CN112462595A - 高空气球安全控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高空气球安全控制装置及方法，包括：至少两个安全控制单元，所述安全控制单元包括通信单元，所述通信单元用于接收切割指令；与所述至少两个安全控制单元通过电缆一一对应电连接的至少两个切割单元，所述切割单元用于基于所述切割指令，切割高空气球连接绳缆。本发明通过至少两个安全控制单元接收切割指令，并通过相连的至少两个切割单元完成对高空气球连接绳缆的切割，使高空气球安全控制执行路径具备双冗余特征，两条路径之间互为备份，相互协作，有效避免了现有的安全控制设备单机失效或死机致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，实现更加安全稳定的高空气球安全控制。

Description

高空气球安全控制装置及方法

技术领域

本发明涉及无动力浮空器技术领域，尤其涉及一种高空气球安全控制装置及方法。

背景技术

高空气球系统一般包括球体、设备吊舱、降落伞。飞行时球体内冲入氦气，提供升力，升空至指定高度；设备吊舱内安装供电电池、飞行控制计算机、遥控遥测设备、飞行载荷等设备；飞行结束后，高空气球安全控制设备分离球体和吊舱，吊舱随降落伞降落至地面。

高空气球安全控制设备的分离做动机构，一般称为切割器的火工品。高空气球安全控制设备接收地面指令，输出电流激发切割器内火药，推动刀片，切断高空气球和降落伞连接线缆，分离高空气球和降落伞。现有的高空气球安全控制设备单机存在失效或死机风险，致使无法执行高空气球降落操作。

因此，如何提出一种更加安全稳定的高空气球安全控制装置，成为亟需解决的问题。

发明内容

本发明提供一种高空气球安全控制装置及方法，用以解决现有技术中高空气球安全控制设备单机存在失效或死机风险，致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，实现更加安全稳定的高空气球安全控制。

第一方面，本发明提供一种高空气球安全控制装置，包括：

至少两个安全控制单元，所述安全控制单元包括通信单元，所述通信单元用于接收切割指令；

与所述至少两个安全控制单元通过电缆一一对应电连接的至少两个切割单元，所述切割单元用于基于所述切割指令，切割高空气球连接绳缆。

根据本发明提供的高空气球安全控制装置，所述通信单元包括无线电单元；

所述至少两个安全控制单元通过所述无线电单元通信连接。

根据本发明提供的高空气球安全控制装置，所述通信单元包括卫星通信单元，用于所述安全控制单元接收地面设备发送的切割指令。

根据本发明提供的高空气球安全控制装置，至少一个所述安全控制单元的设置位置靠近其电连接的切割单元。

根据本发明提供的高空气球安全控制装置，所述至少两个切割单元包括至少两个供电单元，和至少两个继电器，所述切割单元与所述供电单元一一对应设置；

所述继电器与所述供电单元一一对应设置，用于导通后为所述切割单元供电，以使所述切割单元完成对高空气球连接绳缆的切割。

第二方面，本发明提供一种基于第一方面所提供的高空气球安全控制装置实现的高空气球安全控制方法，包括：

接收切割指令；

至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元；

所述切割单元接收到切割指令后，切割高空气球连接绳缆。

根据本发明提供的高空气球安全控制方法，至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元，包括：

至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元；或

所述安全控制单元将所述切割指令通过另一个安全控制单元传输至所述另一个安全控制单元对应的切割单元。

根据本发明提供的高空气球安全控制方法，所述接收切割指令包括：

接收地面设备通过卫星通信发送的切割指令。

根据本发明提供的高空气球安全控制方法，所述方法还包括：

设置至少一个安全控制单元靠近其电连接的切割单元。

根据本发明提供的高空气球安全控制方法，所述切割单元接收到切割指令后，完成对高空气球连接绳缆的切割，包括：

供电单元接收到切割指令后，导通对应的继电器，为对应的切割单元供电；

所述切割单元通电后，切割高空气球的连接绳缆。

本发明提供的高空气球安全控制装置及方法，通过至少两个安全控制单元接收切割指令，并通过相连的至少两个切割单元完成对高空气球连接绳缆的切割，使高空气球安全控制执行路径具备双冗余特征，两条路径之间互为备份，相互协作，有效避免了现有的安全控制设备单机失效或死机致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，实现更加安全稳定的高空气球安全控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的高空气球安全控制装置的结构示意图之一；

图2是本发明提供的高空气球安全控制系统的结构示意图；

图3是本发明提供的双冗余高空气球安全控制实施路径示意图；

图4是本发明提供的高空气球安全控制装置的卫星通信示意图；

图5是本发明提供高空气球安全控制装置的结构示意图之二；

图6是本发明提供的切割单元的结构示意图；

图7是本发明提供的高空气球安全控制方法的流程示意图。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

高空气球安全控制系统组件一般包括做动机构切割器、吊舱内安全控制设备和伞上连接线缆。

现有的高空气球降落操作路径为：地面操作人员—地面遥控遥测设备—艇载遥控遥测设备—吊舱内安全控制设备—连接线缆—火工品切割器；

此方式在实际飞行时遇到的问题：

1、高空气球安全控制设备单机存在失效，死机风险，致使无法执行高空气球降落操作。

2、高空气球安全控制设备依靠吊舱遥控遥测无线电设备与地面通信，当飞行距离较远、山体遮挡等原因造成视距无线电终端后，地面操作人员无法实施高空气球降落操作。

3、高空气球安全控制设备一般位于设备舱内，通过布设在降落伞上的一根电缆，将设备舱和降落伞顶切割器连接。电缆长度一般在10-100m左右。实际飞行时，由于线缆拉伸、缠绕等问题，容易损耗、拉断线缆，致使无法控制高空气球降落。

为了克服以上全部或者部分缺陷，本发明提出一种高空气球安全控制装置及方法，现针对本发明提出的空气球安全控制装置及方法进行介绍。

图1是本发明提供的高空气球安全控制装置的结构示意图之一，如图1所述，该装置包括：

至少两个安全控制单元，所述安全控制单元包括通信单元，所述通信单元用于接收切割指令；

与所述至少两个安全控制单元通过电缆一一对应电连接的至少两个切割单元，所述切割单元用于基于所述切割指令，切割高空气球连接绳缆。

具体地，临近空间高空气球包括零压气球、超压气球。高空气球飞行高度一般为海拔20-40km，为确保在飞行阶段内不失控，全程能跟踪，需设计安控分系统以确保飞行试验安全。

高空气球安全控制设备的分离做动机构，一般称为切割器的火工品。高空气球安全控制设备接收地面指令，输出电流激发切割器内火药，推动刀片，切断高空气球和降落伞连接线缆，分离高空气球和降落伞。

图2是本发明提供的高空气球安全控制系统的结构示意图，如图2所示，高空气球安全控制系统组件包括做动机构切割器、吊舱内安全控制设备和伞上连接线缆。

本发明中，为了避免高空气球安全控制设备单机存在失效，死机风险，致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，设置了至少两个安全控制单元，且这至少两个安全控制单元可以同时通过通信单元接收切割指令，因此，在其中一个单元设备故障不工作的情况下，另一单元依然可以正常工作，可以正常接收到切割指令，完后后续切割步骤。

具体地，切割单元与至少两个安全控制单元通过电缆一一对应电连接。即每一个安全控制单元对应电连接一个切割单元。

具体地，所述切割单元可以接收到安全控制单元通过电缆传输的切割指令后，基于切割指令完成对高空气球连接绳缆的切割。

具体地，可以将两个切割器A、B互为备份安装在降落伞顶部。

本发明中的高空气球独立安控设备的设计，不依赖球上其他设备，地面人员即可实现高空气球降落，增加高空气球安全控制可靠性。

本发明提供的高空气球安全控制装置，通过至少两个安全控制单元接收切割指令，并通过相连的至少两个切割单元完成对高空气球连接绳缆的切割，使高空气球安全控制执行路径具备双冗余特征，两条路径之间互为备份，相互协作，有效避免了现有的安全控制设备单机失效或死机致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，实现更加安全稳定的高空气球安全控制。

可选地，基于上述任一实施例，所述通信单元包括无线电单元；

所述至少两个安全控制单元通过所述无线电单元通信连接。

具体地，通信单元可以包括无线电单元，用于安全控制单元之间进行通信，可以理解的是，至少两个安全控制单元之间可以是链式通信，也可以是一个安全控制单元同时可以与多个安全控制单元进行无线通信，本发明对此不作限制；

具体地，至少两个安全控制单元之间可以进行无线通信，传输切割指令。

具体地，基于至少两个安全控制单元之间可以进行无线通信，本发明提供的高空气球安全控制装置可以实现至少四条安控实施路径，使高空气球切割器执行路径由一条增加为多条，实现高空气球安全控制双冗余机制。

以高空气球安全控制装置包括2个安全控制单元为例，安全控制单元A、B上集成短距离无线通信单元A、B(即无线电单元A、B)。安全控制单元A、B直接可以通过900MHz频段无线电通信。图3是本发明提供的双冗余高空气球安全控制实施路径示意图，如图3所示，高空气球安全控制装置可以实现以下四条安控实施路径：

1、地面设备A-安全控制单元A-切割单元A；

2、地面设备A-安全控制单元A-短距离无线电A-安全控制单元B-线缆-切割单元B；

3、地面设备B-安全控制单元B-线缆-切割单元A；

4、地面设备B-安全控制单元B-短距离无线电B-安全控制单元A-切割单元。

可选地，基于上述任一实施例，所述通信单元包括卫星通信单元，用于所述安全控制单元接收地面设备发送的切割指令。

具体地，为了避免现有技术中依靠视距链路进行地面设备与安全控制设备的通信，导致的当飞行距离较远、山体遮挡等原因造成视距无线电终端后，地面操作人员无法实施高空气球降落操作的缺陷，可以通过卫星通信替换现有的视距链路无线通信。

具体地，通信单元还可包括卫星通信单元，用于安全控制单元与对应的地面设备通信，接收地面设备发送的切割信号，可以实现地面控制人员自主控制球体切割。

本发明还可以实现高空气球上卫星链路和球上短距离无线通信链路的融合。地面控制指令可在球上两个互为备份的安全控制装置间相互转发。

以高空气球安全控制装置包括2个安全控制单元为例，图4是本发明提供的高空气球安全控制装置的卫星通信示意图，如图4所示，艇载安控设备A、B上集成卫星通信单元，可通过卫星链路与地面设备A、B相互通信。

可选地，基于上述任一实施例，至少一个所述安全控制单元的设置位置靠近其电连接的切割单元。

具体地，为了避免现有技术中长线缆连接带来的风险，本发明可以采用短线缆连接，相应地，可以将至少一个安全控制单元设置在其电连接的切割单元附近。

以高空气球安全控制装置包括2个安全控制单元为例，图5是本发明提供高空气球安全控制装置的结构示意图之二，如图5所示，安全控制单元A紧邻切割器安装位置，使用一段短电缆与切割单元器A连接。安全控制单元B安装在吊舱内部，通过降落伞上的电缆与伞顶切割单元B连接。

具体地，本发明通过一个或多个安全控制单元与其对应的切割单元采用短线缆连接，避免了现有技术中实际飞行时，由于线缆拉伸、缠绕等问题，容易损耗、拉断线缆，致使无法控制高空气球降落的缺陷，实现了更加安全稳定的安全控制。

可选地，基于上述任一实施例，所述至少两个切割单元包括至少两个供电单元，和至少两个继电器，所述切割单元与所述供电单元一一对应设置；

所述继电器与所述供电单元一一对应设置，用于导通后为所述切割单元供电，以使所述切割单元完成对高空气球连接绳缆的切割。

具体地，每一个切割单元可以包括一个供电单元和一个继电器，

具体地，继电器用于在供电单元给其供电导通后为切割单元供电，切割单元通电后对高空气球连接绳缆进行切割。

具体地，供电单元可以包括两个部分，第一部分用于内部电路供电，第二部分用于导通继电器。

以高空气球安全控制装置包括2个安全控制单元为例，图6是本发明提供的切割单元的结构示意图，如图6所示，安全控制单元包括4.2V锂电池，为内部电路供电；控制单片机及外围驱动电路，起到数据处理、控制驱动的功能；卫星通信单元及天线，实现卫星通信功能，通过卫星网络，接收地面设备指令，并发送本机数据至地面；无线通信单元及天线，实现短距离无线通信功能，实现球上安全控制单元之间的数据转发；16.8V锂电池通过两个串联的继电器A、继电器B与切割器连接，当两个继电器导通后，为切割器供电；继电器A和继电器B受单片机的功能，单片机根据地面指令闭合或断开继电器。

本发明中，为了避免高空气球安全控制设备单机存在失效，死机风险，致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，设置了至少两个安全控制单元，且这至少两个安全控制单元可以同时通过通信单元接收切割指令，因此，在其中一个单元设备故障不工作的情况下，另一单元依然可以正常工作，可以正常接收到切割指令，完后后续切割步骤。

图7是本发明提供的高空气球安全控制方法的流程示意图，如图7所述，该方法包括步骤：

步骤700，接收切割指令；

步骤710，至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元；

步骤720，所述切割单元接收到切割指令后，切割高空气球连接绳缆。

具体地，为了避免高空气球安全控制设备单机存在失效，死机风险，致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，可以通过至少两个安全控制单元同时通过各自的通信单元接收地面设备发送的切割指令，因此，在其中一个单元设备故障不工作的情况下，另一单元依然可以正常工作，可以正常接收到切割指令，完后后续切割步骤。

具体地，切割单元可以接收到安全控制单元通过电缆传输的切割指令后，基于切割指令完成对高空气球连接绳缆的切割。

本发明提供的高空气球安全控制方法，通过至少两个安全控制单元接收切割指令，并通过相连的至少两个切割单元完成对高空气球连接绳缆的切割，使高空气球安全控制执行路径具备双冗余特征，两条路径之间互为备份，相互协作，有效避免了现有的安全控制设备单机失效或死机致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，实现更加安全稳定的高空气球安全控制。

可选地，基于上述任一实施例，至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元，包括：

至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元；或

所述安全控制单元将所述切割指令通过另一个安全控制单元传输至所述另一个安全控制单元对应的切割单元。

具体地，至少两个安全控制单元之间可以进行通信，可以理解的是，至少两个安全控制单元之间可以是链式通信，也可以是一个安全控制单元同时可以与多个安全控制单元进行无线通信，本发明对此不作限制；

具体地，至少两个安全控制单元之间可以进行无线通信，传输切割指令。

具体地，基于至少两个安全控制单元之间可以进行无线通信，本发明提供的高空气球安全控制装置可以实现至少四条安控实施路径。

以高空气球安全控制装置包括2个安全控制单元为例，安全控制单元A、B上集成短距离无线通信单元A、B(即无线电单元A、B)。安全控制单元A、B直接可以通过900MHz频段无线电通信。

具体地，本发明可以通过以下四条安控实施路径实现安全控制及切割：

1、地面设备A-安全控制单元A-切割单元A；

2、地面设备A-安全控制单元A-短距离无线电A-安全控制单元B-线缆-切割单元B；

3、地面设备B-安全控制单元B-线缆-切割单元A；

4、地面设备B-安全控制单元B-短距离无线电B-安全控制单元A-切割单元。

可选地，基于上述任一实施例，所述接收切割指令包括：

接收地面设备通过卫星通信发送的切割指令。

具体地，为了避免现有技术中依靠视距链路进行地面设备与安全控制设备的通信，导致的当飞行距离较远、山体遮挡等原因造成视距无线电终端后，地面操作人员无法实施高空气球降落操作的缺陷，可以通过卫星通信替换现有的视距链路无线通信。

具体地，安全控制单元可以通过卫星通信单元，与对应的地面设备通信，接收地面设备发送的切割信号，可以实现地面控制人员自主控制球体切割。

可选地，基于上述任一实施例，所述方法还包括：

设置至少一个安全控制单元靠近其电连接的切割单元。

具体地，为了避免现有技术中长线缆连接带来的风险，本发明可以采用短线缆连接，相应地，可以将至少一个安全控制单元设置在其电连接的切割单元附近。

具体地，本发明通过一个或多个安全控制单元与其对应的切割单元采用短线缆连接，避免了现有技术中实际飞行时，由于线缆拉伸、缠绕等问题，容易损耗、拉断线缆，致使无法控制高空气球降落的缺陷，实现了更加安全稳定的安全控制。

可选地，基于上述任一实施例，所述切割单元接收到切割指令后，完成对高空气球连接绳缆的切割，包括：

供电单元接收到切割指令后，导通对应的继电器，为对应的切割单元供电；

所述切割单元通电后，切割高空气球的连接绳缆。

具体地，在具体进行切割时，切割单元接收到切割指令后，可以为对应的继电器供电，对应的继电器导通后为对应的切割单元供电；对应的所述切割单元通电后，切割高空气球的连接绳缆。

以高空气球安全控制装置包括2个安全控制单元为例，一个或两个切割单元收到切割指令后，可以为自身对应的继电器供电，当对应的继电器导通后，为对应的切割器供电；继电器A和继电器B受单片机的功能，单片机根据地面指令闭合或断开继电器。

本发明提供的高空气球安全控制方法，通过至少两个安全控制单元接收切割指令，并通过相连的至少两个切割单元完成对高空气球连接绳缆的切割，使高空气球安全控制执行路径具备双冗余特征，两条路径之间互为备份，相互协作，有效避免了现有的安全控制设备单机失效或死机致使无法执行高空气球降落操作的缺陷，实现更加安全稳定的高空气球安全控制。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高空气球安全控制装置，其特征在于，包括：

至少两个安全控制单元，所述安全控制单元包括通信单元，所述通信单元用于接收切割指令；

与所述至少两个安全控制单元通过电缆一一对应电连接的至少两个切割单元，所述切割单元用于基于所述切割指令，切割高空气球连接绳缆。

2.根据权利要求1所述的高空气球安全控制装置，其特征在于，所述通信单元包括无线电单元；

所述至少两个安全控制单元通过所述无线电单元通信连接。

3.根据权利要求1所述的高空气球安全控制装置，其特征在于，所述通信单元包括卫星通信单元，用于所述安全控制单元接收地面设备发送的切割指令。

4.根据权利要求1所述的高空气球安全控制装置，其特征在于，至少一个所述安全控制单元的设置位置靠近其电连接的切割单元。

5.根据权利要求1所述的高空气球安全控制装置，其特征在于，

所述至少两个切割单元包括至少两个供电单元，和至少两个继电器，所述切割单元与所述供电单元一一对应设置；

所述继电器与所述供电单元一一对应设置，用于导通后为所述切割单元供电，以使所述切割单元完成对高空气球连接绳缆的切割。

6.一种基于权利要求1至5任一项所述的高空气球安全控制装置实现的高空气球安全控制方法，其特征在于，包括：

接收切割指令；

至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元；

所述切割单元接收到切割指令后，切割高空气球连接绳缆。

7.根据权利要求6所述的高空气球安全控制方法，其特征在于，

至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元，包括：

至少两个安全控制单元通过电缆将切割指令一一对应传输给至少两个切割单元；或

所述安全控制单元将所述切割指令通过另一个安全控制单元传输至所述另一个安全控制单元对应的切割单元。

8.根据权利要求6所述的高空气球安全控制方法，其特征在于，所述接收切割指令包括：

接收地面设备通过卫星通信发送的切割指令。

9.根据权利要求6所述的高空气球安全控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

设置至少一个安全控制单元靠近其电连接的切割单元。

10.根据权利要求6所述的高空气球安全控制方法，其特征在于，

所述切割单元接收到切割指令后，完成对高空气球连接绳缆的切割，包括：

供电单元接收到切割指令后，导通对应的继电器，为对应的切割单元供电；

所述切割单元通电后，切割高空气球的连接绳缆。

Images