuencia de la "señal mensaje".Modulation is a process in which a "modulator" changes some attributes of a "signal carrier "higher frequency in relation to the frequency of the "message signal".

La "señal portadora" se puede representar por la ecuación:The "carrier signal" can be represented by the equation:

101101

Un cambio en la señal producirá el cambio correspondiente de amplitud, frecuencia o fase de la portadora dependiendo de la modulación realizada. En la modulación analógica, un transmisor puede enviar esta señal portadora a través del medio de comunicación de manera más eficiente que si enviamos la señal mensaje sola. Cuando la señal llega a su destino, un receptor demodulará la señal obteniendo el mensaje original.A change in the signal will produce the change corresponding amplitude, frequency or carrier phase depending on the modulation performed. In analog modulation, a transmitter can send this carrier signal through the medium of communication more efficiently than if we send the signal single message. When the signal reaches its destination, a receiver will demodulate the signal obtaining the original message.

En la modulación analógica de amplitud (AM) la amplitud de la portadora cambia en función de la amplitud del mensaje a transmitir.In analog amplitude modulation (AM) the carrier amplitude changes depending on the amplitude of the message to be transmitted

La señal con el mensaje se monta por encima de la portadora puesto que las amplitudes de las dos varían con el tiempo. Sin embargo la frecuencia de la portadora es mucho mayor que la frecuencia del mensaje.The signal with the message is mounted above the carrier since the amplitudes of the two vary with the weather. However, the carrier frequency is much higher than the frequency of the message

La modulación digital es muy parecida a la modulación analógica, pero en vez de cambiar a valores continuos de la amplitud (ASK), frecuencia (FSK) o fase (PSK) se cambia sólo a valores discretos de estos atributos que corresponden a los códigos digitales. Existen unos cuantos esquemas comunes de modulación digital, cada uno variando separadamente conjunto de parámetros.The digital modulation is very similar to the analog modulation, but instead of changing to continuous values of the amplitude (ASK), frequency (FSK) or phase (PSK) is changed only to discrete values of these attributes that correspond to the codes digital There are a few common modulation schemes digital, each varying separately set of parameters.

El modo más simple se llama el "On-Off Keying (OOK)" (Modulación de todo o nada), donde la amplitud de la portadora corresponde a dos estados digitales. Una amplitud nozero representa un uno digital, mientras que una amplitud de cero un cero digital. Una aplicación del OOK es el código morse.The simplest mode is called the "On-Off Keying (OOK)" (Modulation of all or nothing), where the amplitude of the carrier corresponds to two states digital A nozero amplitude represents a digital one, while than an amplitude of zero a digital zero. An application of OOK is The morse code.

El ASK es una forma de modulación mediante la cual la amplitud de la señal está dada por la ecuaciónASK is a form of modulation by which signal amplitude is given by the equation

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

1one

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

ASK entonces, puede ser descrito como la multiplicación de la señal de entrada f(t) = A (válido en sistemas digitales) por la señal de la portadora. Además, esta técnica es muy similar a la modulación en amplitud AM.ASK then, can be described as the multiplication of the input signal f (t) = A (valid in digital systems) by the carrier signal. In addition, this technique is very similar to modulation in AM amplitude.

En el caso de la modulación de frecuencia (FM) lo que se varía es la frecuencia de la portadora. La modulación en frecuencia (FSK) se representa en la figura 2h, donde se puede observar que una cierta frecuencia representa un valor binario.In the case of frequency modulation (FM) what is varied is the frequency of the carrier. Modulation in Frequency (FSK) is represented in Figure 2h, where you can Note that a certain frequency represents a binary value.

Por el contrario, en la modulación de fase (PSK) lo que se modifica es la fase de la portadora tal y como se muestra en la figura 2i.On the contrary, in phase modulation (PSK) what is modified is the carrier phase as shown in figure 2i.

La combinación de la modulación en fase, amplitud y frecuencia da lugar a diferentes tipos de modulación. A lo largo de este proyecto se estudiará cual de todos ellos es el óptimo para utilizar cuando se transmiten datos y potencia.The combination of phase modulation, amplitude and frequency gives rise to different types of modulation. TO throughout this project we will study which of them is the Optimal to use when transmitting data and power.

A modo redundante, la comunicación con el Equipo aéreo (SA) se realizará adicionalmente utilizando un radiomódem, codificando la información de manera análoga al láser.In redundant mode, communication with the Team Aerial (SA) will be carried out additionally using a radio modem, encoding the information analogously to the laser.

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    
- Hardware de Transmisión (242)- Transmission Hardware (242)

El Hardware de Transmisión (242) del Equipo terrestre (ST) lo formarán los sistemas físicos a través de los cuales el Software de transmisión (241) envía la potencia y los datos al Equipo aéreo (SA). El Hardware de transmisión (242) lo formarán los siguientes componentes.The Transmission Hardware (242) of the Equipment terrestrial (ST) will be formed by physical systems through which the Transmission Software (241) sends the power and data to the Air Team (SA). Transmission Hardware (242) They will form the following components.

- Un modulador de amplitud, frecuencia o fase para transformar la información y enviarla junto a la transmisión de potencia.- An amplitude, frequency or phase modulator to transform the information and send it together with the transmission of power.

- Un láser (L) de alta potencia para transmitir la energía y datos.- A high power laser (L) to transmit Energy and data

Hay que constatar que se utilizará un radiomódem y una antena como sistema redundante de transmisión de datos con el Equipo aéreo.It should be noted that a radio modem will be used and an antenna as a redundant data transmission system with the Aerial equipment

Hay que constatar también que el rayo en un láser no continúa sin divergir indefinidamente. Incluso en el caso de un láser ideal existe una divergencia del rayo.It should also be noted that lightning in a Laser does not continue without diverging indefinitely. Even in the case of an ideal laser there is a divergence of the beam.

Como se muestra en la figura 2j existe una región (3c1) donde el rayo no diverge, (campo cercano) y una parte (3c2) donde diverge (campo lejano). Para distancias largas se puede considerar el (3c1) despreciable, considerándose que el diámetro que se obtendría en el receptor sería de:As shown in Figure 2j there is a region (3c1) where the ray does not diverge, (near field) and a part (3c2) where it diverges (far field). For long distances you can consider the (3c1) negligible, considering that the diameter that would be obtained at the receiver would be:

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

22

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

Donde \theta es el ángulo de divergencia, L es la distancia al receptor y D es el diámetro que se obtiene en el receptor.Where the is the angle of divergence, L is the distance to the receiver and D is the diameter that is obtained in the receiver.

El ángulo \theta depende de la longitud de onda \lambda y del radio del rayo cuando no diverge "r_{rayo}". Tal que:The angle? Depends on the length of λ wave and ray radius when not diverging "r_ {ray}". Such that:

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33

       \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
    

Si consideramos estas ecuaciones tendremos la figura 2k utilizando un diámetro del rayo de 0.6 mm y longitudes de onda de 400, 700 y 1000 nm.If we consider these equations we will have the Figure 2k using a beam diameter of 0.6 mm and lengths of 400, 700 and 1000 nm wave.

Se puede observar en esta figura 2k que para grandes distancias del receptor, distancias de 500 km, y longitudes de onda de 1000 nm, el efecto puede ser considerable, puesto que el diámetro de la energía incidente en el receptor de será de más de 1 km. En el caso del sistema que se propone este efecto no tendrá grandes consecuencias puesto que estamos hablando de distancias pequeñas, pero es conveniente tenerlo en cuenta cuando consideremos la transmisión de energía del espacio a tierra.It can be seen in this figure 2k that for large distances of the receiver, distances of 500 km, and lengths 1000 nm wave, the effect can be considerable, since the diameter of the incident energy in the receiver will be more than 1 km. In the case of the system proposed this effect will not have great consequences since we are talking about distances small, but it is convenient to consider it when considering the transmission of energy from space to earth.

En el diseño de nuestro sistema es necesario también saber la cantidad de energía que incide en nuestro receptor (Vatios/m^{2}). Esta energía es muy simple de calcular, puesto que si consideramos que el efecto de la atmósfera es despreciable se puede obtener como la potencia del láser utilizada entre el Área en el que se reparte la energía.In the design of our system it is necessary also know the amount of energy that affects our receiver (Watts / m2). This energy is very simple to calculate, since if we consider that the effect of the atmosphere is negligible, can get as the laser power used between the Area in the one that distributes the energy.

De todos los láseres existentes, se van a considerar para el experimento diferentes láseres industriales, ya que son los que se utilizan para las potencias que se prevén necesarias (>300 W) y que pueden ser utilizados en un laboratorio de ensayos. Cada uno de ellos trabaja con luz de una longitud de onda determinada, según la tabla siguiente:Of all the existing lasers, they are going to consider different industrial lasers for the experiment, since which are the ones used for the powers that are expected necessary (> 300 W) and that can be used in a laboratory of trials. Each of them works with light of a length of determined wave, according to the following table:

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44

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De entre las tres opciones, se descarta la opción de Láser de CO_{2}, porque la longitud de onda no es aprovechable por las células comerciales, y se escoge el láser de diodos. En general, presentan una vida útil de unas 15.000 horas y un rendimiento del 35%, superior a otras tecnologías.Among the three options, the CO2 laser option, because the wavelength is not usable by commercial cells, and the laser of diodes In general, they have a lifespan of about 15,000 hours and a yield of 35%, superior to other technologies.

Debido a que la legislación actual no permite radiaciones de excesiva magnitud por metro cuadrado en lugares abiertos, se ha considerado utilizar en vez de un solo láser (L) de alta potencia, un conjunto numeroso láseres (L_{1}) de baja potencia. Cada unidad láser (L_{1}) no superara por si mismos la energía permitida por la legislación y por lo tanto será totalmente inocuo para el ser humano. En este proyecto de realización se convergerán los haces en un punto (LP) del espacio para que gracias a la suma de las energías se llegue a los niveles requeridos. La convergencia de la energía se realizará situando los láseres (L_{1}) de baja potencia con la inclinación adecuada en una base (B_{1}) (ver figura
2l).
Because the current legislation does not allow radiation of excessive magnitude per square meter in open places, it has been considered to use instead of a single high power laser (L), a large set of low power lasers (L1). Each laser unit (L1) will not in itself exceed the energy allowed by the legislation and will therefore be totally harmless to humans. In this project of realization the beams will converge in a point (LP) of the space so that thanks to the sum of the energies it reaches the required levels. The energy convergence will be carried out by placing the low power lasers (L_ {1}) with the appropriate inclination on a base (B_ {1}) (see figure
2l).

Para el ejemplo de realización representado, el subsistema de recepción (23) del Equipo terrestre (ST) será el encargado de recibir y de demodular la información proveniente del Equipo aéreo (SA), obteniendo los datos experimentales enviados mediante un radiomódem. Este subsistema (23) se ha dividido en dos conjuntos que se detallan a continuación:For the embodiment shown, the receiving subsystem (23) of the Ground Equipment (ST) will be the responsible for receiving and demodulating information from the Aerial equipment (SA), obtaining the experimental data sent by means of a radio modem. This subsystem (23) has been divided into two sets detailed below:

El Software de Recepción (231) del Equipo terrestre (ST) será el encargado de decodificar la información transmitida por el Equipo aéreo (SA) para obtener el mensaje original. Al igual que en el subsistema de transmisión, la señal del radio módem vendrá modulada en amplitud, frecuencia o en fase y tendrá que ser decodificada para convertirla en información válida. El tipo de demodulación dependerá de la modulación elegida para transmitir la información desde el Equipo aéreo (SA) al Equipo terrestre (ST).The Receiving Software (231) of the Equipment terrestrial (ST) will be responsible for decoding the information transmitted by the Air Team (SA) to get the message original. As in the transmission subsystem, the signal from the radio modem will be modulated in amplitude, frequency or phase and it will have to be decoded to convert it into valid information. The type of demodulation will depend on the modulation chosen for transmit the information from the Air Team (SA) to the Team terrestrial (ST).

Una vez que se ha obtenido el mensaje original, los datos serán presentados en el interfaz de usuario para su posterior análisis.Once the original message has been obtained, the data will be presented in the user interface for subsequent analysis

El Hardware de Recepción (232) del Equipo terrestre (ST) será el encargado de convertir la información proveniente del radio módem del Equipo aire (SA) en señales eléctricas (voltaje, intensidad), de tal forma que puedan ser interpretadas por el Software de recepción (231) explicado en el punto anterior.The Receiving Hardware (232) of the Equipment Terrestrial (ST) will be responsible for converting information from the radio modem of Equipo Aire (SA) in signals electrical (voltage, intensity), so that they can be interpreted by the Receiving Software (231) explained in the previous point

El Hardware de recepción (232) es muy simple, puesto que lo formará un radio módem y una antena convencional que se conectará directamente con el Microcontrolador.The receiving hardware (232) is very simple, since it will be formed by a radio modem and a conventional antenna that It will connect directly to the Microcontroller.

Está incluido en el objeto del invento utilizar células fotovoltaicas de diferentes materiales para aprovechar la energía transmitida por el sistema de transmisión de tierra, en función de las longitudes de onda que éstas pueden aprovechar.It is included in the object of the invention to use photovoltaic cells of different materials to take advantage of the energy transmitted by the ground transmission system, in function of the wavelengths that they can take advantage of.

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Los materiales más habituales utilizados en la tecnología fotovoltaica para la fabricación de las células son los detallados en la siguiente tabla:The most common materials used in the photovoltaic technology for cell manufacturing are the detailed in the following table:

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De todos los fotones incidentes, sólo aquellos que tengan una energía E_{foton} > E_{g} del material serán capaces de generar un par electrón-hueco, y por tanto contribuir a la generación de la corriente eléctrica.Of all the incident photons, only those that have an energy E_ {foton}> E_ {g} of the material will be capable of generating an electron-hollow pair, and by Both contribute to the generation of electric current.

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siendo h la constante de Planck, c la velocidad de la luz y \lambda la longitud de onda del fotón incidente.being h the Planck constant, c the speed of light and λ the wavelength of the photon incident.

A la vista de los resultados se concluye que mediante una combinación adecuada de láser y célula solar, se puede generar energía eléctrica a partir del rayo incidente de luz del láser. La opción más adecuada, o la que ofrece mayor facilidad para la adquisición de los materiales es a priori la del binomio célula solar de silicio cristalino y láser de diodos.In view of the results, it is concluded that by means of a suitable combination of laser and solar cell, electrical energy can be generated from the incident beam of laser light. The most appropriate option, or the one that offers greater ease for the acquisition of materials, is a priori that of the binomial crystalline silicon solar cell and diode laser.

Dado que las células solares irán montadas en la aeronave que se desarrolle para el proyecto demostrador, y que es importante no sobrepasar la carga útil del mismo, se ha considerado como idea inicial del experimento utilizar células de silicio de concentración.Since the solar cells will be mounted on the aircraft that is developed for the demonstration project, and that is important not to exceed its payload, it has been considered as initial idea of the experiment use silicon cells of concentration.

Estas células, en su versión comercial, son de tamaño reducido, no superando el cm^{2}. Además, presentan un rendimiento de conversión más alto que las de silicio cristalino normales (eficiencias de hasta el 27% frente al 15-17%), y permiten concentraciones de luz incidente de hasta 100 soles, equivalentes a 10 W/cm^{2}, frente a los 0,1 W/cm^{2} de la luz solar.These cells, in their commercial version, are of Small size, not exceeding cm2. In addition, they present a Conversion performance higher than crystalline silicon normal (efficiencies of up to 27% compared to 15-17%), and allow incident light concentrations of up to 100 soles, equivalent to 10 W / cm2, compared to 0.1 W / cm2 of sunlight.

Una vez elegida la tecnología de transmisión y recepción de la energía, se contemplan dos posibles soluciones:Once chosen the transmission technology and reception of energy, two possible solutions are contemplated:

1.one.
Utilizar células de silicio de concentración (comerciales), y montarlas sobre una estructura que iría alojada en la aeronave.Use concentration silicon cells (commercial), and mount them on a structure that would be housed in The aircraft.

2.2.
Utilizar óptica comercial para el láser, logrando la concentración de luz deseada.Use commercial optics for the laser, achieving desired light concentration.

La opción de las células de concentración requiere un mayor desarrollo técnico para solucionar los problemas de disipación, posicionamiento de las pequeñas células, desarrollo de la estructura de soporte, etc.. Por ejemplo, para conseguir una concentración de 100 soles, es necesaria una densidad de potencia de 10 W/cm^{2}. Si el área que ocupan las células fotovoltaicas fuera de 0,1 m^{2}, sería necesaria una potencia incidente de 1000 W.The choice of concentration cells requires further technical development to solve the problems of dissipation, positioning of small cells, development of the support structure, etc. For example, to get a concentration of 100 soles, a power density of 10 W / cm2. If the area occupied by the photovoltaic cells were of 0.1 m 2, an incident power of 1000 would be necessary W.

Para el ejemplo de realización representado, el subsistema de interfaz de usuario (25) será el software encargado de permitir la comunicación entre el usuario y los subsistemas de transmisión y de recepción del Equipo terrestre (ST). El GUI estará diseñado para que la comunicación con el usuario sea fácil e intuitiva, de tal forma que el usuario pueda transmitir las nuevas coordenadas de posición, velocidad y de actitud al Equipo aéreo (SA), y a la vez ver los datos recibidos en tiempo real.For the embodiment shown, the user interface subsystem (25) will be the software responsible for allow communication between the user and the subsystems of transmission and reception of ground equipment (ST). The GUI will be designed to make communication with the user easy and intuitive, so that the user can transmit the new coordinates of position, speed and attitude to the Air Team (SA), and at the same time view the data received in real time.

El GUI se divide en dos partes, una será la encargada de transmitir el guiado de posición, velocidad y de actitud del nuevo punto o trayectoria que debe seguir el Equipo aéreo (SA) y otra parte será la encargada de recibir la posición, velocidad y actitud real así como los datos experimentales obtenidos.The GUI is divided into two parts, one will be the responsible for transmitting the guidance of position, speed and attitude of the new point or trajectory that the Team must follow air (SA) and another party will be responsible for receiving the position, speed and real attitude as well as experimental data obtained.

Para el ejemplo de realización representado, el Subsistema de Alimentación (26) del Equipo terrestre (ST), será el encargado de alimentar todo el Equipo terrestre (ST) proporcionando la energía suficiente como para alimentar a todos los subsistemas, además de suministrar la energía necesaria para utilizar el láser y así alimentar el Equipo aéreo (SA).For the embodiment shown, the Power Subsystem (26) of the Ground Equipment (ST), will be the responsible for feeding all the ground equipment (ST) providing Enough energy to power all subsystems, in addition to supplying the energy necessary to use the laser and thus feed the Aerial Equipment (SA).

Por lo tanto, el subsistema de alimentación (26) es un sistema fundamental que se encuentra integrado en el Equipo terrestre (ST) pero que realmente alimenta tanto al Equipo terrestre (ST) como al Equipo aéreo (SA).Therefore, the power subsystem (26) It is a fundamental system that is integrated into the Team Ground (ST) but that really feeds both the Ground Team (ST) as to the Air Team (SA).

El subsistema de alimentación (26) puede ser la propia red eléctrica, generadores de energía, baterías o paneles solares. Dependiendo de la potencia de consumo necesaria se usará un sistema u otro.The power subsystem (26) can be the own power grid, power generators, batteries or panels solar. Depending on the power consumption required, a system or other.

El Equipo aéreo (SA) (aeronave de aeromodelismo) será el encargado de recoger todos los datos experimentales (presión, temperatura, humedad...) y de enviarlos al Equipo terrestre (ST) para ser analizados.The Air Team (SA) (aircraft model aircraft) will be responsible for collecting all experimental data (pressure, temperature, humidity ...) and send them to the Equipment terrestrial (ST) to be analyzed.

La estructura del Equipo aéreo (SA) representada en la siguiente figura 3 consta de los siguientes subsistemas:The structure of the Air Team (SA) represented In the following figure 3 it consists of the following subsystems:

--
Subsistema Mecánico (31). En este subsistema se encuentra englobado el prototipo a volar (311).Mechanical Subsystem (31). In this subsystem is included the prototype to fly (311).

--
Subsistema de Control (32). En este subsistema se encuentra todo el software (321) y hardware (322) necesario para controlar la aeronave.Control Subsystem (32). In this subsystem is all software (321) and hardware (322) necessary to control the aircraft.

--
Subsistema de Recepción (33). En este subsistema se encuentra todo el software (331) y el hardware (332) necesario para recibir la energía e información proveniente del láser (L) del Equipo terrestre (ST).Reception Subsystem (33). In this subsystem is all software (331) and hardware (332) necessary to receive the energy and information from the Laser (L) of the Ground Equipment (ST).

--
Subsistema de Transmisión (34). En este subsistema se encuentra todo el software (341) y el hardware (342) necesario para transmitir los datos experimentales y de navegación al Equipo terrestre (ST).Transmission Subsystem (34). In this subsystem is all software (341) and hardware (342) necessary to transmit experimental and navigation data to the Ground Team (ST).

--
Subsistema de Navegación (35). En este subsistema se encuentra el software de navegación (351) y hardware (352) necesario para determinar el vector de estado del Equipo aéreo (SA) (posición, velocidad y actitud).Navigation Subsystem (35). In this subsystem is navigation software (351) and hardware (352) necessary to determine the status vector of the Air Equipment (SA) (position, speed and attitude).

--
Subsistema de Alimentación (36). En este subsistema se encuentra el hardware (362) auxiliar necesario para abastecer a la aeronave, por si en algún momento no pudiera ser radiado por el láser.Power Subsystem (36). In this subsystem is the auxiliary hardware (362) needed to supply the aircraft, in case at any time it could not be Radiated by the laser.

El Subsistema Mecánico Aeronave (311) del Equipo aéreo (SA) será el prototipo a ser volado y, en este caso, será una aeronave de aeromodelismo. El Subsistema Mecánico Aeronave (311) del Equipo aéreo (SA) estará propulsado mediante la energía que le transmite el láser del Equipo terrestre (ST), por lo tanto la estructura de este conjunto estará cubierta por células solares (a priori células de concentración) que transformarán esa radiación en energía eléctrica para proporcionar la potencia necesaria a los sistemas electrónicos de la aeronave.The Aircraft Mechanical Subsystem (311) of the Air Team (SA) will be the prototype to be flown and, in this case, will be an aircraft model aircraft. The Aircraft Mechanical Subsystem (311) of the Air Equipment (SA) will be powered by the energy transmitted by the Earth Equipment (ST) laser, therefore the structure of this set will be covered by solar cells ( a priori concentration cells) that will transform that radiation into electrical energy to provide the necessary power to the electronic systems of the aircraft.

Estas células no sólo servirán para recibir potencia sino también para recibir la información enviada desde el Equipo terrestre (ST). Por lo tanto, la aeronave tendrá que ser modificado con respecto de una aeronave de aeromodelismo convencional.These cells will not only serve to receive power but also to receive the information sent from the Ground equipment (ST). Therefore, the aircraft will have to be modified with respect to an aircraft model aircraft conventional.

Para el ejemplo de realización representado, el subsistema de control (32) del Equipo aéreo (SA) se encargará de controlar el subsistema mecánico (31) del Equipo aéreo (SA).For the embodiment shown, the Control subsystem (32) of the Air Team (SA) will be responsible for control the mechanical subsystem (31) of the Aerial Equipment (SA).

El Software de Control (321a) de la Aeronave del Equipo aéreo (SA) se encargará de controlar la aeronave mediante los datos procedentes del Equipo terrestre (ST) (trayectoria y actitud de referencia) y los datos provenientes de la navegación (trayectoria y actitud reales). El sistema completo de control, en forma esquemática, es el que se ha representado en la figura 3a, en la que:The Control Software (321a) of the Aircraft Air team (SA) will be in charge of controlling the aircraft by means of data from the Ground Team (ST) (trajectory and attitude reference) and navigation data (real trajectory and attitude). The complete control system, in schematic form, is the one that has been represented in figure 3a, in which:

--
La dinámica (3a1) de la Aeronave estará sometida a las fuerzas de:The Dynamic (3a1) of the Aircraft will be subject to forces from:

\bullet?
Aceleración gravitacional Acceleration gravitational

\bullet?
Empuje debido a la hélice del motor Push due to the propeller of the engine

\bullet?
Resistencia Aerodinámica. Resistance Aerodynamics.

--
El guiado (3a6) estará proporcionado desde el Equipo terrestre (ST), enviando a la aeronave la trayectoria de referencia (3a4) a seguir y la orientación necesaria de la aeronave.He Guided (3a6) will be provided from the Ground Team (ST), sending the reference path (3a4) to the aircraft to follow and the necessary orientation of the aircraft.

--
La Navegación (3a2) proporciona información real al sistema de donde se encuentra y como esta orientado (3a7) con respecto de un sistema inercial.The Navigation (3a2) provides real information to the system from where it is find and how it is oriented (3a7) with respect to a system inertial

--
El sistema de control (3a5) calcula las acciones que se deben seguir por los actuadores (3a3) para que se consiga seguir la trayectoria de referencia (3a4) lo más precisamente posible.He control system (3a5) calculates the actions to be followed by the actuators (3a3) so that the path can be followed reference (3a4) as precisely as possible.

--
Los actuadores están compuestos por las superficies de control que orientan la aeronave.The actuators are composed of control surfaces that Orient the aircraft.

El hardware de Control (322a) de la Aeronave del Equipo aéreo (SA) se encargará de ejecutar las señales de control generadas por el Software de Control (321a). El Control de la aeronave se hace mediante una serie de servos que transmiten movimiento a las superficies aerodinámicas del modelo. Se necesitarán por tanto los siguientes componentes:The Control Hardware (322a) of the Aircraft Aerial equipment (SA) will be in charge of executing the control signals generated by the Control Software (321a). The control of the aircraft is made by a series of servos that transmit movement to the aerodynamic surfaces of the model. Be They will therefore need the following components:

--
Servos para control de la aeronaveServos for aircraft control

--
Electrónica necesaria para el controlElectronics needed for the control

--
Encoders para saber la posición de los servosEncoders to know the position of the servos

--
Microcontrolador.Microcontroller

Para el ejemplo de realización representado, el subsistema de transmisión (34) del Equipo aéreo (SA) se encargará de transmitir los datos al Equipo terrestre (ST) mediante un radiomódem. Este subsistema se ha dividido en los dos conjuntos que se detallan a continuación.For the embodiment shown, the Transmission subsystem (34) of the Air Team (SA) will be responsible for transmit the data to the Ground Equipment (ST) through a radio modem This subsystem has been divided into the two sets that Are detailed below.

El Software de Transmisión (341) del Equipo aéreo (SA) será el encargado de realizar las transmisiones deseadas. La forma de transmisión de los datos al Equipo terrestre (ST) será exactamente la misma a la explicada en el apartado correspondiente del Equipo terrestre (ST).The Transmission Software (341) of the Equipment Aéro (SA) will be responsible for making the desired transmissions. The form of data transmission to the Ground Team (ST) will be exactly the same as explained in the corresponding section of the Ground Team (ST).

Los datos a transmitir serán los datos experimentales recogidos, además de los datos de posición, velocidad y actitud recogidos por el hardware del subsistema de navegación que se explicará en el apartado correspondiente.The data to be transmitted will be the data Experimental collected, in addition to position data, speed and attitude collected by the navigation subsystem hardware that will be explained in the corresponding section.

El Hardware de Transmisión (342) del Equipo aéreo (SA) lo formarán los sistemas físicos a través de los cuales el subsistema de transmisión (34) envía los datos al Equipo terrestre (ST).The Transmission Hardware (342) of the Equipment air (SA) will be formed by the physical systems through which the transmission subsystem (34) sends the data to the Equipment terrestrial (ST).

El Hardware de transmisión de datos (342) será capaz de transformar la información que se quiere enviar en forma de pulsos de radiofrecuencia.The Data Transmission Hardware (342) will be able to transform the information you want to send in the form of radiofrequency pulses

El Hardware de transmisión de datos (342) lo formará un radiomódem.The Data Transmission Hardware (342) lo It will form a radio modem.

El Software de Recepción (331) del Equipo aéreo (SA) será el encargado de decodificar la información transmitida por el Equipo terrestre (ST) para obtener el mensaje original. Al igual que en el subsistema de transmisión, la señal vendrá modulada en amplitud, frecuencia o en fase, y tendrá que ser decodificada para convertirla en información válida. El tipo de demodulación dependerá de la modulación elegida para transmitir la información desde el Equipo terrestre (ST) al Equipo aéreo (SA).The Receiving Software (331) of the Air Equipment (SA) will be responsible for decoding the information transmitted by the Ground Team (ST) to get the original message. As that in the transmission subsystem, the signal will be modulated in amplitude, frequency or phase, and will have to be decoded to Turn it into valid information. The type of demodulation will depend of the modulation chosen to transmit the information from the Ground equipment (ST) to the Air team (SA).

El Software de Recepción (331) será un software específico cuya labor será la de extraer la trayectoria y actitud referencia y presentarle al Software de Control (321a) del Equipo aéreo (SA) los nuevos datos de entrada.The Receiving Software (331) will be a software specific whose task will be to extract the trajectory and attitude reference and introduce you to the Control Software (321a) of the Equipment air (SA) new input data.

El Hardware de Recepción (332) del Equipo aéreo (SA) será el encargado de convertir la radiación proveniente del láser del Equipo terrestre (ST) en señales eléctricas (voltaje, intensidad) de tal forma que puedan ser interpretadas por el Software de Recepción (331) además de utilizar la potencia incidente para alimentar el Equipo aéreo (SA). El Hardware de Recepción (332) es muy simple y lo formarán células solares (a priori células de concentración). Es importante constatar que las células solares situadas en el Equipo aéreo (SA) no sólo actuarán como receptoras de potencia sino también como receptoras de información.The Reception Hardware (332) of the Aerial Equipment (SA) will be in charge of converting the radiation coming from the laser of the Ground Equipment (ST) into electrical signals (voltage, intensity) so that they can be interpreted by the Reception Software ( 331) in addition to using the incident power to power the Aerial Equipment (SA). The Reception Hardware (332) is very simple and will be formed by solar cells ( a priori concentration cells). It is important to note that the solar cells located in the Aerial Equipment (SA) will not only act as power receivers but also as information receivers.

La recepción de datos se realiza también por enlace radiomódem (como aparato redundante) para asegurarse que en caso que el la recepción con las células solares no funcionase correctamente, la aeronave sigue en contacto con el Equipo terrestre (ST).Data reception is also done by radio modem link (as a redundant device) to ensure that in in case the reception with solar cells did not work correctly, the aircraft is still in contact with the Ground Team (ST).

El Equipo aéreo (SA) se alimentará colocando células solares pegadas a la aeronave que transformarán la radiación recibida desde el Equipo terrestre (ST) en energía para alimentar el Equipo aéreo (SA).The Air Team (SA) will be fed by placing solar cells attached to the aircraft that will transform the radiation received from the Ground Equipment (ST) in power to power the Aerial equipment (SA).

Hay también que constatar que las células solares tendrán una eficiencia mucho mayor cuando son irradiadas con láser que cuando lo son con energía solar, puesto que en este caso se puede elegir que la longitud de onda del láser sea la óptima para esas células. Un ejemplo de la energía generada con respecto de la longitud de onda es la conocida para las células GaAs, frecuentemente utilizadas en aplicaciones espaciales.We must also verify that the cells solar will have a much higher efficiency when irradiated with laser that when they are with solar energy, since in this case you can choose the laser wavelength to be optimal for those cells. An example of the energy generated with respect to the Wavelength is known for GaAs cells, frequently used in space applications.

Las células solares se dispondrán en la aeronave de tal forma que cuando se haga de noche la aeronave pueda estar alimentada totalmente por la energía del láser, y que cuando se haga de día utilice tanto la energía del sol como la del láser (pudiéndose llegar a aumentar la eficiencia de las células al doble).Solar cells will be arranged in the aircraft so that when it gets dark the aircraft can be fully powered by laser energy, and that when done during the day use both sun and laser energy (being able to increase the efficiency of cells by double).

Para el ejemplo de realización representado, el Subsistema de Navegación (35) del Equipo aéreo (SA) será el encargado de proporcionar a la aeronave la posición, velocidad y rotación real con respecto a un sistema inercial. La aeronave necesitará conocer estos datos para poder dirigirse a la referencia deseada. Para esto se pueden utilizar diferentes sensores o sistemas.For the embodiment shown, the Navigation Subsystem (35) of the Air Team (SA) will be the responsible for providing the aircraft with the position, speed and real rotation with respect to an inertial system. The aircraft you will need to know this data to be able to address the reference desired. For this you can use different sensors or systems.

Se ha comprobado que el Hardware de Navegación (352) que hace que el avión sea lo más autónomo posible es el INS (Inertial Navigation System), puesto que no sólo proporcionan la posición y velocidad del sistema sino que también su actitud. El problema que existe generalmente con estos sistemas es que suele necesitar un sistema adicional (Global Position System GPS) para evitar derivas a lo largo del tiempo. Para el cálculo preciso de la altura y de la velocidad de la aeronave con respecto del viento se han utilizado sensores de presión estática y dinámica respectivamente.It has been verified that the Navigation Hardware (352) that makes the plane as autonomous as possible is the INS (Inertial Navigation System), since they not only provide the system position and speed but also your attitude. He problem that usually exists with these systems is that it usually need an additional system (Global Position System GPS) to Avoid drifts over time. For the precise calculation of the height and speed of the aircraft with respect to the wind is have used static and dynamic pressure sensors respectively.

La integración de todos los datos del GPS, INS y sensores de presión estática y dinámica se ha llevado a cabo en el Software de Navegación (351) mediante un filtro de Kalman.Integration of all GPS, INS and static and dynamic pressure sensors has been carried out in the Navigation Software (351) using a Kalman filter.

Para el ejemplo de realización representado, el Subsistema de Alimentación (36) del Equipo aéreo (SA) será un sistema de seguridad que se encargará de alimentar los sistemas antes mencionados por si debido a cualquier contratiempo el láser no incide totalmente en el aparato.For the embodiment shown, the Power Subsystem (36) of the Air Team (SA) will be a security system that will be responsible for feeding the systems above mentioned in case due to any setback the laser does not It totally affects the device.

Este sistema constará de una batería y de un regulador de potencia, pudiéndose adicionalmente cargarse cuando la aeronave se encuentre bajo la radiación solar.This system will consist of a battery and a power regulator, being able to be additionally charged when the Aircraft is under solar radiation.

Claims (7)

1. Sistema autónomo de vuelo con láser, caracterizado porque consta de un equipo terrestre (ST) y un equipo aéreo (SA) bien diferenciados; yendo:1. Autonomous laser flight system, characterized in that it consists of a well-differentiated ground equipment (ST) and aerial equipment (SA); going:
a)to)
dicho equipo terrestre (ST) provisto de medios para alimentar al equipo aéreo (SA) además de comunicarse con él de forma totalmente inalámbrica, transmitiendo con láser (L) la potencia e información nece- sarias;said ground equipment (ST) provided with means for feed the aerial equipment (SA) as well as communicate with him fully wireless, transmitting with laser (L) the power and information needed;
b)b)
dicho equipo aéreo (SA) provisto de medios para recoger los datos y energía del equipo terrestre (ST), y enviar datos experimentales al equipo terrestre (ST).said aerial equipment (SA) provided with means to collect data and energy from ground equipment (ST), and send experimental data to ground equipment (ST).
         \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
      
2. Sistema autónomo de vuelo con láser, según reivindicación 1, caracterizado porque el equipo terrestre (ST) incluye, al menos:2. Autonomous laser flight system according to claim 1, characterized in that the ground equipment (ST) includes at least:
a)to)
un subsistema mecánico terrestre (21) con las piezas mecánicas necesarias para constituir una plataforma seguidora de dos ejes (211);a terrestrial mechanical subsystem (21) with the parts mechanics necessary to constitute a two-follower platform shafts (211);
b)b)
un subsistema de control terrestre (22) con todo el software (221) y hardware (222) necesario para controlar dicha plataforma seguidora de dos ejes (211);a ground control subsystem (22) with all the software (221) and hardware (222) necessary to control said two-axis follower platform (211);
c)C)
un subsistema de recepción terrestre (23); con todo el software (231) y hardware (232) necesario para la recepción de toda la información proveniente de la aeronave (SA);a ground reception subsystem (23); with everything the software (231) and hardware (232) necessary for receiving all information from the aircraft (SA);
d)d)
un subsistema de transmisión terrestre (24), con todo el software (241) y hardware (242) necesario para transmitir potencia e información a la aeronave (SA);a ground transmission subsystem (24), with all the software (241) and hardware (242) necessary to transmit power and information to the aircraft (SA);
e)and)
un subsistema interfaz terrestre (25), con todo el software (251) necesario para permitir al usuario, fácil e intuitivamente, comunicar la posición, velocidad y actitud de referencia a la aeronave (SA), así como visualizar los datos provenientes de ella;a terrestrial interface subsystem (25), with all the software (251) necessary to allow the user, easy and intuitively communicate the position, speed and attitude of reference to the aircraft (SA), as well as visualize the data coming from her;
f)F)
un subsistema de alimentación terrestre (26) con, al menos, una fuente de alimentación (261) que proporciona la energía necesaria para, al menos, un láser (L) que transmite(n) a la aeronave (SA) la potencia e información necesarias.a ground feeding subsystem (26) with, at less, a power supply (261) that provides energy necessary for at least one laser (L) that transmits (n) to the aircraft (SA) the necessary power and information.
         \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
      
3. Sistema autónomo de vuelo con láser, según reivindicación 1, caracterizado porque el equipo aéreo (SA) incluye, al menos:3. Autonomous laser flight system according to claim 1, characterized in that the aerial equipment (SA) includes at least:
a)to)
un subsistema mecánico aéreo (31) que engloba una aeronave (311)an aerial mechanical subsystem (31) that encompasses a aircraft (311)
b)b)
un subsistema de control aéreo (32) con todo el software (321a) y hardware (322a) necesarios para controlar, la citada aeronave (311).an air control subsystem (32) with all the software (321a) and hardware (322a) needed to control, the cited aircraft (311).
c)C)
un subsistema de recepción aéreo (33), con todo el software (331) y hardware (332) necesario para recibir la energía e información provenientes del láser (L), con todo el hardware necesario para comunicar la nave por si en algún momento no pudiera comunicarse con el láser (L);an air reception subsystem (33), with all the software (331) and hardware (332) necessary to receive the power e information from the laser (L), with all the hardware necessary to communicate the ship in case at any time it could not communicate with the laser (L);
d)d)
un subsistema de transmisión aéreo (34), con todo el software (341) y hardware (342) necesarios para transmitir los datos experimentales y de navegación al equipo terrestre (ST);an air transmission subsystem (34), with all the software (341) and hardware (342) necessary to transmit the data experimental and navigation to ground equipment (ST);
e)and)
un subsistema de navegación aéreo (35), con todo el hardware (352) y software (351) necesario para determinar el vector de estado del equipo aéreo (SA) (posición, velocidad y actitud);an air navigation subsystem (35), with all the hardware (352) and software (351) necessary to determine the vector of air equipment status (SA) (position, speed and attitude);
f)F)
un subsistema de alimentación aéreo (36), con todo el hardware (362) necesario para abastecer a la aeronave (311) si en algún momento no pudiera ser radiado directamente desde el láser (L).an air supply subsystem (36), with everything the hardware (362) necessary to supply the aircraft (311) if in sometime it could not be radiated directly from the laser (L).
         \vskip1.000000\baselineskip\ vskip1.000000 \ baselineskip
      
4. Sistema autónomo de vuelo con láser, según reivindicación 3, caracterizado porque, particularmente, el citado hardware de transmisión de datos es un radiomódem.4. Autonomous laser flight system according to claim 3, characterized in that, in particular, said data transmission hardware is a radio modem. 5. Sistema autónomo de vuelo con láser, según reivindicación 1, caracterizado porque, particularmente, el citado equipo aéreo (SA) es un avión de aeromodelismo.5. Autonomous laser flight system according to claim 1, characterized in that, in particular, said aerial equipment (SA) is an aircraft model aircraft. 6. Sistema autónomo de vuelo con láser, según reivindicación 2, caracterizado porque, particularmente, el subsistema de alimentación terrestre (26) consta de una pluralidad de láseres (L_{1}) de baja potencia dispuestos en una base (B_{1}) con la inclinación adecuada para que sus haces converjan en un punto (LP) del espacio para que la suma de energías llegue a los niveles requeridos.6. Autonomous laser flight system according to claim 2, characterized in that, in particular, the terrestrial power subsystem (26) consists of a plurality of low power lasers (L1) arranged on a base (B1) ) with the appropriate inclination so that your beams converge at a point (LP) of space so that the sum of energies reaches the required levels. 7. Sistema autónomo de vuelo con láser, según reivindicación 3, caracterizado porque el citado hardware de recepción (332) lo forman células solares (particularmente células de concentración), y un sistema auxiliar formado por un radiomódem.7. Autonomous laser flight system according to claim 3, characterized in that said reception hardware (332) is formed by solar cells (particularly concentration cells), and an auxiliary system formed by a radio modem.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109586422B (en) * 2018-11-15 2021-02-09 北京宇航系统工程研究所 Wireless rocket-ground interface adopting laser wireless power supply and laser wireless communication
GB2599722A (en) * 2020-10-12 2022-04-13 Bae Systems Plc Power/data transfer

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5260639A (en) * 1992-01-06 1993-11-09 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Method for remotely powering a device such as a lunar rover
US6534705B2 (en) * 2000-10-23 2003-03-18 Power Beaming Corporation Methods and apparatus for beaming power
JP4928203B2 (en) * 2006-09-14 2012-05-09 学校法人近畿大学 Laser energy and information supply system

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