[发明专利]一种飞行器无线传感网络节点原位无线补能系统和方法

说明书

一种飞行器无线传感网络节点原位无线补能系统，包括地面终端、若干地面功率发射天线阵列和若干器上功率接收模块；各器上功率接收模块安装在飞行器舱内；地面终端为具备信息采集功能和通信接口的微波源，接收各无线传感器的充电状态信息，根据设定的约束条件生成控制指令输出给各地面功率发射天线阵列；地面功率发射天线阵列将电能转为微波能向舱内指定区域辐射，同时接收地面终端发送的控制指令调节波束形状和指向；各器上功率接收模块将接收到的微波能整流变换为直流电，给对应的无线传感器供电。本发明解决飞行器上大量无线传感器节点安装后无法或难以拆卸，导致无法充电维护的问题。

技术领域

本发明提出了一种无线补能系统和方法，属于电气电子设计领域。

背景技术

飞行器内部一般安装有大量的传感器用于测量自身各种参数，传统的有线测量方式由于电缆沉重复杂难以安装维护等问题，正在逐步被无线传感网络所替代。同时，目前的无线传感器都是由自身携带的化学电池提供电能，而一旦安装到飞行器上将难以或无法通过有线方式逐一为所有传感器节点进行充电维护。

发明内容

本发明解决的技术问题是：本发明提出了一种飞行器无线传感网络节点原位无线补能系统和方法，旨在通过地面主动式微波无线补能的方式来实现无线传感器原位电能补给，解决飞行器上大量无线传感器节点安装后无法或难以拆卸，导致无法充电维护的问题。

本发明解决技术的方案是：一种飞行器无线传感网络节点原位无线补能系统，包括地面终端、若干地面功率发射天线阵列和若干器上功率接收模块；

各器上功率接收模块安装在飞行器舱内；

地面终端为具备信息采集功能和通信接口的微波源，接收各无线传感器的充电状态信息，根据设定的约束条件生成控制指令输出给各地面功率发射天线阵列；

地面功率发射天线阵列将电能转为微波能向舱内指定区域辐射，同时接收地面终端发送的控制指令调节波束形状和指向；

各器上功率接收模块将接收到的微波能整流变换为直流电，给对应的无线传感器供电。

初始状态下，所有无线传感器均处于休眠状态，并周期性对外发送自身电池荷电状态；

手动或远程控制地面终端和地面功率发射天线阵列开机，开机后地面功率发射天线阵列处于待机状态，地面终端接收无线传感器状态信息后，首先判断所有无线传感器是否需要充电：

若所有无线传感器电池状态均为充满状态，则地面终端不输出任何指令；

若有无线传感器电池状态为未充满状态，则地面终端自主生成充电控制策略，并将控制指令分别发给各个地面功率发射天线阵列；地面功率发射天线阵列接收到控制指令后生成指定形状的指向地微波电磁场；器上功率接收模块接收到微波能量后，进行整流输出为无线传感器电池充电电流，为无线传感器实时供电。

充电控制策略为：

首先通过地面终端给地面功率发射天线阵列的每个微波天线单元赋予一个初始相位，再利用无线传感器信号链路返回的各个无线传感器电池荷电状态的信息，建立第一频率微波发射单元相位与无线传感器电池荷电状态的关系；

当任一无线传感器电池的电量不足时，地面终端会自动调节各个天线发射单元第一频率的相位，实现第一波束的扫描，对无线传感器电池进行充电；

当任一无线传感器电池持续处于未充满状态且未能得到电能补给时，建立第二频率微波发射单元相位和无线传感器电池荷电状态的关系，地面终端自动调节各个天线发射单元第二频率微波的相位，实现第二波束的扫描，对持续处于未充满状态且未能得到电能补给的无线传感器电池进行充电。

一种飞行器无线传感网络节点原位无线补能方法，包括步骤如下：

步骤一、初始状态下，控制所有无线传感器均处于休眠状态，并周期性对外发送自身电池荷电状态；