CN114326483A - 一种空飘气球实时追踪及自毁装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种空飘气球实时追踪及自毁装置，所述装置包括：控制盒，设置在囊体的下方；其中，所述控制盒用于控制自毁部件破坏所述囊体实现快速放气；自毁部件，与所述控制盒连接，设置在所述囊体夹层或布线通道中；所述自毁部件包括：线束，设置在所述囊体夹层或布线通道中，与所述控制盒连接；电阻丝，所述电阻丝的两端与所述线束连接，所述电阻丝用于破坏所述囊体实现快速放气；本申请提供的一种空飘气球实时追踪及自毁装置，稳定可靠，熔破指令发送后电阻丝熔破球体，气球按预定轨迹下落，装置成功回收，装置功能性能完好。
Description
技术领域
本申请属于浮空器技术领域，尤其涉及一种空飘气球实时追踪及自毁装置。
背景技术
近年来，随着航空技术的迅猛发展，军民用领域对飞行器的飞行高度和作战功能提出了更高的要求。空飘气球用途宽泛，可执行任务能力强，在对地观测、导弹预警、移动通信、电子干扰、空域侵袭、气象探测等军民应用需求的强力推动下，这种新型特种飞行器的发展受到各国高度关注，在未来军事、商用领域具有重大战略意义。
其中，空飘球飞行通信及安控系统设计作为空飘球系统的关键技术，使气球能够实时定位、向地面站反馈重要飞行信息，到达目标区域上方通过自动/ 人工指令执行气球自毁，顺利完成装置回收。
目前，对空飘球追踪及自毁装置的产品尚未有相关公开报道及论文发表，市场应用也较少，部分学者针对气球下降的航迹进行了仿真研究，而具体的球体实时追踪及自毁装置一体化设计，还处于空白状态。
发明内容
针对上述技术问题，本申请提供了一种空飘气球实时追踪及自毁装置，所述装置包括：
控制盒，设置在囊体的下方；其中，所述控制盒用于控制自毁部件破坏所述囊体实现快速放气；
自毁部件，与所述控制盒连接，设置在所述囊体夹层或布线通道中。
优选地，所述控制盒包括：
控制器，用于根据预设位置参数和时间阈值控制所述自毁部件破坏空飘气球的囊体实现快速放气；其中，所述控制器中设置有预设位置参数和时间阈值；
优选地，所述控制盒还包括：
GPS模块，具有一天线；其中，所述GPS模块用于采集空飘气球的位置信息，并将所述空飘气球的位置信息和所述控制器中的时钟参数发送至地面站。
优选地，所述控制盒还包括：
电源；
降压模块，分别与所述电源和所述控制器连接；
继电器模块，分别与所述电源、所述控制器和所述自毁部件连接；
数传电台，与所述控制器连接，用于与地面站通信。
优选地，所述控制盒的壳体上还集成有：
控制器开关；
输出端口，与所述自毁部件连接。
优选地，所述自毁部件包括：
线束，设置在所述囊体夹层或布线通道中，与所述控制盒连接；
电阻丝，所述电阻丝的两端与所述线束连接，所述电阻丝用于破坏所述囊体实现快速放气。
优选地，所述控制盒还包括：
无线数据传输模块，用于传输空飘气球的位置信息和所述控制器中的时钟参数至地面站。
优选地，所述装置还包括：
隔热棉，设置在所述控制盒的外部，用于缓冲较大的冲击力或隔热。
本申请的有益技术效果：
本申请提供的一种空飘气球实时追踪及自毁装置，稳定可靠，熔破指令发送后电阻丝熔破球体，气球按预定轨迹下落，装置成功回收，装置功能性能完好。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种空飘气球实时追踪及自毁装置的结构示意图；
图2是本申请实施例提供的一种空飘气球实时追踪及自毁装置的系统原理框图；
其中，1-囊体、2-控制盒、3-线束、4-布线通道、5-电阻丝。
具体实施方式
需要说明的是，空飘气球作为一种广泛使用的军民用浮空器，为环境监测和高速通信等应用需求提供了崭新的技术手段。空飘球为无动力浮空器，气球只能随风运动，如不加装定位及自毁装置将无法完成正常降落及回收。为根本解决气球的追踪、安控、回收等技术难题，本申请设计了一款空飘气球实时追踪及自毁装置以满足使用需求，为试验成功率、安全性提供了有力保障。装置回收后可继续安装在下一个气球单元，实现重复利用。
在实际飞行任务中，为避免发生造成人员伤亡及财产损坏，需要提前根据飞行信息预判出可以安全降落的地点，到达目标位置后地面操作人员给出人工指令实时球体自毁，让试验装置随球体安全降落到理想位置。
在本申请实施例中，请参阅图1-2，空飘球实时追踪及自毁装置主要用于实现的气球的实时定位及自毁功能：通过控制盒2中的控制器采集、记录气球的位置和飘飞时间信号，通过数传将气球位置信息发送到地面站以供实时追踪，当地面站观察到气球到达预定GPS位置后，通过地面站发送人工熔断指令，控制装置持续通电一段时间，通过电阻丝5通电产生的热效应熔破气球囊体1以实现快速放气并下落。当气球与装置一同降落至地面后，工作人员可以通过装置的GPS定位功能找到下落地点并完成装置回收。
本装置主要由电源、开关、降压模块、继电器、控制器、GPS、数传电台、自毁装置等设备组成，实物示意图见图1，具体组成及原理见图2。
其中，空飘侦查气球控制系统主要用于实现的气球系统的安全控制：通过控制器(如单片机、PLC)采集记录球体的位置和飘飞时间信号，通过数传电台将参数下传至地面站，并根据预设的位置参数和时间阈值控制自毁装置破坏囊体实现快速放气。
进一步，考虑到装置触地的瞬间可能存在较大的冲击力导致零部件破损，在装置的外部缠绕规则的隔热棉以达到缓冲的作用，同时在高空零下的环境温度中，隔热棉也能起到隔热作用，给硬件提供温度保护。
其中，根据功能要求，控制系统选用工业上成熟应用的微型单片机作为主控制器，实现位置信号和时间参数的采集、数据解算、以及控制指令发送。通过GPS模块采集位置信息，并利用无线数传模块传输球体位置和单片机的时钟参数，实现地面监控(无线数传模块视情取消)。
其中，电路板保护盒用于集成开关、电池、单片机、GPS模块、继电器和降压模块。安装时，集成好的电路板保护盒通过锦丝搭扣粘接或利用布线套系固在囊体下方，电阻丝5和供电线束3沿球体外形布置在囊体夹层或布线通道 4中。球上设备清单见表1。
表1
若气球飞行轨迹无法实时反馈，放飞后无迹可寻，将导致任务直接失败。本发明设计的试验装置通过GPS模块采集位置信息，并利用无线数传模块传输球体位置和单片机的时钟参数，实现地面监控，地面人员通过释放熔破指令，使电阻丝持续发热便可达到自毁降落的效果，装置回收后可重复使用，经济成本大大降低。同时，本方法适用于所有类型气球，安装简便，在实际任务中可快速部署气球，机动性较强。
在一种可行的实现方式中，单片机(STM32F103C8T6)，功能：程序管理以及信息处理；12.6v锂电池，功能：给任务设备提供电源；小型继电器，功能：控制熔爆的连接与断开；压降模块，功能：做压降处理，为单片机提供正常电压。
在本申请实施例中，进一步进行了装置测试：
确认电源电压值是否为12.6V(电量100％)，利用万用表直流20伏档位测试，将电流表调到20伏直流电压档位，观察数值为12.6v。若电压值低于12.6v 时，利用LiPro平衡充电器进行充电。
检测继电器输出口电压是否正常，在不开启熔爆状态下，将万用表调到直流20v电压档，测试继电器输出口电压值，正常情况下为0v；将地面站硬件与空中控制设备连接后，点击地面站界面中的“手动开熔爆”按钮，再次检测继电器输出口电压，继电器输出电压若为12.6v则正常。
利用万用表蜂鸣档检测熔爆丝是否为回路状态，蜂鸣器响则可正常使用将熔爆丝的T型接口与继电器T型接口对接，并在熔爆丝上贴上透明胶带(便于观察升温融化的状态)；启动main(球地面解析界面)，将空中控制设备与地面站设备正常连接，手动开启熔爆(注：熔爆丝会快速升温，小心烫伤)
通过地面站跳频接收的数据，使用单片机地图实时显示软件，开启数据实时监控，GPS坐标的回传，飞行高度飞行姿态以及工作使用时间。
当气球飞行至安全区域内，地面人员可释放熔破指令(点击绿色的“手动开熔断”按钮)给电阻丝通电熔爆气球，当飞行时间超过1200s时气球自动熔爆。
试验内容：直径2m透波球球放飞试验，前往距离无人机放飞点55公里，西偏北23°进行放飞，预计上升海拔3500m，上升到3500需10km，另外平飞10km后熔断降落到无人机探测范围。
工作人员携带控制设备，乘车到达放飞点；确认放飞GPS坐标；按照流程给球充气，球上安装本发明装置及其他系统；指挥员发送气球放飞指令；飞行至安全空域后发送熔断指令。10分钟后球落地，近地下降速度5m/s。
本申请提供的气球装置稳定可靠，熔破指令发送后5s电阻丝熔破球体，气球按预定轨迹下落，无财产损失及人员伤亡；装置成功回收，装置功能性能完好。
Claims (8)
1.一种空飘气球实时追踪及自毁装置，其特征在于，所述装置包括：
控制盒，设置在囊体的下方；其中，所述控制盒用于控制自毁部件破坏所述囊体实现快速放气；
自毁部件，与所述控制盒连接，设置在所述囊体夹层或布线通道中。
2.根据权利要求1所述的空飘气球实时追踪及自毁装置，其特征在于，所述控制盒包括：
控制器，用于根据预设位置参数和时间阈值控制所述自毁部件破坏空飘气球的囊体实现快速放气；其中，所述控制器中设置有预设位置参数和时间阈值。
3.根据权利要求2所述的空飘气球实时追踪及自毁装置，其特征在于，所述控制盒还包括：
GPS模块，具有一天线；其中，所述GPS模块用于采集空飘气球的位置信息，并将所述空飘气球的位置信息和所述控制器中的时钟参数发送至地面站。
4.根据权利要求3所述的空飘气球实时追踪及自毁装置，其特征在于，所述控制盒还包括：
电源；
降压模块，分别与所述电源和所述控制器连接；
继电器模块，分别与所述电源、所述控制器和所述自毁部件连接；
数传电台，与所述控制器连接，用于与地面站通信。
5.根据权利要求4所述的空飘气球实时追踪及自毁装置，其特征在于，所述控制盒的壳体上还集成有：
控制器开关；
输出端口，与所述自毁部件连接。
6.根据权利要求5所述的空飘气球实时追踪及自毁装置，其特征在于，所述自毁部件包括：
线束，设置在所述囊体夹层或布线通道中，与所述控制盒连接；
电阻丝，所述电阻丝的两端与所述线束连接，所述电阻丝用于破坏所述囊体实现快速放气。
7.根据权利要求2所述的空飘气球实时追踪及自毁装置，其特征在于，所述控制盒还包括：
无线数据传输模块，用于传输空飘气球的位置信息和所述控制器中的时钟参数至地面站。
8.根据权利要求1所述的空飘气球实时追踪及自毁装置，其特征在于，所述装置还包括：
隔热棉，设置在所述控制盒的外部，用于缓冲较大的冲击力或隔热。
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