Вопросы оптимизации комбинированного питания БПЛА с использованием солнечных батарей и наземной воздушной передачи энергии лазерным лучом

DOI: 10.34759/trd-2022-122-21

Авторы

Асланова А. Б.

Национальное аэрокосмическое агентство Азербайджана, ул. Ахундова Сулеймана Сани, 1, Баку, AZ1115, Азербайджанская Республика

e-mail: aslanova.a.b.@mail.ru

Аннотация

Для обеспечения надежного функционирования БПЛА перспективным решением является беспроводная передача энергии через специализированные наземные базовые станции. Беспроводная передача энергии в настоящее время реализуется в виде лазерной или радиоволновой передачи энергии. Вместе с тем, такие системы энергоснабжения являются дорогостоящими, опасными для населения из-за высокой интенсивности лазерного луча и избыточного электромагнитного излучения. Частичным решением данной проблемы является совместной передача информации и энергии с единой базовой станции. Существует также другое решение проблемы - использование солнечных панелей. Однако, эффективность такого решения пока слишком низка. Предложен метод организации комбинированного энергоснабжения БПЛА, предусматривающий использование солнечных батарей и лазерной подпитки. Подробно рассмотрен случай облачного неба, когда БПЛА по определению летит на уровне нижней границы облачного покрова.

Сформулирована и решена задача нахождения оптимальной величины высоты этой границы при неизменной высоте верхней границы облачного слоя. Составлен соответствующий алгоритм реализации предложенного метода.

Ключевые слова:

БПЛА, солнечная панель, атмосфера, эффективность, энергопитание

Библиографический список

1. Cui J., Ng Xin S., Liu D., Zhang J., Nallanathan A., Hanzo L. Multi–Objective Optimization for Integrated Ground–Air–Space Networks // IEEE Vehicular Technology Magazine, 2021. DOI:10.1109/MVT.2021.3085511

2. Чернецкая И.Е., Спевакова С.В. Мультиспектральное оптико-электронное устройство для автономной мобильной платформы экологического мониторинга // Труды МАИ. 2020. № 114. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=119001. DOI: 10.34759/trd-2020-114-14

3. Асланова А.Б. Оптимизация режимных показателей батарейных БПЛА с дифференциальным сбросом веса полезной нагрузки // Труды МАИ. 2021. № 119. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=159794. DOI: 10.34759/trd-2021-119-16

4. Агаев Ф.Г., Асадов Х.Г., Асланова А.Б. Много функциональные беспилотные летательные аппараты. Оптимизация и синтез с учетом воздействия шумов // Труды МАИ. 2021. № 117. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=156313. DOI: 10.34759/trd-2021-117-16

5. Betancourth N. J. P., Villamarin J. E. P., Rios J. J. V. Bravo-Mosquera P. D., Ceron-Munoz H. D. Design and manufacture of a solar-powered unmanned aerial vehicle for civilian surveillance missions // Journal of Aerospace Technology and Management, 2016, vol. 8 (4), pp. 385-396. DOI:10.5028/jatm.v8i4.678

6. Джахидзаде Ш.Н. Вопросы оптимизации использования дополнительных солнечных панелей для питания узлов беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ. 2019. № 108. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=109570. DOI: 10.34759/trd-2019-108-17

7. Lu R-R., Ma Y., Lin S-H., Zhang B., Wang Q., Wang J-Y. Energy-efficient trajectory optimization for UAV-based hybrid FSO/RF communications with buffer constraints // Entropy, 2021, vol. 23 (12), pp. 1596. DOI: 10.3390/e23121596

8. Abou-Rjely C., Kaddoum G., George K. Ground-to-air FSO communications: when high data rate communication meets efficient energy harvesting with simple designs // Optics Express, 2019, vol. 27 (23), pp. 34079. DOI:10.1364/OE.27.034079

9. Makki B., Svensson T., Bruisman K., Perez J., Alouini M-S. Wireless energy and information transmission in FSO and Rf-FSO links // IEEE Wireless Communication Letters, 2018, vol. 7 (1), pp. 90-93. DOI:10.1109/LWC.2017.2755658

10. Богушевская В.А., Заяц О.В., Масляков Я.Н., Мацак И.С., Никонов А.А., Савельев В.В., Шептунов А.А. Разработка системы дистанционного энергоснабжения беспилотных летательных аппаратов // Труды МАИ. 2012. № 51. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=29047

11. Varshney L.R. Transporting information and energy simultaneously // IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), 2008, pp. 1612-1616. DOI:10.1109/ISIT.2008.4595260

12. Perera T. D. P., Layakody D. N. K., Sharma S. K., Chatzinotas S., Li J. Simultaneous wireless information and power transfer (SWIPT): Recent advances and future challenges // IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2018, vol. 20 (1), pp. 264-302. DOI:10.1109/COMST.2017.2783901

13. Zeng Y., Zhang R., Lim T. J. Throughput maximization for UAV-enabled mobile relaying systems // IEEE Transactions on Communications, 2016, vol. 64, no. 12, pp. 4983-4996. DOI:10.1109/TCOMM.2016.2611512

14. Wu Q., Zeng Y., Zhang R. Joint trajectory and communication design for multi-UAV enabled wireless networks // IEEE Transactions on Wireless Communications, 2017. DOI:10.1109/TWC.2017.2789293

15. Zhang G., Wu Q., Cui M., Zhang R. Securing UAV communications via trajectory optimization // IEEE Global Communications Conference, 2017, pp. 1-5.

16. Morton S., DSa R., Papanikolopoulos N. Solar powered UAV: Design and Experiments// IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, September 2015, pp. 2460-2466. DOI:10.1109/IROS.2015.7353711

17. Duffie J.A., Beckman W.A. Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley and Sons, 2006.

18. Kokhanovsky A. Optical properties of terrestrial clouds // Earth -Science Reviews, 2004, vol. 64, no. 3, pp. 189-241. DOI:10.1016/S0012-8252(03)00042-4

19. Lee J. S., Yu K. H. Optimal Path Planning of solar-powered UAV using gravitational potential energy // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2017, vol. 53, no. 3, pp. 1442-1451. DOI:10.1109/TAES.2017.2671522

20. Sun Y., Ng Kwan W., Xu D., Dai L., Schober R. Resource allocation for solar powered UAV communication systems // IEEE 19th International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC), 2018. DOI:10.1109/SPAWC.2018.8445944

Скачать статью