CN109625235B - 一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，包括系留部分和地面部分；所述系留部分包括飞艇，所述飞艇内壁设有艇内气压计、外壁设有电磁放气阀，底部可拆卸连接一任务仓；所述任务仓内设有单片机控制电路、与单片机控制电路连接的参数收集单元、温控单元、BTS基站、以及为任务仓内各用电单元供电的舱内供电单元，所述地面站包括主机、PLC、交流继电器、显示器、发电机，所述发电机连接地面站各用电设备。本发明解决了灾害现场的应急通信问题，供电方式为UPS不间断电源供电。整套系统具有部署便捷、环境适应性强、兼容性强、成本低廉、能够快速提供区域网络通信或蜂窝网络通信服务等优点。

Description

一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统

技术领域

本发明涉及一种通信系统，尤其涉及一种用于灾害现场应急通信的一种氦气系留飞艇系统。

背景技术

自飞艇发明以来，随着在不同使用场景中的实践，逐渐发展出氢气飞艇、氦气飞艇、热气飞艇三大类别。由于1937年“兴登堡号”氢气飞艇的爆炸事故，氢气飞艇由于氢气的易燃易爆特性易造成安全事故而被各个国家所禁用。而热气飞艇需要在艇上搭载燃烧器、燃料瓶、操作人员，使得持续制空时间受到艇上燃料储量和人员的限制，无法做到长时间制空。由于以上原因，以至于飞艇技术发展至今，始终没有将氦气飞艇技术与蜂窝通信技术和自动控制技术相结合应用于灾害现场应急通信的先例。

2000年后世界范围发生了多起自然灾害。霜冻、洪水、地震、海啸等灾害发生后灾区的通信设备往往遭到了严重的损坏，造成灾区与外界通信的全面中断，尤其是在山区出现灾害后，蜂窝网络通信中断的情况下。其中尤其以2008年汶川地震最为严重。地震造成的通信中断使得震中重灾区与外界完全隔绝。山区地形使得应急通信车有限的天线高度无法大范围覆盖灾区，短波通信也受制于地形和天线高度，无法在短时间内与外界建立通信。震后灾民安置点的通信也由于人数激增造成拥堵，应急通信车无法长时间的为较大范围地区提供通信服务。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，解决了恶劣环境中，由于发射端天线高度有限，加之恶劣的天气和地面条件使得信号衰减严重，灾害发生后中继站及其配套设施往往遭到毁坏，直接造成了通讯受阻的状况的用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，包括系留部分和地面部分；

所述系留部分包括飞艇，所述飞艇内壁设有艇内气压计、外壁设有电磁放气阀，底部可拆卸连接一任务仓；

所述任务仓内设有单片机控制电路、参数收集单元、温控单元、BTS基站、以及为任务仓内各用电单元供电的舱内供电单元，所述参数收集单元包括GPS模块、风速计、气压高度计；

其中，所述艇内气压计、GPS模块、风速计、气压高度计均与单片机控制电路的信号输入端相连、分别用于采集飞艇内气压、任务仓处的GPS坐标、实时高空风速、海拔高度，并转化为电信号送到单片机控制电路中，所述BTS基站与单片机控制电路连接，并将其数据发送给单片机控制电路，所述BTS基站的数据包括信号覆盖面积、方向、功率数据；所述电磁放气阀与单片机控制电路的信号输出端相连，由单片机控制电路控制其动作；

所述地面部分包括设置在地面上的地面站、电缆收放器和两个卷扬机，电缆收放器上设有电缆，卷扬机上设有系留绳，所述系留绳位于任务仓两侧，一端固定在飞艇上，一端收卷于卷扬机上；

所述地面站包括主机、PLC、交流继电器、显示器、发电机，所述发电机连接地面站各用电设备，并通过电缆连接任务仓的舱内供电单元；

所述主机一路连接卷扬机、电缆收放器电机自带的转速信号输出接口，获取二者电机的转速数据，一路经PLC、交流继电器连接电缆收放器和卷扬机的控制接头，所述主机还与显示器连接，与单片机控制电路无线通信；

所述单片机控制电路用于将采集到的信号发送给主机，所述主机根据单片机控制电路采集到的信号和电机转速数据，控制电缆收放器和卷扬机工作，调整飞艇悬停高度。

作为优选：所述单片机控制电路与主机无线通信为：任务仓内设有与单片机控制电路连接的第一数传电台，第一数传电台连接有第一数传天线，主机连接有第二数传电台，第二数传电台连接有第二数传天线，主机和任务仓通过第一、第二数传电台和第一、第二数传天线无线通信。

作为优选：所述主机根据采集到的信号，调整飞艇悬停高度的具体方法为：

（1）主机内设置控制参数，所述控制参数包括艇内气压值、GPS坐标、风速、高度、BTS基站的数据、地面站中卷扬机电机转速、电缆收放器电机转速，并预设各控制量的阈值；

（2）主机获取实时数据，所述实时数据包括从单片机控制电路获得实时的艇内气压值、GPS坐标、风速、高度、BTS基站的数据，和直接从卷扬机、电缆收放器获取的电机转速数据，并将实时数据通过显示器显示；

（3）将步骤（2）中的实时数据生成数字报表后，在主机内与步骤（1）中的对应的控制参数的阈值计算方差，根据方差值，得到每个控制参数需增减的具体数据，并将具体数据通过量化、编码生成数字信号指令；

（4）将控制电机转速的数字信号指令发送至PLC，由PLC控制交流继电器吸合，驱动卷扬机和电缆收放器的电机工作，将其余数字信号指令由第一数传电台调制后、经一数传天线、第二数传天线发送至第二数传电台，经第二数传电台解调后发送至单片机控制电路，由单片机控制电路控制电磁放气阀放气。

作为优选：所述任务仓内还设有温控单元，所述温控单元包括温度传感器和温控设备；其中温度传感器的用于采集任务仓内温度信号，并转化为电信号送到单片机控制电路中，所述温控设备与单片机控制电路的信号输出端相连，由单片机控制电路控制其动作；

所述蓄电池正负极通过导线连接到单片机控制电路，所述单片机控制电路内部集成电压比较器，并通过电压比较器将将蓄电池电压量化，实现采集量化后的蓄电池电压。

作为优选：所述舱内供电单元包括电缆插座、太阳能电池板、蓄电池组和UPS稳压控制器，所述电缆插座固定在任务仓内与电缆连通，电缆插座和太阳能电池板均与UPS稳压控制器连接，并由UPS稳压控制器控制选择为蓄电池组充电，所述蓄电池组连接任务仓内各用电单元。

作为优选：所述主机通过电缆连接一操纵手柄，所述操纵手柄设置有上按键、下按键、左按键、右按键、和紧急放气按键，

所述上按键、下按键用于控制两系留绳同上放长、同时收短；

所述左按键、右按键用于控制对应侧系留绳缩短，另一侧系留绳放长；

所述紧急放气键用于控制电磁放气阀放气到预设数值。

作为优选：所述飞艇为氦气飞艇，飞艇与任务仓通过三环脱离器可拆卸连接，所述飞艇底部设有连接鳍片，三环脱离器、系留绳均通过连接鳍片与飞艇固定连接。

作为优选：所述卷扬机处设有固定在地面上的滑轮锚点，系留绳经滑轮锚点后缠绕在卷扬机上。

作为优选：所述飞艇外形采用纺锤形，尾翼为Y字型。

由于飞艇选用氦气飞艇，艇体由强度大、耐磨、抗氧化、气密性强的复合纤维面料多层复合制成。升空前将艇体内充满氦气，能够在环境恶劣的情况下为系留部分提供足够升力。并且本发明艇体外形采用纺锤形，在艇尾处设置有Y字型尾翼，提高了系留部分在风速≤5m/s情况下稳定性的。当然飞艇材料不仅限于上述材料。

飞艇与任务仓之间通过连接鳍片和三环脱离器进行连接。本实施例中，可将连接鳍片设计为一块大面积的复合纤维布料平铺于氦气飞艇艇腹部分，与氦气飞艇缝制在一起，当然也不仅限于此种方法。这样设计的好处是，在连接鳍片受垂直向下的拉力后，由于连接鳍片跟飞艇是面接触，拉力不至于集中在飞艇的某一点上，因此能够有效保护艇体的结构，同时能够承受任务仓载荷与系留绳牵引产生的较大牵引力，连接鳍片与任务仓通过三环脱离器进行连接。

三环脱离器是60年代就运用于空军重装空投上成熟的快速脱离装置,单根三环脱离器能最大承受2.5吨的拉力。本发明中，任务仓四个挂点均使用三环脱离器与连接鳍片完成连接，使得任务仓的完全可以搭载较重的任务载荷。三环脱离器还能够快速实现氦气飞艇与任务仓的分离，重新连接也十分便捷。因此有利于将整套系统的拆分运输和快速组装。

系留绳目的是牵引飞艇，本实施例采用芳纶纤维制成，设计为两根，单根系留绳在垂直方向上最大牵引力能够达到6吨。单根系留绳一端通过挂环固定于连接鳍片，另一端穿过各自方向的滑轮锚点固定于卷扬机，用于牵引住系留部分。卷扬机采用市面上标准设备。

电缆的作用，一是使任务仓外的电磁放气挺、艇内气压计与单片机控制电路连接，一是连通地面站的发电机，为任务仓内各用电设备供电。电缆的连接方式是：一端连接电缆插座，另一端绕入电缆收放器。为了方便固定，我们可以将此端端头接在地面站中发电机的电缆插座上，通过发电机为任务仓供电。

本发明任务仓的供电方式除了发电机供电以外还提供太阳能供电，此两种供电方式可以根据任务场合的不同自由切换。此两种供电方式均通过UPS稳压控制器连接蓄电池组，在突然断电以或供电方式转变时，能够不间断的为BTS基站与单片机控制电路系统提供电能。

任务仓中的BTS基站系统由BBU基带处理单元、RRU射频拉远单元、馈线、基站天线组成。能够提供区域内的通信服务，也可以通过组网的方式构成蜂窝网络，以实现远距离通信。本发明所述的BTS基站系统采用市场上已有的且成熟的小型化设备，以模块的方式安装于本发明所述的任务仓内。能够为灾区提供移动LTE,F频段、E频段、D频段的通信服务，并且能够在20m-500m高度范围内任意停留，单片机可以根据所处高度调整BTS基站的发射功率，以获得大范围的信号覆盖，减小灾区地形对通信信号的阻碍。本发明由于采用了成熟设备，使得本发明在应用时不会受到兼容性的影响。同时，提高了稳定性，也进一步的也降低了研发成本。由于BTS基站系统在任务仓内采用了模块化安装，因此在不同使用场景下可以方便换装短波通信基站或其他不同类型的通信设备。

本发明任务仓的供电技术是采用UPS不间断供电技术。此套供电设备能够保证在阴雨天气且必须进行发电机维护的时候依然能为任务仓设备持续提供电能，同样也能满足其他极端情况下电力的持续供应。保证了本发明在特殊条件下持续的应急通信能力。

任务仓内设有温控单元，由单片机控制电路决策是否对仓内温度进行调控，决策后单片机控制电路将信号发送给温控设备，完成对仓内温度的控制。确保任务仓内的设备始终工作在正常工作温度范围。

本发明中，单片机控制电路和主机通信采用无线通信，本发明是采用数传电台，将实时数据发送到地面站的主机中，从而主机能通过人工或者自动控制的方式，根据传来的数据调整氦气飞艇的系留高度以及基站的发射功率等参数。

另外：本发明中系留部分、地面部分的设计均采用模块化设计，能够适应不同任务类型。并且方便道路运输、安装调试、后期维护。本发明所述的系统安装灵活，可选定固定地点进行安装，也可安装在货车车厢上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明提供了一种在山区出现灾害后，蜂窝网络通信中断的情况下，现有通信手段无法为灾害现场提供部署便捷、成本低廉、覆盖范围广、持续时间长的通信解决方案。以飞艇搭载BTS基站及其它配套设备在任意需要的地点升空，完成对灾害现场长时间大范围的信号覆盖，并能根据信号覆盖的面积调整飞艇的高度。

具体的：本发明能停留在20m-500m范围内的任意高度。能利用电磁放气阀、系留绳和卷扬机

使飞艇的系留高度在遇到紧急情况时快速做出相应改变，提高了整套系统的可靠性与环境适应能力。BTS基站能够为灾区提供移动LTE,F频段、E频段、D频段的通信服务，单片机控制电路可以根据所处高度调整BTS基站的发射功率，以获得大范围的信号覆盖，减小灾区地形对通信信号的阻碍。

同时本发明不仅仅可以用于灾害现场应急通信，同样也可以为大型会场、人员密集地段等特殊场合提供部署便捷、成本低廉、覆盖范围广、持续时间长的通信解决方案。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明任务仓的结构示意图；

图3为本发明任务仓的原理框图；

图4为本发明地面站的结构示意图；

图5所示为本发明地面站的原理框图。

图中：1、飞艇；2、三环脱离器；3、任务仓；4、系留绳；5、电缆；6、滑轮锚点；7、电缆收放器；8、地面站；9、卷扬机；10、连接鳍片；11、电磁放气阀；12、艇内气压计；13、参数收集单元；14、单片机控制电路；15、第一数传电台；16、基站天线；17、第一数传天线；18、蓄电池；19、UPS稳压控制器；20、电缆插座；21、温控单元；22、BTS基站；23、第二数传天线；24、交流继电器；25、PLC；26、主机；27、操纵手柄；28、发电机；29、显示器；30、第二数传电台。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1到图5，一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，包括系留部分和地面部分；

所述系留部分包括飞艇1，所述飞艇1内壁设有艇内气压计12、外壁设有电磁放气阀11，底部可拆卸连接一任务仓3；

所述任务仓3内设有单片机控制电路14、参数收集单元13、温控单元21、BTS基站22、以及为任务仓3内各用电单元供电的舱内供电单元，所述参数收集单元13包括GPS模块、风速计、气压高度计；

其中，所述艇内气压计12、GPS模块、风速计、气压高度计均与单片机控制电路14的信号输入端相连、分别用于采集飞艇1内气压、任务仓3处的GPS坐标、实时高空风速、海拔高度，并转化为电信号送到单片机控制电路14中，所述BTS基站22与单片机控制电路14连接，并将其数据发送给单片机控制电路14，所述BTS基站22的数据包括信号覆盖面积、方向、功率数据；所述电磁放气阀11与单片机控制电路14的信号输出端相连，由单片机控制电路14控制其动作；

所述地面部分包括设置在地面上的地面站8、电缆收放器7和两个卷扬机9，电缆收放器7上设有电缆5，卷扬机9上设有系留绳4，所述系留绳4位于任务仓3两侧，一端固定在飞艇1上，一端收卷于卷扬机9上；

所述地面站8包括主机26、PLC25、交流继电器24、显示器29、发电机28，所述发电机28连接地面站8各用电设备，并通过电缆5连接任务仓3的舱内供电单元；

所述主机26一路连接卷扬机9、电缆收放器7电机自带的转速信号输出接口，获取二者电机的转速数据，一路经PLC25、交流继电器24连接电缆收放器7和卷扬机9的控制接头，所述主机26还与显示器29连接，与单片机控制电路14无线通信；

所述单片机控制电路14用于将采集到的信号发送给主机26，所述主机26根据单片机控制电路14采集到的信号和电机转速数据，控制电缆收放器7和卷扬机9工作，调整飞艇1悬停高度。

本实施例中：所述单片机控制电路14与主机26无线通信为：任务仓3内设有与单片机控制电路14连接的第一数传电台15，第一数传电台15连接有第一数传天线17，主机26连接有第二数传电台30，第二数传电台30连接有第二数传天线23，主机26和任务仓3通过第一数传电台15、第二数传电台30和第一数传电台15、第二数传天线23无线通信。

任务仓3中的BTS基站22系统由BBU基带处理单元、RRU射频拉远单元、馈线、基站天线16组成。能够提供区域内的通信服务，也可以通过组网的方式构成蜂窝网络，以实现远距离通信。

此为本发明的结构部分，本发明以飞艇1搭载BTS基站22及其它配套设备在任意需要的地点升空，完成对灾害现场长时间大范围的信号覆盖，并能根据信号覆盖的面积调整飞艇1的高度。

所述主机26根据采集到的信号，调整飞艇1悬停高度的具体方法为：

（1）主机26内设置控制参数，所述控制参数包括艇内气压值、GPS坐标、风速、高度、BTS基站22的数据、地面站8中卷扬机9电机转速、电缆收放器7电机转速，并预设各控制量的阈值；

（2）主机26获取实时数据，所述实时数据包括从单片机控制电路14获得实时的艇内气压值、GPS坐标、风速、高度、BTS基站22的数据，和直接从卷扬机9、电缆收放器7获取的电机转速数据，并将实时数据通过显示器29显示；

（3）将步骤（2）中的实时数据生成数字报表后，在主机26内与步骤（1）中的对应的控制参数的阈值计算方差，根据方差值，得到每个控制参数需增减的具体数据，并将具体数据通过量化、编码生成数字信号指令；

（4）将控制电机转速的数字信号指令发送至PLC25，由PLC25控制交流继电器24吸合，驱动卷扬机9和电缆收放器7的电机工作，将其余数字信号指令由第一数传电台15调制后、经一数传天线、第二数传天线23发送至第二数传电台30，经第二数传电台30解调后发送至单片机控制电路14，由单片机控制电路14控制电磁放气阀11放气。

实施例2：参见图1到图5，一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇1系统，包括系留部分和地面部分；

所述系留部分包括飞艇1，所述飞艇1为氦气飞艇1，外形采用纺锤形，尾翼为Y字型，飞艇1内壁设有艇内气压计12、外壁设有电磁放气阀11，底部可拆卸连接一任务仓3；飞艇1与任务仓3是通过三环脱离器2可拆卸连接，所述飞艇1底部设有连接鳍片10，三环脱离器2、系留绳4均通过连接鳍片10与飞艇1固定连接；

所述任务仓3内设有单片机控制电路14、参数收集单元13、温控单元21、BTS基站22、以及为任务仓3内各用电单元供电的舱内供电单元，所述参数收集单元13包括GPS模块、风速计、气压高度计；

其中，所述艇内气压计12、GPS模块、风速计、气压高度计均与单片机控制电路14的信号输入端相连、分别用于采集飞艇1内气压、任务仓3处的GPS坐标、实时高空风速、海拔高度，并转化为电信号送到单片机控制电路14中，所述BTS基站22与单片机控制电路14连接，并将其数据发送给单片机控制电路14，所述BTS基站22的数据包括信号覆盖面积、方向、功率数据；所述电磁放气阀11与单片机控制电路14的信号输出端相连，由单片机控制电路14控制其动作；

所述任务仓3内还设有温控单元21，所述温控单元21包括温度传感器和温控设备；其中温度传感器的用于采集任务仓3内温度信号，并转化为电信号送到单片机控制电路14中，所述温控设备与单片机控制电路14的信号输出端相连，由单片机控制电路14控制其动作；

所述蓄电池18正负极通过导线连接到单片机控制电路14，所述单片机控制电路14内部集成电压比较器，并通过电压比较器将将蓄电池18电压量化，实现采集量化后的蓄电池18电压；

所述舱内供电单元包括电缆插座20、太阳能电池板、蓄电池18组和UPS稳压控制器19，所述电缆插座20固定在任务仓3内与电缆5连通，电缆插座20和太阳能电池板均与UPS稳压控制器19连接，并由UPS稳压控制器19控制选择为蓄电池组18组充电，所述蓄电池18组连接任务仓3内各用电单元；例如：当阴雨天时，则接通电缆插座，由电缆供电，日晒充足时，可以选择太阳能供电，从而够保证在阴雨天气且必须进行发电机维护的时候依然能为任务仓设备持续提供电能，同样也能满足其他极端情况下电力的持续供应。保证了本发明在特殊条件下持续的应急通信能力。

所述地面部分包括设置在地面上的地面站8、电缆收放器7和两个卷扬机9，电缆收放器7上设有电缆5，卷扬机9上设有系留绳4，所述系留绳4位于任务仓3两侧，一端固定在飞艇1上，一端收卷于卷扬机9上；所述卷扬机9处设有固定在地面上的滑轮锚点6，系留绳4经滑轮锚点6后缠绕在卷扬机9上。

所述地面站8包括主机26、PLC25、交流继电器24、显示器29、发电机28，所述发电机28连接地面站8各用电设备，并通过电缆5连接任务仓3的舱内供电单元；

所述主机26一路连接卷扬机9、电缆收放器7电机自带的转速信号输出接口，获取二者电机的转速数据，一路经PLC25、交流继电器24连接电缆收放器7和卷扬机9的控制接头，所述主机26还与显示器29连接，与单片机控制电路14无线通信；所述单片机控制电路14与主机26无线通信为：任务仓3内设有与单片机控制电路14连接的第一数传电台15，第一数传电台15连接有第一数传天线17，主机26连接有第二数传电台30，第二数传电台30连接有第二数传天线23，主机26和任务仓3通过第一、第二数传电台30和第一、第二数传天线23无线通信。

所述单片机控制电路14用于将采集到的信号发送给主机26，所述主机26根据单片机控制电路14采集到的信号和电机转速数据，控制电缆收放器7和卷扬机9工作，调整飞艇1悬停高度。

所述主机26根据采集到的信号，调整飞艇1悬停高度的具体方法为：

（1）主机26内设置控制参数，所述控制参数包括艇内气压值、GPS坐标、风速、高度、BTS基站22的数据、地面站8中卷扬机9电机转速、电缆收放器7电机转速，并预设各控制量的阈值；

（2）主机26获取实时数据，所述实时数据包括从单片机控制电路14获得实时的艇内气压值、GPS坐标、风速、高度、BTS基站22的数据，和直接从卷扬机9、电缆收放器7获取的电机转速数据，并将实时数据通过显示器29显示；

（3）将步骤（2）中的实时数据生成数字报表后，在主机26内与步骤（1）中的对应的控制参数的阈值计算方差，根据方差值，得到每个控制参数需增减的具体数据，并将具体数据通过量化、编码生成数字信号指令；

（4）将控制电机转速的数字信号指令发送至PLC25，由PLC25控制交流继电器24吸合，驱动卷扬机9和电缆收放器7的电机工作，将其余数字信号指令由第一数传电台15调制后、经一数传天线、第二数传天线23发送至第二数传电台30，经第二数传电台30解调后发送至单片机控制电路14，由单片机控制电路14控制电磁放气阀11放气。

所述主机26通过电缆5连接一操纵手柄27，所述操纵手柄27设置有上按键、下按键、左按键、右按键、和紧急放气按键；

所述上按键、下按键用于控制两系留绳4同上放长、同时收短；

所述左按键、右按键用于控制对应侧系留绳4缩短，另一侧系留绳4放长；

所述紧急放气键用于控制电磁放气阀11放气到预设数值。

本发明解决了现有通信手段无法为灾害现场提供部署便捷、成本低廉、覆盖范围广、持续时间长的缺陷。

本发明中，任务仓3中单片机控制电路14获取的信号有艇内气压计12、GPS模块、风速计、气压高度计、温度传感器的数据，与单片机控制电路14连接的被控设备有：电磁放气阀11、温控设备。

主机26与单片机控制电路14无线通信，能获取到单片机控制电路14获取的数据，还能采集到卷扬机9、电缆收放器7电机的转速数据。主机26综合这些数据，最终发送控制命令给单片机控制电路14、卷扬机9和电缆收放器7，通过单片机控制电路14来控制电磁放气阀11放气，控制卷扬机9和电缆收放器7收放系留绳4和电缆5。

一般情况下，只需要通过根据BTS基站22的数据、气压高度计的高度数据，来控制卷扬机9和电缆收放器7工作，实现飞艇1的上下左右运动控制，从而达到在灾害现场有效信号覆盖的目的。

对两根系留绳4同步收放，实现飞艇1的上下移动，如果两根系留绳4，一侧收、一侧放，就能实现左右移动。本发明飞艇1能停留在20m-500m范围内的任意高度。

而电磁放气阀11的设计能够使氦气飞艇1的系留高度在遇到紧急情况时快速做出相应改变，提高了整套系统的可靠性与环境适应能力。

操作时，先在灾害现场搭建本发明各硬件部分，建立系留部分、地面部分，并在任务仓3、地面站8内设置对应设备，使二者无线通信。然后调整飞艇1的高度，使BTS基站22的信号覆盖达到要求。

若监测到风速过大，则控制电磁放气阀11放气到预设数值。

上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，其特征在于：包括系留部分和地面部分；

所述系留部分包括飞艇，所述飞艇内壁设有艇内气压计、外壁设有电磁放气阀，底部可拆卸连接一任务仓；

所述任务仓内设有单片机控制电路、参数收集单元、温控单元、BTS基站、以及为任务仓内各用电单元供电的舱内供电单元，所述参数收集单元包括GPS模块、风速计、气压高度计；

其中，所述艇内气压计、GPS模块、风速计、气压高度计均与单片机控制电路的信号输入端相连、分别用于采集飞艇内气压、任务仓处的GPS坐标、实时高空风速、海拔高度，并转化为电信号送到单片机控制电路中，所述BTS基站与单片机控制电路连接，并将其数据发送给单片机控制电路，所述BTS基站的数据包括信号覆盖面积、方向、功率数据；所述电磁放气阀与单片机控制电路的信号输出端相连，由单片机控制电路控制其动作；

所述地面部分包括设置在地面上的地面站、电缆收放器和两个卷扬机，电缆收放器上设有电缆，卷扬机上设有系留绳，所述系留绳位于任务仓两侧，一端固定在飞艇上，一端收卷于卷扬机上；

所述地面站包括主机、PLC、交流继电器、显示器、发电机，所述发电机连接地面站各用电设备，并通过电缆连接任务仓的舱内供电单元；

所述主机一路连接卷扬机、电缆收放器电机自带的转速信号输出接口，获取二者电机的转速数据，一路经PLC、交流继电器连接电缆收放器和卷扬机的控制接头，所述主机还与显示器连接，与单片机控制电路无线通信；

所述单片机控制电路用于将采集到的信号发送给主机，所述主机根据单片机控制电路采集到的信号和电机转速数据，控制电缆收放器和卷扬机工作，调整飞艇悬停高度；

所述单片机控制电路与主机无线通信为：任务仓内设有与单片机控制电路连接的第一数传电台，第一数传电台连接有第一数传天线，主机连接有第二数传电台，第二数传电台连接有第二数传天线，主机和任务仓通过第一、第二数传电台和第一、第二数传天线无线通信；

所述主机根据采集到的信号，调整飞艇悬停高度的具体方法为：

（1）主机内设置控制参数，所述控制参数包括艇内气压值、GPS坐标、风速、高度、BTS基站的数据、地面站中卷扬机电机转速、电缆收放器电机转速，并预设各控制量的阈值；

（2）主机获取实时数据，所述实时数据包括从单片机控制电路获得实时的艇内气压值、GPS坐标、风速、高度、BTS基站的数据，和直接从卷扬机、电缆收放器获取的电机转速数据，并将实时数据通过显示器显示；

（3）将步骤（2）中的实时数据生成数字报表后，在主机内与步骤（1）中的对应的控制参数的阈值计算方差，根据方差值，得到每个控制参数需增减的具体数据，并将具体数据通过量化、编码生成数字信号指令；

（4）将控制电机转速的数字信号指令发送至PLC，由PLC控制交流继电器吸合，驱动卷扬机和电缆收放器的电机工作，将其余数字信号指令由第一数传电台调制后、经一数传天线、第二数传天线发送至第二数传电台，经第二数传电台解调后发送至单片机控制电路，由单片机控制电路控制电磁放气阀放气。

2.根据权利要求1所述的一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，其特征在于：所述舱内供电单元包括电缆插座、太阳能电池板、蓄电池组和UPS稳压控制器，所述电缆插座固定在任务仓内与电缆连通，电缆插座和太阳能电池板均与UPS稳压控制器连接，并由UPS稳压控制器控制选择为蓄电池组充电，所述蓄电池组连接任务仓内各用电单元。

3.根据权利要求2所述的一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，其特征在于：所述任务仓内还设有温控单元，所述温控单元包括温度传感器和温控设备；其中温度传感器的用于采集任务仓内温度信号，并转化为电信号送到单片机控制电路中，所述温控设备与单片机控制电路的信号输出端相连，由单片机控制电路控制其动作；

所述蓄电池组正负极通过导线连接到单片机控制电路，所述单片机控制电路内部集成电压比较器，并通过电压比较器将蓄电池组电压量化，实现采集量化后的蓄电池组电压。

4.根据权利要求1所述的一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，其特征在于：所述主机通过电缆连接一操纵手柄，所述操纵手柄设置有上按键、下按键、左按键、右按键、和紧急放气按键；

所述上按键、下按键用于控制两系留绳同上放长、同时收短；

所述左按键、右按键用于控制对应侧系留绳缩短，另一侧系留绳放长；

所述紧急放气按键用于控制电磁放气阀放气到预设数值。

5.根据权利要求1所述的一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，其特征在于：所述飞艇为氦气飞艇，飞艇与任务仓通过三环脱离器可拆卸连接，所述飞艇底部设有连接鳍片，三环脱离器、系留绳均通过连接鳍片与飞艇固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，其特征在于：所述卷扬机处设有固定在地面上的滑轮锚点，系留绳经滑轮锚点后缠绕在卷扬机上。

7.根据权利要求1所述的一种用于灾害现场应急通信的氦气系留飞艇系统，其特征在于：所述飞艇外形采用纺锤形，尾翼为Y字型。

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