CN103630921A - 一种用于高空气球载荷回收定位的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用卫星通信终端的回收定位装置，其包括：保温泡沫上盖、保温泡沫下盖、轴承、滑动导轨、GPS信号接收天线、卫星通信天线、信标装置及滑块；其中，所述轴承布设在所述保温泡沫上盖和保温泡沫下盖之间；所述滑动导轨为圆环轨道，其通过所述轴承旋转；所述信标装置通过所述滑块安装在所述滑动导轨的圆环内部，所述滑块在滑动导轨上可以自由滑动；所述GPS信号接收天线和卫星通信天线安装在信标装置之上，分别用于接收GPS定位信息和向外部发送定位信息。

Description

一种用于高空气球载荷回收定位的装置

技术领域

本发明属于航空测控技术领域，尤其涉及一种用于高空气球飞行试验结束，载荷落地后回收定位的装置。

背景技术

高空气球，是指在平流层飞行的无动力浮空器，是开展高空科学观测或实验及高空极限探险的一种运载工具。

图1示出了高空气球系统的组成示意图。所述高空气球由气球、分离装置、回收伞和吊篮组成。它的飞行高度虽然不如卫星，但却比飞机高得多，一般可达30-50km。由于高空气球造价低廉、组织飞行方便、试验周期短，因此越来越受到科学工作者的青睐，并被广泛应用于高能天体物理、宇宙线、红外天文、大气物理、大气化学、地面遥感、空间生物和遗传、微重力实验等方面的研究，同时也大量应用于外层空间宇宙设备的预研和试飞以及军事方面等。

由于高空气球飞行高度较高，一次试验飞行距离较远，很可能超过视距测控链路的有效范围，即使在测控链路范围内，如果距离太远，考虑地球曲率的影响，视距通信也会受到限制，所以在下降段仅仅依靠视距测控链路无法准确获知气球载荷的位置，这就会为载荷设备的回收带来麻烦。传统的回收定位装置仅仅依靠无线电定位，由于载荷已经落地，受地形和近地面无线电信号多径因素的影响，无线电传输距离非常有限，考虑到回收搜索过程较长，又不能一味增大发射机的功率来提高传输距离，(增大功率意味着更大的能源消耗，相应又要增加电源的重量，这对航空产品来说是很不合理的)，而且载荷落地地点一般不会在平坦的地面，可能造成回收装置的天线指向地面或者水平，进一步影响接收机信号搜索。专利201110102738.5提出了使用多个天线，根据触地点选通相应位置的天线以达到较好的传输效果，虽然比传统的方法有所改进，但无线电依然受近地面多径的影响，传输距离依然很有限。

卫星通信简单地说就是地球上(包括地面和低层大气中)的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响(可靠性高)。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种采用卫星通信终端的回收定位装置，以准确定位高空气球飞行试验结束，载荷落地后的位置。回收定位装置采用卫星通信终端，这样只要保持全向天线的极化方向始终垂直向上，即可保证通信链路的畅通，为回收人员及时提供准确的位置信息。

本发明公开的采用卫星通信终端的回收定位装置，其包括：保温泡沫上盖(1)、保温泡沫下盖(2)、轴承(3)、滑动导轨(4)、GPS信号接收天线(5)、卫星通信天线(6)、信标装置(7)及滑块(8)；其中，所述轴承布设在所述保温泡沫上盖和保温泡沫下盖之间；所述滑动导轨为圆环轨道，其通过所述轴承旋转；所述信标装置通过所述滑块安装在所述滑动导轨的圆环内部，所述滑块在滑动导轨上可以自由滑动；所述卫星天线安装在信标装置之上，用于向外部发送定位信息。

所述信标装置内装有GPS接收模块，通过GPS信号接收天线获取高空气球的高度和经纬度坐标。

其中，所述信标装置内还安装有气压高度计，其用于检测高空气球的高度。

本发明还公开了一种利用上述回收装置进行高空气球载荷定位回收的方法，其包括：

步骤1、由气压高度计检测高空气球的高度，若高度大于预定值，则转步骤2，否则继续检测；

步骤2、由GPS天线获取高空气球的高度，若高度大于所述预定值，则状步骤3，否则转步骤1继续检测；

步骤3、由气压高度计检测高空气球的高度是否小于所述预定值，若是则进入步骤4，否则继续检测；

步骤4、由GPS天线获取高空气球高度，若高度小于所述预定值，则通过卫星通信天线发送GPS定位信息，否则转步骤3继续检测。

本发明公开的上述方案采用短报文卫星通信终端传输GPS接收模块的定位信息。根据GPS高度信息，在高空气球的平飞段结束之后，载荷吊篮下落至一定高度才打开卫星通信设备工作，能够有效节省电池重量。在装置落地之后，其独有的结构能够保持卫星通信天线和GPS接收天线的极化方向始终垂直向上，确保卫星通信和导航功能正常工作。装置的外壳具有被动保温和防水功能，即使落入水中也能漂浮在水面正常工作。

附图说明

图1是高空气球系统的组成示意图；

图2是本发明中通过卫星通信定位回收装置的原理示意图；

图3是本发明中回收装置的结构示意图；

图4是本发明中信标装置的组成原理图；

图5是本发明中高空气球载荷回收定位的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图2示出了本发明中通过卫星通信定位回收装置原理图。其中回收信标装置安装在高空气球载荷吊篮上部，在载荷落地之后，该装置通过卫星短报文通信设备将自身的GPS位置信息发送出来，通过卫星转发之后，传输到回收队使用的手持卫星接收终端。

图3示出了本发明中回收装置的结构示意图。如图3所示，回收装置包括：保温泡沫上盖1，保温泡沫下盖2，轴承3，滑动导轨4，GPS天线5，卫星通信天线6，信标装置7，滑块8。

所述保温泡沫上盖1和保温泡沫下盖2均采用了聚苯乙烯的保温外壳，能适应高空的低温低压环境，平均密度低于水，即使落于水中也可漂浮起来。

所述回收装置的结构外部包括半球形的保温泡沫上盖1和保温泡沫下盖2，在保温泡沫上盖1和保温泡沫下盖2之间布设有轴承3；滑动导轨4为圆环轨道，滑动导轨4可以通过轴承3旋转；GPS天线5与卫星天线6安装在信标装置7之上，信标装置7通过滑块8安装在滑动导轨4的圆环内部，滑块8可以在滑动导轨4之上自由滑动。因重力作用，信标装置7和GPS天线5及卫星通信天线6始终在滑动导轨4最低处，从而保证了天线极化方向始终垂直向上，滑动导轨4为非金属材料，从而使得天线始终处于无遮挡状态，以确保信号畅通。

其中，所述GPS天线用于获取高空气球的GPS定位信息，所述卫星通信天线用于向外部的通信卫星发送高空气球的GPS定位信息。

图4示出了本发明中信标装置的组成结构示意图。如图4所示，所述信标装置包括处理器、气压高度计、GPS接收模块、卫星通信模块和电源。所GPS接收模块，通过GPS信号接收天线获取高空气球的高度和经纬度坐标。所述气压高度计用于检测高空气球的高度。所述卫星通信模块，通过卫星通信天线向外部发送所获取的高空气球的高度和经纬度坐标。所述电源用于供电。所述处理器用于对气压高度计、GPS接收模块和卫星通信模块的信息进行相应的处理。

图5示出了本发明中高空气球载荷定位回收的方法。如图5所示，该方法包括：

步骤1、由气压高度计检测高空气球的高度，并输出给处理器，由处理器判断高度是否大于12km，若是则转步骤2，否则继续检测；

步骤2、由GPS接收模块通过GPS天线获取高空气球的高度并输出给出处理器判断，如果GPS高度也大于12km，则转步骤3，否则转步骤1继续检测等待；

步骤3、进入试验阶段，由气压高度计检测高空气球高度并输出给处理器，如果处理器判断高度小于12km，则进入步骤4，否则继续检测等待。

步骤4、由GPS接收模块通过GPS天线获取高空气球高度并输出给处理器，如果处理器判断高度也小于12km，则进入回收阶段，并打开卫星通信模块，通过全向卫星天线发送GPS定位信息，如果高度大于12km，则转步骤3继续检测等待。

由于卫星通信设备在发射信号时功率较大，所以在高空气球飞行试验的过程中，要控制发射的时机，只有在试验结束下降到12km以下才开始发射，发射的频率可以设置较低，1～5分钟发送一次即可。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用卫星通信终端的回收定位装置，其包括：保温泡沫上盖(1)、保温泡沫下盖(2)、轴承(3)、滑动导轨(4)、GPS信号接收天线(5)、卫星通信天线(6)、信标装置(7)及滑块(8)；其中，所述轴承布设在所述保温泡沫上盖和保温泡沫下盖之间；所述滑动导轨为圆环轨道，其通过所述轴承旋转；所述信标装置通过所述滑块安装在所述滑动导轨的圆环内部，所述滑块在滑动导轨上可以自由滑动；所述GPS信号接收天线和卫星天线安装在信标装置之上，分别用于接收GPS定位信息和向外部发送定位信息。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保温泡沫上盖和保温泡沫下盖分别为半球形状，且共同构成球形的回收装置外部结构。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信标装置包括GPS接收模块，所述GPS接收模块通过所述GPS信号接收天线获取高空气球的定位信息。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述信标装置包括气压高度计，其用于检测高空气球的高度。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信标装置还包括卫星通信模块，其通过所述GPS信号接收天线和气压高度计检测高空气球的高度，并在所述高空气球的高度经历了预期的涨落之后，打开所述卫星通信模块，所述卫星通信模块通过所述卫星通信天线向外部发送定位信息。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述GPS信号接收天线和卫星通信天线均位于所述信标装置上，且所述GPS天线和卫星通信天线在滑块的滑动下始终保持极化方向垂直向上。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述保温泡沫上盖和保温泡沫下盖采用聚苯乙烯保温材料，所述滑动导轨为非金属材料。

8.一种利用权利要求4所述的回收定位装置进行高空气球载荷定位回收的方法，其包括：

步骤1、由气压高度计检测高空气球的高度，若高度大于预定值，则转步骤2，否则继续检测；

步骤2、由GPS天线获取高空气球的高度，若高度大于所述预定值，则状步骤3，否则转步骤1继续检测；

步骤3、由气压高度计检测高空气球的高度是否小于所述预定值，若是则进入步骤4，否则继续检测；

步骤4、由GPS天线获取高空气球高度，若高度小于所述预定值，则通过卫星通信天线发送GPS定位信息，否则转步骤3继续检测。

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