CN108032985A - 基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，包括系留飞艇、拍摄仓、设备移动台、无人船和地面控制台，所述拍摄仓放在系留飞艇下部，所述拍摄仓与设备移动台通过系缆连接，所述系留飞艇球体与设备移动台通过弹性绳连接，所述设备移动台放在无人船上，本发明使用无人船作为系留飞艇系统的载体对海上的指定目标区域进行全方位监测，通过无人船的移动可以实现对目标区域的各个方位进行监测，通过系留系统可以提高监测的范围，且能够进行实时数据传输，飞艇作为无动力浮空平台，具有价格低廉、浮空时间长等一系列优点。整套系统能够应对海上出现的逆光、天气的变化、以及监测目标移动等多种情况，并能准确的进行信息反馈。

Description

基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统

技术领域

本发明涉及一种基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，属于海洋指定目标区域监测技术领域。

背景技术

近年来，随着海洋开发力度的不断加大，海上作业日益增多，海上监测过程也显得十分重要。许多重点海域和重点项目需进行多频次、高精度的监视监测。因此对于目标位置反馈，数据的实时传输，以及现场的具体情况的变化变得尤为重要。目前中国海域动态监视监测的主要手段是卫星遥感、航空遥感、以及定点观测平台。这几种监测手段在应用中仍存在一些不足。

卫星遥感监测受制于天气和拍摄周期等因素，在一些区域长年也无法获取一次质量较高的影像；航空遥感监测具有一定的局限性和延时性；定点监测平台虽然可以进行长时间监测，但是只限于固定范围内进行监测，对于不同目标区域的监测则无法满足人们的需求，因此也存在很大的局限性。为解决这一问题则需要一种专门应用于指定目标区域海上监测的系留系统。

系留系统是通过系缆将地面设备与观测设备进行连接，提高了观测的高度和范围，在观测的同时可以进行实时的数据传输，改进了以往需要观测结束之后才能对数据进行分析的缺点，并且在观测的同时还可以进行供电，延长了观测的时间，使观测的效果达到了很大的提升。因此，系留系统技术迅猛发展，并广泛应用于多领域。

现有的系留系统包括系留无人机，系留气球及系留飞艇。系留无人机作为新型遥感监测平台，飞行操作智能化程度高，可按预定航向自主飞行、摄像，具有机动性强、便捷等优点，但相比较而言价格相对昂贵，并且受天气因素影响较大，不易应对海上多变的天气状况。系留气球与系留飞艇作为稳定的浮空平台，体内充入氦气或氢气，依靠浮力悬停在空中。可以进行长时间监测，并且具有廉价无动力等优点。但是系留气球相对负载较小，无法携带更多的监测设备，并且气球受风力影响严重，可能无法实现稳定监测。系流飞艇监测稳定，可携带更多监测设备，解决了系留气球存在的问题，但是多数系留飞艇体积较大，浮力较大，现有应用只能在陆地通过作业车来牵引进行监测。

现有的系留系统多用在陆地作业，可进行拍摄录像、实时数据传输、现场取证、空中巡逻等场合的应用。尤其在一些自然灾害或地形复杂的地区，传统应急通信手段难以快速全面恢复当地通信，这时候系留系统就可以作为应急通讯系统进行支援，及时有效的保障了灾区人民的通信保障需求。相比系留系统在海上的应用则显得相形见绌。即使性能最好的系留无人机也只是多用于沿海地区，由于受到天气状况及一些突发因素的影响，系留系统并没有在近海甚至更远的海域进行监测作业。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，能够进行实时数据传输，且能够应对海上出现多种情况，并能准确的进行信息反馈。不仅能对海上固定目标进行全方位监测，还能够对流动目标进行监测。

本发明的目的是这样实现的：包括系留飞艇、拍摄仓、设备移动平台、无人船、地面控制台，拍摄仓设置在系留飞艇下部，拍摄仓与设备移动平台通过系缆连接，系留飞艇的球体与设备移动平台通过弹性绳连接，设备移动平台放在无人船上。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.系留飞艇采用小型的可遥控式，系留飞艇的球体尾部设有4个用于控制飞艇的运动方向尾舵，系留飞艇球体下部设有用于接收地面控制站的信号遥感系统。

2.拍摄仓内设有摄像机和相机，并且摄像机和相机都分别配有云台。

3.所述设备移动平台内设有用于控制飞艇的起飞和降落系缆自动收放机构，系缆自动收放机构与驱动器连接，驱动器用于控制收放机构电机的转速，系缆自动收放机构与信号转换器连接，信号转换器与控制器连接，信号转换器用于将系缆的信号进行转换并且进行信息传递，控制器与数传电台连接，控制器与电源连接，数传电台用于与地面控制台进行数据传输。

4.数传电台与地面控制台进行数据传输，地面控制台直接对系留飞艇进行控制。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过系缆对拍摄仓得到的数据进行传输，设备移动平台还可以通过系缆给拍摄仓供电，延长了系留飞艇的作业时间。当地面控制台失去对系留飞艇的直接控制时，可以通过弹性绳使飞艇固定在一定高度，使得系缆不去承受飞艇的拉力，避免由于风力过大或者飞艇自身的浮力导致飞艇对系缆拉力过大，从而将系缆拉断。本发明将无人船作为系留飞艇系统的载体，通过控制了无人船的速度和方向从而控制了飞艇的运动轨迹。无人船可以在固定目标四周的任意位置进行移动，还可以对移动目标进行跟随，配合飞艇上的观测设备可以对固定区域的目标进行任意位置的监测，从而实现了流动监测的目的。对于海上出现的逆光从而导致的相机拍摄效果受影响的情况，也可以通过移动无人船从而找到合适的监测角度。一方面，飞艇采用轻于空气的惰性气体氦气，安全性更高，相对于系留无人机而言价格便宜。能应对更复杂的天气变化。小型飞艇既可以减小飞艇的浮力，还能够负担一定的观测设备和动力设备。另一方面，采用可遥控式可以通过地面控制台对飞艇进行控制，使得操作更加简易，并且提高了整个系统的安全性，由于可以控制飞艇飞行的稳定性，进而也提高了拍摄效果。本发明可以分别通过相机和摄像机对环境和目标进行数据采集，并且进行实时传输，便于地面站对其进行观测。还通过云台更加快速准确的定位到目标，即使在有风浪等飞艇飞行不稳定的情况下，也可以使相机保持稳定，提高拍摄效果，为地面控制台传输高质量的数据。通过这套信号传输设备，不仅能够控制飞艇的起飞和降落，还可以对观测数据进行实时远距离传输，达到了海上监测的目的。本发明地面控制台分别对飞艇和控制器进行数据传输。基于数传电台传输的是飞艇的观测数据。基于遥感系统传输的是对飞艇的控制指令。可以控制飞艇的速度、高度、方向等，本发明采用飞艇对无人船进行定高跟随飞行，控制飞艇在系缆和弹性绳都不受力的飞行高度。

附图说明

图1是本发明公开的系留飞艇的整体结构示意图；

图2是本发明公开的系留飞艇的飞艇结构示意图；

图3是本发明公开的系流飞艇的设备移动平台结构示意图。

其中，10-系留飞艇，11-系留飞艇球体，12-尾舵，13-遥感系统，14-弹性绳，20-拍摄仓，21-摄像机，22-相机，30-设备移动平台，31-系缆，32-系缆自动收放机构，33-数传电台，34-电源，35-控制器，36-信号转换器，37-驱动器，40-无人船，50-地面控制台。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

为使本发明的整体结构便于理解，将其以附图形式展示，如图1所示，包括系留飞艇10、拍摄仓20、设备移动平台30、无人船40和地面控制台50，拍摄仓放在系留飞艇下部，拍摄仓20与设备移动平台30通过系缆31连接，系留飞艇11与设备移动平台30通过弹性绳14连接，设备移动平台30放在无人船40上。地面控制台50分别和电台33和遥感系统13进行数据传输。其中虚线区域为以监测设备为中心得到的监测区域，配合无人船的移动则可以完成对指定目标区域全方位的监测。

为使本发明的飞艇结构便于理解，将其以附图形式展示，如图2所示，包括系留飞艇球体11、尾舵12、遥感系统13、弹性绳14、摄像机21、相机22，摄像机21和相机22都放在拍摄仓20内，并且都配有云台，拍摄仓20和遥感系统13都放在飞艇下部，尾舵放置在飞艇尾部，弹性绳分别固定在飞艇四周。系留飞艇采用小型的可遥控式，系留飞艇球体尾部设有4个尾舵，用于控制飞艇的运动方向。系留飞艇球体下部设有遥感系统，用于接收地面控制站的信号，对飞艇进行控制。

为使本发明的设备移动平台30结构便于理解，将其以附图形式展示，如图3所示，包括系缆31、系缆自动收放机构32、数传电台33、电源34、控制器35、信号转换器36、驱动器37。系缆自动收放机构31与驱动器37连接；系缆自动收放机构31与信号转换器36连接；信号转换器36与控制器连接；控制器与数传电台33连接；控制器与电源34连接。也即设备移动平台内设有系缆自动收放机构；用于控制飞艇的起飞和降落，使得飞艇在起降过程中保持稳定速度。系缆自动收放机构与驱动器连接，驱动器用于控制收放机构电机的转速。系缆自动收放机构与信号转换器连接，信号转换器与控制器连接，信号转换器用于将系缆的信号进行转换，并且进行信息传递。控制器与数传电台连接，控制器与电源连接，数传电台33用于与地面控制台50进行数据传输，所述地面控制台50直接对系留飞艇10进行控制。

本发明的实施主要包含三个阶段，即系统的连接、对固定区域目标的监测和系留飞艇的回收阶段。

在第一阶段中，将移动平台30放置在无人船40上，将系留飞艇10充气并完成拍摄仓20、遥感系统13与尾舵12的加挂。将系缆31和弹性绳14将飞艇10与移动箱30进行连接。通过地面控制台50进行控制，控制驱动器37驱动电机使电缆收放机构31以合理的速度施放，与此同时，通过地面控制台50控制飞艇匀速平稳上升，并且达到一定高度后保持平稳。无人船40移动到目标的附近位置，对目标进行监测。在此过程中，将系留飞艇的飞行设置成对无人船的跟随，并且保持在使系缆和弹性绳都不受力的高度上平稳飞行，达到合适的视野。

在第二阶段中，如监测流动目标，控制无人船40和监测目标保持一定距离，可进行同步监测，如监测固定目标，也可以调整无人船40位置得到最佳监测角度，如在海上出现者逆光等情况，导致相机21无法得到正常效果的数据，可以通过调整无人船40的位置从而进行正常的拍摄。如果因风浪较大导致飞艇位置不够稳定，可以通过云台使相机21达到稳定的拍摄效果。如果在海上出现一些特殊情况，可以通过地面控制台50控制飞艇10的高度、速度和位姿。使整个系统保持稳定。如果地面控制台50对飞艇10失去控制，可以通过弹性绳14使飞艇10稳定在无人船40上空，并随着无人船40返航。

在第三阶段中，在监测结束后，控制无人船40返航，无人船40停稳后，通过驱动器35驱动电机使电缆收放机构32以合理的速度回收系留飞艇10，并通过地面控制台50进行控制，降低飞艇10飞行速度，使其匀速下降。待飞艇平稳着陆后，取下飞艇加挂的设备，并对飞艇进行放气。所有控制步骤通过数传电台33、遥感系统13与地面控制台50的数据的接收和发送来实现。

本发明专利系统构造简单合理、系留飞艇相对于其它的动力飞行器，滞空时间长，造价低廉。采用无人船作为系留飞艇的载体，便于海上固定区域目标的定位与监测，能够达到全方位的监测，达到了流动监测的目的。并且可以进行实时的数据传输与反馈，能对应对多种海上情况，满足监测要求。

综上，本发明公开了一种基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统。包括系留飞艇、拍摄仓、设备移动台、无人船和地面控制台，所述拍摄仓放在系留飞艇下部，所述拍摄仓与设备移动台通过系缆连接，所述系留飞艇球体与设备移动台通过弹性绳连接，所述设备移动台放在无人船上，本发明使用无人船作为系留飞艇系统的载体对海上的指定目标区域进行全方位监测，通过无人船的移动可以实现对目标区域的各个方位进行监测，通过系留系统可以提高监测的范围，且能够进行实时数据传输，飞艇作为无动力浮空平台，具有价格低廉、浮空时间长等一系列优点。整套系统能够应对海上出现的逆光、天气的变化、以及监测目标移动等多种情况，并能准确的进行信息反馈。

Claims (7)

1.基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，其特征在于：包括系留飞艇、拍摄仓、设备移动平台、无人船、地面控制台，拍摄仓设置在系留飞艇下部，拍摄仓与设备移动平台通过系缆连接，系留飞艇的球体与设备移动平台通过弹性绳连接，设备移动平台放在无人船上。

2.根据权利要求1所述的基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，其特征在于：系留飞艇采用小型的可遥控式，系留飞艇的球体尾部设有4个用于控制飞艇的运动方向尾舵，系留飞艇球体下部设有用于接收地面控制站的信号遥感系统。

3.根据权利要求1或2所述的基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，其特征在于：拍摄仓内设有摄像机和相机，并且摄像机和相机都分别配有云台。

4.根据权利要求1或2所述的基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，其特征在于：所述设备移动平台内设有用于控制飞艇的起飞和降落系缆自动收放机构，系缆自动收放机构与驱动器连接，驱动器用于控制收放机构电机的转速，系缆自动收放机构与信号转换器连接，信号转换器与控制器连接，信号转换器用于将系缆的信号进行转换并且进行信息传递，控制器与数传电台连接，控制器与电源连接，数传电台用于与地面控制台进行数据传输。

5.根据权利要求3所述的基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，其特征在于：所述设备移动平台内设有用于控制飞艇的起飞和降落系缆自动收放机构，系缆自动收放机构与驱动器连接，驱动器用于控制收放机构电机的转速，系缆自动收放机构与信号转换器连接，信号转换器与控制器连接，信号转换器用于将系缆的信号进行转换并且进行信息传递，控制器与数传电台连接，控制器与电源连接，数传电台用于与地面控制台进行数据传输。

6.根据权利要求4所述的基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，其特征在于：数传电台与地面控制台进行数据传输，地面控制台直接对系留飞艇进行控制。

7.根据权利要求5所述的基于海上指定目标区域全方位监测的系留飞艇系统，其特征在于：数传电台与地面控制台进行数据传输，地面控制台直接对系留飞艇进行控制。