CN109606606A - 浮空信息支援系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种浮空信息支援系统及方法，系统包括浮空器、搭载平台、收放装置和分离机构；收放装置包括分别设置于搭载平台上的充气机构和紧线机构，充气机构与浮空器连通，紧线机构与分离机构的下端相连，分离机构的上端与浮空器相连，收放装置实现浮空器的系留和收回，分离机构实现浮空器的放飞。整个系统结构较为简单，通过充气即可实现浮空器的分离，通过紧线机构即可将浮空器上浮至指定位置并实现系留和收回，通过分离机构可实现浮空器的放飞；提供多种样式的运行模式。

Description

浮空信息支援系统及方法

技术领域

本发明属于系留气球和高空气球技术领域，特别是涉及一种浮空信息支援系统及方法。

背景技术

系留浮空器和临近空间高空气球作为通信平台可为天基、空基、地基信息平台的有效补充，进一步完善当前的信息支援系统，增加空间通信系统的应急反应能力，实现对目标区域的覆盖。与地面通信基站相比，有覆盖范围大、部署快捷、效费比高等优点。近年来，以无人机和气球为平台搭载相关载荷执行空间探测、信息获取、通信中继等任务越来越多运用于民用和军用领域。

无人机动浮空信息支援是以光学相机、红外相机、探空仪、通信中继、雷达等各种类型的探测设备为基础，以技术高度集成、服务高效便民为主要特征，运用信息和通信技术手段感测、分析地面的各项关键信息，从而对民事和军事中各种需求做出智能化响应。

CN108012098A公开了一种无人机交通巡视方法，包括：飞行控制模块、摄像装置、图像缓存模块、监控截取模块、目标套取模块和监控输出模块。该发明中，每一架无人机只监控一条单向车道，即每一架无人机上的监控截取模块只截取其监控的单向的机动车道或非机动车道的交通监控画面。

CN108093389A公开了一种应急通信无人机系统及应急通信系统，所述应急通信无人机系统包括无人机、基站、电缆及发电装置；基站搭载在无人机上，以随着无人机飞临到目标地点的目标高度，并通过与地面基站之间的通信恢复目标地点附近的通信；电缆设置在无人机与发电装置之间，并分别与无人机及发电装置连接，以使发电装置通过电缆为无人机提供电能，确保无人机可长时间地悬空停留。

CN207249145U公开了一种下投式探空仪高空气球搭载平台系统，包括气球、充气管、排气管、切割器、降落伞、仪器舱等，仪器舱由舱体、下投式GPS探空仪、卫星通讯模块及天线、抛砂舱、下投舱、探空仪无线传输通讯模块组成。应用于探测海域、山区、沙漠等较为危险的无人区域上空的大气状况，同时可以提高气象探测位置的准确性。

上述专利的载荷分别以无人机和高空气球为驻空平台，通常需要人工控制无人机的运动并且抗风能力较弱，对操作人员水平要求较高，无人机的使用维护升本高，能源消耗大。下投式高空气球需要实现预测出气球的轨迹，进而选择合适的气球发放位置，因此气球的监测范围具有不确定性，对气球的控制也非常困难，且气球运行模式单一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种浮空器运行模式多样且成本较低的浮空信息支援系统及方法。

本发明提供的这种浮空信息支援系统，它包括浮空器、搭载平台、收放装置和分离机构；收放装置包括分别设置于搭载平台上的充气机构和紧线机构，充气机构与浮空器连通，紧线机构与分离机构的下端相连，分离机构的上端与浮空器相连，收放装置实现浮空器的系留和收回，分离机构实现浮空器的放飞。

在一个具体实施方式中，使所述浮空器包括高空气球、载荷舱和系绳；高空气球为整体件包括球主体和充气管，充气管上设有单向阀，充气管设置于球主体的底端，载荷舱通过连接绳连接于球主体下，系绳设置于载荷舱下。

作为优选，在所述充气管上设有回流旁路，回流旁路上设有与所述单向阀并联的溢流阀。

作为优选，使所述充气机构包括气瓶和开关阀，开关阀与气瓶连通，开关阀上设有充气口和回气口，充气口与充气管连通，回气口与回流旁路连通。

在一个具体实施方式中，使所述充气管的进气端通过卡簧连接于开关阀的输出口外。

作为优选，使所述卡簧的材料为记忆合金，开关阀的输出口外对应卡簧位置处设有用于向卡簧加热的发热体。

在一个具体实施方式中，使所述紧线机构包括电机、滚筒和缆绳，滚筒的中心轴与电机的输出轴通过联轴器相连，缆绳绕于滚筒上、另一端与所述分离机构相连。

作为优选，使所述分离机构包括分离舱和橡胶绳，分离舱内设熔断回路；分离舱的底端与缆绳的顶端相连，橡胶绳的底端与分离舱的舱顶相连、顶端与系绳相连；熔断回路包括热熔丝、电源和CPU，热熔丝绕于橡胶绳外，电源用于向回路供电，热熔丝与CPU相连，CPU用于根据浮空状态控制热熔丝工作。

为了便于进入各种区域，使所述搭载平台为无人车或无人船，其上设有气球托架。

本发明还提供了一种浮空信息支援方法，该方法利用上述浮空信息支援系统为工具，包括以下步骤：

步骤一、控制搭载平台运动至指定区域；

步骤二、控制充气机构工作，向浮空器充气，至浮空器与充气机构脱离；

步骤三、控制紧线机构松线，浮空器上浮；

步骤四、浮空器上浮至适宜高度后，控制紧线机构锁死，实现浮空器的系留；

步骤五、控制分离机构工作实现浮空器的放飞，或者控制紧线机构紧线实现浮空器的收回。

本发明在使用时首先通过搭载平台将整个系统运送至目的地，然后控制充气机构工作，向浮空器充气，至浮空器与充气机构脱离；再控制紧线机构松线，浮空器上浮；浮空器上浮至适宜高度后，控制紧线机构锁死，实现浮空器的系留；再根据工况通过控制分离机构工作实现浮空器的放飞或者控制紧线机构紧线实现浮空器的收回。整个系统结构较为简单，通过充气即可实现浮空器的分离，通过紧线机构即可将浮空器上浮至指定位置并实现系留和收回，通过分离机构可实现浮空器的放飞；提供多种样式的运行模式。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的使用状态示意图。

图2为本优选实施例中浮空器与充气机构相连时放大示意图。

图3为本优选实施例中充气管上单向阀和溢流阀的布置示意图。

图4为本优选实施例中搭载平台与收放装置的放大示意图。

图5为本优选实施例中分离机构的放大示意图。

图示序号：

1—浮空器，

11—高空气球、111—球主体、112—充气管，

12—载荷舱，

13—系绳，

14—连接绳；

2—搭载平台，21—气球托架；

3—收放装置，

31—充气机构、311—气瓶、312—开关阀，

32—紧线机构、321—电机、322—滚筒、323—缆绳；

4—分离机构，41—分离舱，42—橡胶绳，43—热熔丝

5—单向阀；

6—溢流阀；

7—卡簧；

8—发热体。

具体实施方式

如图1所示，本实施提供的这种浮空信息支援系统，它包括浮空器1、搭载平台2、收放装置3和分离机构4。

如图2所示，浮空器1包括高空气球11、载荷舱12、系绳13和连接绳14。高空气球11包括球主体111和充气管112两部分，球主体111为可充入浮升气体、并悬挂载荷依靠浮力升空的囊体，充气管112的上端与球主体连通、下端与收放装置3中的气瓶连通，如图3所示，充气管上设有单向阀5以及并联于单向阀外的回流旁路，回流旁路上设有溢流阀6，单向阀用于防止压缩空气逆向流动，使流体只能沿进气口流动，出气口介质却无法回流。溢流阀在达到设定压力值后，会形成通路，使目标气体通过溢流阀流回气体储存室。目标气体自单向阀进入高空气球内，由于单向阀的使气体无法流回。当气球中的压力达到一定值时，溢流阀开始工作，目标气体经过溢流阀回流，此时气体不再经过单向阀进入气球，而由于单向阀的作用，气体不会外泄，进而达到充气完成后进气通道的密封效果。充气管设置于球主体的底端，载荷舱通过连接绳连接于球主体下，系绳设置于载荷舱下。

载荷舱12的顶端通过连接绳14连接于球主体111下，系绳13的顶端系与载荷舱下、底端与分离机构相连。

搭载平台2选用为无人车，不仅可以稳定可靠地将整个系统运送至目标地，而且还能进入人类难以到达的区域环境，大大提高了浮空器放飞的灵活性和机动性。并且在搭载平台上设有气球托架21用于放置球主体，以便于保证球主体能够顺利充气和稳定回收，收放装置3设置于搭载平台2上。

如图4所示，收放装置3包括充气机构31和紧线机构32。

如图2、图4所示，充气机构31包括气瓶311和开关阀312，开关阀312与气瓶连通，开关阀上设有充气口和回气口，高空气球11的充气管112通过记忆合金制成的卡簧7卡接于开关阀的充气口外，并在的充气口外设有用于向卡簧7加热的发热体8，充气前卡簧将充气管与开关阀的充气口锁紧，保证正常充气，当充气完成后，控制发热体工作，卡簧升温变形、直径增大，充气管在气球浮力的作用下与气瓶充气口分离。回流旁路与回气口连通，连接处设有卡簧及发热体，与充气口连接方式以及分离方式相同。

紧线机构32包括电机321、滚筒322和缆绳323，滚筒的中心轴与电机的输出轴通过联轴器相连，缆绳绕于滚筒上、另一端与系绳13的底端通过分离机构6相连。

如图5所示，分离机构4包括分离舱41和橡胶绳42，分离舱内设熔断回路；分离舱的底端与缆绳323的顶端相连，橡胶绳42的底端与分离舱的舱顶相连、顶端与系绳相连；熔断回路包括热熔丝43、电源和CPU，热熔丝绕于橡胶绳外，电源用于向回路供电，热熔丝与CPU相连，CPU用于根据浮空状态控制热熔丝工作。

整个系统结构较为简单，通过充气即可实现浮空器的分离，通过紧线机构即可将浮空器上浮至指定位置并实现系留和收回，通过分离机构可实现浮空器的放飞；提供多种样式的运行模式。

本实施例提供的这种浮空信息支援方法以上述的系统为工具，具体步骤为：

首先通过无人车将整个系统运送至目的地；

其次控制开关阀打开，浮空气体自气瓶中进入球主体内，充气完成后，控制发热体向卡簧加热，卡簧采用记忆合金制成，升温后回复形变，使球主体在浮力的作用下与气瓶分离；

然后控制电机工作，滚筒转动实现高空气球的放飞；

接着当高空气球放飞至指定区域后控制电机停止转动，此时高空气球实现系留；

最后，当需要回收时控制电机反转即可，当需要完全放飞时，控制分离机构作用，熔断橡胶绳即可。

本实施例还可以配合相应的控制系统对路面进行辅助侦查，将交通路况信息传送给交通管理部门，进行及时的交通疏导，缓解城市交通拥堵问题；可对城市特定地区进行长时间监控，防止暴乱、恐怖袭击等紧急事件的发生；可作为一个系留的航空塔，可以提供与信号塔相同的覆盖范围，但使用成本比常规塔低很多；可作为灾区和战场应急通信平台，在通信方式中断时及时恢复通信；可作为红外遥感火灾预警的载体，可大大减少传统预警系统的使用成本且达到火灾卫星的检测效果；可自由进入无人领域，在战场上灵活地对阵地信息进行监视获取情报信息；可在军用和民用领域提供全方面的信息支援，并且使用成本比使用传统方式实现相同功能的成本大大降低。

Claims (10)

1.一种浮空信息支援系统，其特征在于：它包括浮空器、搭载平台、收放装置和分离机构；收放装置包括分别设置于搭载平台上的充气机构和紧线机构，充气机构与浮空器连通，紧线机构与分离机构的下端相连，分离机构的上端与浮空器相连，收放装置实现浮空器的系留和收回，分离机构实现浮空器的放飞。

2.如权利要求1所述的浮空信息支援系统，其特征在于：所述浮空器包括高空气球、载荷舱和系绳；高空气球为整体件包括球主体和充气管，充气管上设有单向阀，充气管设置于球主体的底端，载荷舱通过连接绳连接于球主体下，系绳设置于载荷舱下。

3.如权利要求2所述的浮空信息支援系统，其特征在于：所述充气管上设有回流旁路，回流旁路上设有与所述单向阀并联的溢流阀。

4.如权利要求2所述的浮空信息支援系统，其特征在于：所述充气机构包括气瓶和开关阀，开关阀与气瓶连通，开关阀上设有充气口和回气口，充气口与充气管连通，回气口与回流旁路连通。

5.如权利要求4所述的浮空信息支援系统，其特征在于：所述充气管的进气端通过卡簧连接于开关阀的输出口外。

6.如权利要求5所述的浮空信息支援系统，其特征在于：所述卡簧的材料为记忆合金，开关阀的输出口外对应卡簧位置处设有用于向卡簧加热的发热体。

7.如权利要求2所述的浮空信息支援系统，其特征在于：所述紧线机构包括电机、滚筒和缆绳，滚筒的中心轴与电机的输出轴通过联轴器相连，缆绳绕于滚筒上、另一端与所述分离机构相连。

8.如权利要求1或7所述的浮空信息支援系统，其特征在于：所述分离机构包括分离舱和橡胶绳，分离舱内设熔断回路；分离舱的底端与缆绳的顶端相连，橡胶绳的底端与分离舱的舱顶相连、顶端与系绳相连；熔断回路包括热熔丝、电源和CPU，热熔丝绕于橡胶绳外，电源用于向回路供电，热熔丝与CPU相连，CPU用于根据浮空状态控制热熔丝工作。

9.如权利要求1所述的浮空信息支援系统，其特征在于：所述搭载平台为无人车或无人船，其上设有气球托架。

10.一种浮空信息支援方法，其特征在于，该方法利用权利要求1-9中任意一项所述的浮空信息支援系统为工具，包括以下步骤：

步骤一、控制搭载平台运动至指定区域；

步骤二、控制充气机构工作，向浮空器充气，至浮空器与充气机构脱离；

步骤三、控制紧线机构松线，浮空器上浮；

步骤四、浮空器上浮至适宜高度后，控制紧线机构锁死，实现浮空器的系留；

步骤五、控制分离机构工作实现浮空器的放飞，或者控制紧线机构紧线实现浮空器的收回。