无人机激光跟踪与无线供能系统

为了解决无人机工作时间短、续航能力差的问题,采用激光无线供能的方式给无人机进行续航,提出并设计了一套基于跟踪、捕获、瞄准的激光无线能量供给系统,并进行了理论分析,同时在外场200m范围内进行了无人机激光无线供能实验。结果表明,该系统整体光电转换效率约为12%,跟踪精度优于500μrad。该研究为激光跟踪与无线供能技术用于小型航天飞行器提供了参考。     

电子式电流互感器激光供能调节方案的改进

针对一款电子式电流互感器工程改造的需求,测试发现存在互感器采集单元上电过程缓慢、维持电压过高及仅采集单元主动调节的问题.文中从供电方案、信息传递及激光调节方法各方面对这个闭环调节系统进行说明,提出在不对采集单元进行软硬件改动的条件下,改变激光电源调节步调,从完全被动调节变为主动参与调节,通过自主学习获得驱动下限.改进方...     

激光供能系统寿命预估

对激光供能技术展开理论与实验研究。基于阿伦尼乌斯模型、逆幂率模型以及尼尔森的广义对数线性模型建立激光供能系统的多应力寿命预估模型。寿命预估模型根据不同的温度应力和电压应力,得到实际的可靠度曲线,从而预估出整个激光供能系统的可靠度。模型依据可靠度确定系统的零件更换时间,完成零件的及时更换,确保长期高效的工作,避免由零部件损坏带来的突发状况。在此基础上,研制激光供能系统实用样机,并根据样机实际参数,模拟预估供能系统在各种条件下的预估寿命。理论分析结果表明,该系统在正常应力条件(25℃/5V)下的理想寿命为10500h,为后续进一步实验验证奠定基础。该研究可有效提高激光供能技术的可靠性和稳定性,为该技术在电力行业中的广泛应用提供了更好的保障。     

微型蚂蚁激光供能系统设计

基于微型蚂蚁的太阳光供能技术,设计了一种微型蚂蚁激光供能系统,有效地克服了使用引线和电池供能所带来的不足以及太阳光供能方式对阳光的依赖．对激光供能系统的整体结构与部件进行分析,研究了能量转换装置的转换效率,讨论了传输过程中的能量损耗问题,论证了系统供能的可行性．实验采用半导体激光器提供能量,经透镜准直后照射到微型蚂蚁携带的光电池上转换成电能．激光对微型蚂蚁供能比太阳光有更高的供能效率。     

激光供能无人机光伏接收器设计原则

小型电动无人机在情报获取、战场监视等方面发挥着重要作用,但续航时间短的问题严重限制其效能的发挥。为解决该问题,采用激光无线能量传输技术为飞行中的无人机进行充电,大幅提高其续航时间,增强作战效能。光伏接收器作为能量转换器件,是系统设计需要考虑的核心器件之一。以电动无人机激光供能系统结构原理为基础,针对小型电动无人机的特点,提出在设计光伏接收器时所应满足的具体性能要求,并对影响光伏接收器设计的五个主要因素:系统工作模式,光伏电池,接收器结构布局,散热系统和角度衰减系数进行分析,为光伏接收器的设计提供基础研究。     

基于改进蝙蝠算法的激光供能无人机MPPT技术

激光供能无人机操作简单、安全性高,其采用光伏电池板接收能量进行作业。在复杂遮荫情况下,无人机上光伏电池板的P-V曲线存在多极值点问题,传统最大功率点追踪算法易陷入局部最优且追踪速度较慢等。针对这一问题提出了一种改进的蝙蝠算法,首先通过反向学习进行种群初始化,增强群体分布的均匀性,避免陷入局部最优;同时引入收缩因子,加快算法收敛速度。最后在Matlab/Simulink中搭建光伏阵列电路仿真模型证明了改进的蝙蝠算法在具有较好的速度性和稳定性。     

基于改进粒子滤波的激光供能无人机跟瞄方法研究

在激光供能无人机中,激光跟瞄无人机光伏电池板的方法成为关注热点之一。针对激光跟瞄无人机存在跟踪偏差大的问题,提出基于改进蝴蝶优化的粒子滤波算法。首先在蝴蝶优化算法初始化阶段引入对立学习策略,改善算法寻优性能;其次将蝴蝶优化算法位置更新公式进行优化,提升算法寻优速度;最后将引入蝴蝶优化算法的粒子滤波算法应用于激光供能无人机的跟瞄中,实现激光对无人机光伏电池板的最优跟踪。MATLAB结果表明,基于改进蝴蝶优化的粒子滤波算法在激光跟瞄过程中可以提高激光器发射激光的准确度,有效减小跟瞄误差,改善激光跟瞄无人机光伏电池板的效果。     

新型激光多波束系统供能无人机集群方案研究

由于单无人机执行任务量有限、整体效率低,故而无人机集群运动以其稳定性好,执行任务多样性,易操作,易控制等特点受到越来越多的关注。在激光供能无人机集群中,针对无人机的机载能量限制了任务的范围和时长、传统供能方式仅能完成一对一供能导致供能效率较低等问题,本文提出了一种基于光学相控阵技术的新型激光多波束供能系统,包括整体的激光无线能量传输方案、系统工作的整体流程、基于领航跟随法的无人机集群编队控制等,此方案可完成一对多的自调节供能,满足整个无人机集群的能量需求,提高传能距离及传输效率,并通过对无人机集群进行算法控制精准到达预设供能区域。对未来激光无线能量传输应用的领域和方式具有参考价值。     

量热阵列测量远场激光能量的重构方法

为了建立基于探头背光面温升测量重构入射激光能量的方法,推导出了单元探头内温度场分布的半解析表达式,分析确定了重构入射激光能量的特征要素。通过引入标定系数,获得了用探头背光面最大温升重构入射激光能量以及计算标定系数的公式。数值计算讨论了探头尺寸(圆柱体探头的直径与长度)、入射激光特性(表面反射系数与照射时间)、环境条件(环境温度与对流换热系数)对标定系数的影响。通过对重构能量的对流-辐射和靶面反射系数修正,使修正后的重构算法适用于不同环境条件下、对不同波长激光远场参数测量的需求,且量热阵列各单元测量结果有很好的一致性,可有效地提高远场激光能量的测量精度。     

激光供能无人机光伏接收器效率优化方法

激光供能无人机(LPUAV)通过激光无线能量传输进行实时能量补给,大幅提升无人机续航时间。但激光束能量分布不均匀,导致光伏接收器效率低下。通过推导串并联光伏组件在不均匀光照条件下的输出方程,针对I-V、P-V曲线、光伏电池效率及组件整体效率进行对比研究,着重分析了串并联组件效率与光照不均匀度的关系及内在机理。研究表明,并联旁路二极管的串联组件在不均匀光照下存在多峰现象,且光伏电池易受影响而偏离最大功率点,导致组件整体效率降低,而并联组件受不均匀光照影响较小,但组件电压较低。其次搭建激光无线能量传输的实验装置,进行了不均匀激光辐照下激光无线能量传输的初步研究,并对比了串并联组件的输出特性。研究结果验证了通过优化电路连接方式以提高光伏接收器效率的可行性。     

一种新型的太阳能无人机分布式相控阵天线

由于远距离传输、小口径安装、精确波束指向等诸多因素,传统的相控阵天线无法满足临近空间长航时太阳能无人机的通信需求。针对此问题,提出了一种新型的太阳能无人机分布式相控阵天线,以实现高数据率远距离传输;基于分布式阵列方法解决天线安装问题;采用基于应变测量元件的波束校正方法实现精确波束指向。设计了一种Ka频率的分布式相控阵天线,通过仿真,验证了本文提出方法的正确性。     

激光供能无人机集群充电策略研究

在复杂的环境中,单个无人机(UAV)执行任务的效率比较低,因此UAV越来越趋向于集群化、协作化。对于激光供能UAV集群来说,高效的充电调度对提高UAV集群的生存能力至关重要。本文提出了一种基于实时能量检测的在线充电策略(REDOCS)。根据UAV各个时刻的剩余能量计算出UAV的实时能量消耗率,然后计算每个UAV的剩余飞行时间以此来选择需要充电的UAV。相较于离线充电策略,REDOCS可以在提高整个网络的运行效率的同时降低UAV集群迫降率。最后通过算例验证,证明了REDOCS在UAV集群充电调度上表现更优。     

Wide angle space laser communication receiver based on asymmetric array structure

In this paper, an asymmetric array structure of space laser communication receiver is proposed. This structure can greatly reduce alignment requirement, and lighten the signal strength jitter caused by atmospheric turbulence. A prototype of the proposed structure is fabricated and a 2.5 Mbit/s on-off keying (OOK) modulated demonstration link over 40 m free space is built. This asymmetric array structure can effectively collect optical signal while rotating in a window angle of ±17°, and the bit error ratio (BER) keeps zero.     

Analyzing the performance of a nanosatellite cluster-detector array receiver for laser communication

This work analyzes laser communication between a cluster of nanosatellites, which is a concentrated formation of small lightweight satellites and a ground station. The scenario under consideration is a cluster of nanosatellites communicating by means of a laser beam with a detector array receiver that is located on the earth's surface and equipped with a common optical system for all incoming beams. The beams are concentrated to spots over the detector plane by the receiver's optics. The detector array enables the ground station to communicate with a tight concentration of the nanosatellites, which reduces system complexity and cost. A critical parameter that determines the successful receipt and subsequent decoding of a transmitted signal for a given configuration is the angular separation between the satellites within the cluster. This separation must be retained to prevent critical overlapping of the spots on the detector's surface. The maximum allowable overlapping is calculated in terms of given bit-error rate. The spatial spreading of the beams, caused by scattering from aerosols in different layers of the atmosphere, is calculated for the case of single scattering. A stratified model of the atmosphere is used. Turbulence influences the beam width, especially for the case of short exposure, and is primarily caused by temperature changes, which result in fluctuations in the refractive index. In this research, a new approach is adopted for analyzing communication network performance through the atmosphere by applying optical-transfer function (OTF) concepts used in imaging and remote sensing. We evaluate the effectiveness of this new approach in applications where spatial spread between the users is very important.     

An experimental submillimetre heterodyne array receiver

We describe an experimental array receiver intended for radioastronomical observations of the J=3→2 line of carbon monoxide. It consists of six indium antimonide mixers cooled to ～2K in a pumped helium cryostat, with rectangular feed horns arranged on a 3×2 grid at the f/9 focus of the UK Infrared Telescope (UKIRT). Each detector is mounted in a length of fundamental mode waveguide and has an independently tunable backshort. Local oscillator power is provided by a frequency tripler pumped by a klystron, and is coupled to the array via a “lossless” quasi-optical coupler which is described in detail. The beam patterns and performance of the coupler have been measured and are in good agreement with theory.     

The Los Alamos beacon receiver array

Describes radio receivers that monitor transmissions from beacons on geosynchronous satellites. The receivers can detect ionospheric perturbations of a 300-3000 s period in the electron density integrated from beacon to receiver, for amplitudes as low as (1-2)×10¹³ m^-2. Data are used in studies of atmospheric acoustic and acoustic-gravity waves