[发明专利]飞行器激光供能通讯系统

说明书

技术领域

本发明涉及无人机技术领域，具体涉及一种飞行器激光供能通讯系统。

背景技术

无人机等飞行器作为实用的空中摄影平台，自身会携带着一定数量的仪器设备（如：中继电台和/或各种类型的摄像机等），以完成空中的信号中继和拍摄等任务。由于传统的无人机等飞行器和其所携带的设备都是利用机载电池进行供电，若电池耗尽，则无法完成后续工作，只能让飞行器降落，更换电池或为电池充电后，重新开始后续工作。这样的供电方式使得无人机等飞行器的工作时间受到极大限制，无法实现一个长时间的空中任务过程，工作效率明显降低，严重阻碍了无人机等飞行器的发展。随着无人机等飞行器在空中侦察和空中信息服务等方面使用的日趋广泛，如何在系统体积小，重量轻的前提下，建立无人机等飞行器与地面间稳定、安全、高速的信息传递，也成为促进无人机等飞行器发展的重要环节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种飞行器激光供能通讯系统，其通过无线激光将能量传送至飞行器上，从而有效延长飞行器的工作时间,同时将飞行器的信息调制到经光学反射原理原路返回的小部分激光上，实现飞行器与地面的激光通信。

为解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现的：

一种飞行器激光供能通讯系统，包括地面供能站和飞行器。上述地面供能站主要由电源、激光驱动单元、激光器单元、光束整形单元、光学天线、二维转台、电子罗盘、GPS传感探测器、CCD图像处理单元、跟踪捕获控制单元和解调单元组成；其中电源经激光驱动单元与激光器单元的输入端相连，激光器单元的输出端经光束整形单元连接光学天线的输入端；光学天线安装在二维转台上，电子罗盘、GPS传感探测器和CCD图像处理单元固定在二维转台上、并处于光学天线的外围；采集光学天线的指向信息的电子罗盘、采集地面供能站和飞行器的地理位置信息的GPS传感探测器、以及采集飞行器精确空间位置信息的CCD图像处理单元与跟踪捕获控制单元的输入端相连，跟踪捕获控制单元的输出端连接二维转台的转动电机；光学天线的输出端连接解调单元。上述飞行器主要由光电能量转换单元、能量管理单元、电池组、侦测单元和反射调制器组成；其中光电能量转换单元通过激光与光学天线的激光发射端无线连接，光电能量转换单元的输出端与能量管理单元相连，能量管理单元的输出端连接电池组的充电端和侦测单元；电池组的输出端连接用电单元；侦测单元的输出端连接反射调制器，反射调制器通过激光与光学天线的激光接收端无线连接。

上述方案所述反射调制器包括光能探测器、角锥棱镜、激光外调制器和任务信息存储器；任务信息存储器的输入端连接侦测单元，任务信息存储器的输出端连接激光外调制器；光能探测器连接激光外调制器的控制端；激光外调制器与角锥棱镜相连；激光外调制器通过激光与光学天线的激光接收端无线连接。

上述飞行器激光供能通讯系统还进一步包括温控单元，电源经温控单元连接激光器单元。

上述方案所述激光器单元为半导体激光器阵列。

本发明的基本构思是：地面供能站通过高效的大功率激光器，把电能转化为能量激光束，光学天线的发射端将能量激光束进行准直处理，经过处理的能量光束在空间传输一定距离后到达正在空中飞行的飞行器。与光学天线相连的跟踪捕获控制单元，将发射目标锁定飞行器上的光电能量转换器。高效率的光电能量转换器将光能转化为电能，并给飞行器的各用电部件供电，维持设备的正常运转，实现飞行器的不间断飞行。同时飞行器上的反射调制器还能够将侦测的信号加载到激光上，与地面供能站进行无线激光通信，将飞行器上的有用信息传输至地面基地。

与现有技术相比，本发明具有如下特点：

1、激光能量密度比太阳光高，提供能量速度快，减少充电时间。

2、可以在飞行器不降落的条件下对其充电。从而减少飞行器降落的次数，大大降低飞行器坠毁的几率，极大地降低了成本。

3、在激光供能的过程中，飞行器的侦测行动不受任何影响。

4、当飞行器进行充电的过程中，可利用其上安放的反射调制器，将侦测到的信息调制到地面发射过来的很小一部分激光上，并将调制后的光信号沿原路返回地面供能站。

5、反射调制器利用反射的地面能量激光进行通信，只需要很弱的电流驱动，飞行器不需要额外添加对地通信信号发射模块，减少飞行器的用电功耗。

6、利用角锥棱镜和激光外调制器构成激光发射调制器，系统结构简单，飞行器上不需要添加跟踪对准结构，即可实现对地的连续激光通信。

7、飞行器与地面主机之间的通信采用激光传输，有效保证了信息传输的安全性。