CN114465639A - 一种链路切换系统及系留气球 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种链路切换系统及系留气球，包括：主份链路、备份链路，以及处于球端的切换单元；球端与地面端通过所述主份链路进行信号传输；在确定所述主份链路断开的情况下，通过所述切换单元中的开关管激活所述备份链路，以利用所述备份链路实现所述球端与所述地面端之间的通信。本发明提供的链路切换系统及系留气球，通过在主份链路出现故障时，利用开关管自动激活备份链路，给备份链路设备上电开机，及时接管主份链路的功能，能够有效降地低备份链路的功耗和在通信费用上的支出，有效降低了使用成本。

Description

一种链路切换系统及系留气球
技术领域
本发明涉及浮空器测控通信技术领域，尤其涉及一种链路切换系统。
背景技术
系留气球依赖系留缆实现系留驻空飞行，并使用系留缆中的光缆实现数据传输。在系留缆破断的极端情况下，会导致气球逃逸和光缆通讯中断，地面人员应及时采取措施使平台迅速下降至地面，否则将对民航及周边地面设施及人员产生极大的安全隐患。
为保证系留气球的安全，常规的方法是采用双冗余热备链路方案，系留气球主份测控链路采用光缆通信，备份链路采用大功率远距离视距链路或超视距卫星链路实现。
但由于备用链路设备功耗较大，且消耗大量球载能源和通信费用，导致上述方法的成本过高。
发明内容
本发明提供一种链路切换系统及系留气球，用以解决现有技术中成本过高的缺陷，实现低成本地保证系留气球的安全。
本发明提供一种链路切换系统，包括：主份链路、备份链路，以及处于球端的切换单元；
球端与地面端通过所述主份链路进行信号传输；
在确定所述主份链路断开的情况下，通过所述切换单元中的开关管激活所述备份链路，以利用所述备份链路实现所述球端与所述地面端之间的通信。
根据本发明提供的一种链路切换系统，所述主份链路包括球载光端机、地面光端机，以及连接所述球载光端机和所述地面光端机之间的光缆；
所述备份链路包括球载数传终端和地面数传终端，在所述备份链路处于接通状态的情况下，所述球载数传终端与所述地面数传终端之间无线通信连接。
根据本发明提供的一种链路切换系统，还包括地面端的激励单元和球端的球载电源；
在确定所述主份链路断开的情况下，所述激励单元输出的激励信号无法通过所述主份链路发送至所述切换单元，所述球载光端机输出低电平信号，通过驱动所述切换单元中的开关管导通，以利用所述球载电源向所述球载数传终端供电，建立所述备份链路的通信连接。
根据本发明提供的一种链路切换系统，在确定所述主份链路接通的情况下，所述激励单元利用所述地面光端机、所述光缆和所述球载光端机，将激励信号发送至所述切换单元；
所述激励信号用于控制所述开关管截止，以中断所述球载电源与所述球载数传终端之间的电连接，所述球载数传终端断电，所述备份链路断开；
所述激励信号为高电平信号。
根据本发明提供的一种链路切换系统，在确定所述地面光端机仅包括数字输入端口Di的情况下，所述激励单元包括直流信号源DC和电阻R1；
所述直流信号源DC用于输出所述激励信号；
所述数字输入端口Di用于接收所述激励信号；
所述直流信号源DC的正极通过所述电阻R1与所述数字输入端口Di的正极连接；
所述直流信号源DC的负极连接所述数字输入端口Di的负极，并接地。
根据本发明提供的一种链路切换系统，在确定所述地面光端机包括信号输出口和数字输入端口的情况下，所述激励单元包括导线；
所述信号输出口用于输出所述激励信号，所述数字输入端口用于接收所述激励信号；
所述导线的一端连接所述信号输出口；
所述导线的另一端连接所述数字输入端口的正极；
所述数字输入端口的负极接地。
根据本发明提供的一种链路切换系统，所述开关管包括三极管Q1；所述切换单元包括：继电器K1、二极管D1和电阻R2；
所述继电器K1的1号引脚与所述球载数传终端的供电端的正极连接；
所述继电器K1的2号引脚与所述球载数传终端的供电端的负极连接；
所述继电器K1的3号引脚同时连接所述二极管D1的正极，并接地处理；
所述继电器K1的4号引脚同时连接所述三极管Q1的c极（集电极）和所述二极管D1的负极；
所述继电器K1的5号引脚与所述球载电源的供电端的负极连接；
所述继电器K1的6号引脚与所述球载电源的供电端的正极连接；
所述三极管Q1的b极（基极）通过所述电阻R2与所述球载光端机的数字输出端口的正极连接；
所述三极管Q1的e极（发射极）连接控制电源正极VCC；
所述球载光端机的数字输出端口的负极连接。
根据本发明提供的一种链路切换系统，所述继电器K1的1号引脚通过第一开关与所述6号引脚连接；
所述继电器K1的2号引脚通过第二开关与所述5号引脚连接。
根据本发明提供的一种链路切换系统，在确定所述主份链路恢复导通的情况下，所述激励单元输出的激励信号通过所述主份链路发送至切换单元；
所述激励信号用于控制所述三极管Q1截止，以中断所述球载电源和所述球载数传终端之间的电连接，所述球载数传终端断电，所述备份链路断开。
本发明还提供一种系留气球，设置有根据上述任一项所述的链路切换系统。
本发明提供的链路切换系统及系留气球，通过在主份链路出现故障时，利用开关管自动激活备份链路，给备份链路设备上电开机，及时接管主份链路的功能，能够在保证安全的前提下，降低备份链路的功耗和在通信费用上的支出，实现对使用成本的有效控制。
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是本发明提供的链路切换系统的结构示意图之一；
图2是本发明提供的链路切换系统的结构示意图之二；
图3是本发明提供的激励单元的结构示意图之一；
图4是本发明提供的激励单元的结构示意图之二；
图5是本发明提供的切换单元的结构示意图。
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。
系留气球是一种借助于系留缆将气球系留于地面的浮空飞行器，具有良好的持续驻空性能，系留缆为系留气球提供足够的拉力，以实现系留气球的准定点飞行。
但由于系留缆留空段很长，自身重量大，极大的压缩了气球平台的净浮力，对平台的载荷能力带来不利影响，因此，在某些应用场景中，会删去系留缆绳中的导电缆，以减少缆绳自身的重量。在没有系留缆绳中电缆供电的情况下，球载设备用电完全依赖于球载电池，气球平台功耗控制的重要性凸显出来。
在极端情况下，系留缆断裂导致气球逃逸，主份测控链路也必将因为光缆断裂或超出视距范围而失效，此时可通过备用链路实现平台的测控功能。
现有的备用链路设备功耗较大，长时间开机无实际应用意义，并且在备用链路为卫星链路的情况下，将消耗大量球载能源和通信费用，从而缩短平台驻空飞行时间，对平台的飞行有着非常不利的影响。如何达成备用链路在功耗和功能上的平衡，成为工程应用中急需解决的问题。
针对现有的备用链路存在的问题，本发明提供了一种系留气球双冗余链路自动切换系统，该系统允许链路双冗余，采用冷备方案，正常状态下，备份链路处于关机冷备状态，以降低平台功耗，当主份链路出现故障时，该装置能够自动给备份链路设备上电开机，及时接管主份链路的功能。
在实际应用中，主份链路多使用光缆通信，其对应的通信设备为光端机，包括地面光端机和球载光端机；备份链路多使用视距链路或卫星链路，其对应设备的通信设备为数传终端，包括地面数传终端和球载数传终端。
对于一些主份链路采用视距链路的情况，其设备支持晶体管-晶体管逻辑电平（Transistor-Transistor Logic，TTL）电平信号传输，本发明提供的链路切换系统同样适用。
本发明提供的链路切换系统，结构简单，利用主份链路中光端机的数字接口通道，在不增加过多硬件设备的情况下，既满足降低球载平台设备功耗的需求，提升系留气球的能源续航时间，也可在需要时，及时启动并切换至冷备数据链路，为风险处置争取了宝贵的时间。
主份电路与备份电路之间的切换过程无需人工干预，完全自动进行，在不改动系留气球原测控系统基础上，增加少量器件即可实现以上功能，结构简单，切换响应及时。若气球发送逃逸情况，指控人员可以第一时间通过备用链路执行测控操作，将风险降至最低。
下面结合图1至图5描述本发明的实施例所提供的链路切换系统及系留气球。
图1是本发明提供的链路切换系统的结构示意图之一，如图1所示，包括但不限于以下单元：
主份链路101、备份链路103，以及处于球端的切换单元102；
球端与地面端通过所述主份链路101进行信号传输；
在确定所述主份链路101断开的情况下，通过所述切换单元102中的开关管激活所述备份链路，以利用所述备份链路103实现所述球端与所述地面端之间的通信。
切换单元102连接主份链路的输出端和备份链路的控制端，用于接收主份链路输出的激励信号，并在主份链路中的光缆断开时，通过开关管控制备份链路导通。
主份链路可以通过光缆实现有线通信，备份链路可以为无线通信。
本发明提供的链路切换系统，通过在主份链路出现故障时，利用开关管自动给备份链路设备上电开机，以激活备份链路，从而及时接管主份链路的功能，能够有效降地低备份链路的功耗和在通信费用上的支出，有效降低了使用成本。
图2是本发明提供的链路切换系统的结构示意图之二，如图2所示，包括：处于地面端的地面光端机、激励单元和地面数传终端，以及处于球载端的球载光端机、切换单元、球载电源和球载数传终端；激励单元与地面光端机连接，以向地面光端机的数字输入端口发送激励信号；切换单元与球载光端机连接，以从球载光端机的数字输出端口接收激励信号；切换单元与球载电源连接，同时也与球载数传终端连接，球载电源通过切换单元向球载数传终端供电。
其中，地面光端机和球载光端机之间可以采用光缆连接实现通信，地面数传终端与球载数传终端之间实现无线通信。
可选地，所述主份链路包括球载光端机、地面光端机，以及连接所述球载光端机和所述地面光端机之间的光缆；
所述备份链路包括球载数传终端和地面数传终端，在所述备份链路处于接通状态的情况下，所述球载数传终端与所述地面数传终端之间无线通信连接。
可选地，链路切换系统还包括地面端的激励单元和球端的球载电源；
在确定所述主份链路断开的情况下，所述激励单元输出的激励信号无法通过所述主份链路发送至所述切换单元，所述球载光端机输出低电平信号，通过驱动所述切换单元中的开关管导通，以利用所述球载电源向所述球载数传终端供电，建立所述备份链路的通信连接。
当由于系留缆断裂或其他原因导致主份链路中断时，地面端的激励信号无法通过主份链路传输到球载端，此时球载光端机未接收到激励信号，在数字输出端口输出TTL信号低电平，该低电平信号驱动切换单元中作为开关管的三极管Q1导通，进而驱动继电器K1中第一开关和第二开关的触点闭合，球载电源通过继电器向球载数传终端供电；球载数传终端通电后，建立无线通信链路，及时接管主份链路的功能。
可选地，在确定所述主份链路接通的情况下，所述激励单元利用所述地面光端机、所述光缆和所述球载光端机，将激励信号发送至所述切换单元；
所述激励信号用于控制所述开关管截止，以中断所述球载电源与所述球载数传终端之间的电连接，所述球载数传终端断电，所述备份链路断开；
所述激励信号为高电平信号。
在主份链路的光缆正常工作时，激励信号通过地面光端机及光缆传输后，到达球载光端机，并通过球载光端机的数字输出口输出激励信号，该激励信号与地面端输入的激励信号完全一致，均为TTL电平信号。
通过将该激励信号接入至三极管Q1的b极，控制三极管Q1的导通与关断，当三极管Q1的b极的信号为低电平时，三极管Q1导通，当三极管Q1的b极的信号为高电平时，三极管Q1截至。
当主份链路的光缆正常连通情况下，地面端输入的激励信号能够传输到球载端，由于激励信号为TTL高电平信号，驱动三极管Q1截止，继电器K1中第一开关和第二开关的触点断开，从而将球载数传终端的供电断开，此时球载数传终端处于断电冷备状态。
图3是本发明提供的激励单元的结构示意图之一，如图3所示，在确定所述地面光端机仅包括数字输入端口Di的情况下，所述激励单元包括直流信号源DC和电阻R1；
所述直流信号源DC用于输出所述激励信号；
所述数字输入端口Di用于接收所述激励信号；
所述直流信号源DC的正极通过所述电阻R1与所述数字输入端口Di的正极连接；
所述直流信号源DC的负极连接所述数字输入端口Di的负极，并接地。
限流电阻R1串联在直流信号源正端与地面光端机输入口正端之间，用于限制信号的电流，起保护作用。
图4是本发明提供的激励单元的结构示意图之二，如图4所示，在确定所述地面光端机包括信号输出口和数字输入端口的情况下，所述激励单元包括导线；
所述信号输出口用于输出所述激励信号，所述数字输入端口用于接收所述激励信号；
所述导线的一端连接所述信号输出口；
所述导线的另一端连接所述数字输入端口的正极；
所述数字输入端口的负极接地。
部分型号地面光端机具有TTL高电平信号输出功能，此时激励单元可简化为连接地面光端机信号输出口正端和数字输入端口正端的导线，数字输入端口连接地电平。
图5是本发明提供的切换单元的结构示意图，如图5所示，所述开关管包括三极管Q1；所述切换单元包括：继电器K1、二极管D1和电阻R2；
所述继电器K1的1号引脚与所述球载数传终端的供电端的正极连接；
所述继电器K1的2号引脚与所述球载数传终端的供电端的负极连接；
所述继电器K1的3号引脚同时连接所述二极管D1的正极，并接地处理；
所述继电器K1的4号引脚同时连接所述三极管Q1的c极（集电极）和所述二极管D1的负极；
所述继电器K1的5号引脚与所述球载电源的供电端的负极连接；
所述继电器K1的6号引脚与所述球载电源的供电端的正极连接；
所述三极管Q1的b极（基极）通过所述电阻R2与所述球载光端机的数字输出端口的正极连接；
所述三极管Q1的e极（发射极）连接控制电源正极VCC；
所述球载光端机的数字输出端口的负极连接。
可选地，所述继电器K1的1号引脚通过第一开关与所述6号引脚连接；
所述继电器K1的2号引脚通过第二开关与所述5号引脚连接。
三极管Q1的b极串接电阻R2后与球载光端机的数字输出端口的正极相连接，用于地面激励信号，电阻R2实现保护功能。
三极管Q1的e极连接控制电源VCC，三极管Q1的c极与继电器K1的输入端正极连接；继电器K1输入端负极与地电平相连接；二极管D1正极连接继电器K1输入端负极，二极管D1负极连接继电器K1输入端正极。
继电器K1的Pi+端口与球载电源的正极相连接，继电器K1的Pi-端口与球载电源的负极相连接，继电器K1的Po+端口与球载数传终端的供电端的正极连接，继电器K1的Po-端口与球载数传终端的供电端的负极连接。其中，球载光端机、地面光端机、球载电源，球载数传终端均为系留气球平台测控系统的既有设备。
可选地，在确定所述主份链路恢复导通的情况下，所述激励单元输出的激励信号通过所述主份链路发送至切换单元；
所述激励信号用于控制所述三极管Q1截止，以中断所述球载电源和所述球载数传终端之间的电连接，所述球载数传终端断电，所述备份链路断开，进入到冷备状态。
下面对本发明提供的系留气球进行描述，下文描述的系留气球与上文描述的链路切换系统可相互对应参照。
本发明还提供一种系留气球，设置有上述任一实施例描述的链路切换系统。
本发明提供的系留气球，通过在主份链路出现故障时，利用开关管自动激活备份链路，给备份链路设备上电开机，及时接管主份链路的功能，能够有效降地低备份链路的功耗和在通信费用上的支出，有效降低了使用成本。
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)

1.一种链路切换系统，其特征在于，包括：主份链路、备份链路，以及处于球端的切换单元；
球端与地面端通过所述主份链路进行信号传输；
在确定所述主份链路断开的情况下，通过所述切换单元中的开关管激活所述备份链路，以利用所述备份链路实现所述球端与所述地面端之间的通信。
2.根据权利要求1所述的链路切换系统，其特征在于，所述主份链路包括球载光端机、地面光端机，以及连接所述球载光端机和所述地面光端机之间的光缆；
所述备份链路包括球载数传终端和地面数传终端，在所述备份链路处于接通状态的情况下，所述球载数传终端与所述地面数传终端之间无线通信连接。
3.根据权利要求2所述的链路切换系统，其特征在于，还包括地面端的激励单元和球端的球载电源；
在确定所述主份链路断开的情况下，所述激励单元输出的激励信号无法通过所述主份链路发送至所述切换单元，所述球载光端机输出低电平信号，通过驱动所述切换单元中的开关管导通，以利用所述球载电源向所述球载数传终端供电，建立所述备份链路的通信连接。
4.根据权利要求3所述的链路切换系统，其特征在于，在确定所述主份链路接通的情况下，所述激励单元利用所述地面光端机、所述光缆和所述球载光端机，将激励信号发送至所述切换单元；
所述激励信号用于控制所述开关管截止，以中断所述球载电源与所述球载数传终端之间的电连接，所述球载数传终端断电，所述备份链路断开；
所述激励信号为高电平信号。
5.根据权利要求3所述的链路切换系统，其特征在于，在确定所述地面光端机仅包括数字输入端口Di的情况下，所述激励单元包括直流信号源DC和电阻R1；
所述直流信号源DC用于输出所述激励信号；
所述数字输入端口Di用于接收所述激励信号；
所述直流信号源DC的正极通过所述电阻R1与所述数字输入端口Di的正极连接；
所述直流信号源DC的负极连接所述数字输入端口Di的负极，并接地。
6.根据权利要求3所述的链路切换系统，其特征在于，在确定所述地面光端机包括信号输出口和数字输入端口的情况下，所述激励单元包括导线；
所述信号输出口用于输出所述激励信号，所述数字输入端口用于接收所述激励信号；
所述导线的一端连接所述信号输出口；
所述导线的另一端连接所述数字输入端口的正极；
所述数字输入端口的负极接地。
7.根据权利要求3所述的链路切换系统，其特征在于，所述开关管包括三极管Q1；所述切换单元包括：继电器K1、二极管D1和电阻R2；
所述继电器K1的1号引脚与所述球载数传终端的供电端的正极连接；
所述继电器K1的2号引脚与所述球载数传终端的供电端的负极连接；
所述继电器K1的3号引脚同时连接所述二极管D1的正极，并接地处理；
所述继电器K1的4号引脚同时连接所述三极管Q1的c极（集电极）和所述二极管D1的负极；
所述继电器K1的5号引脚与所述球载电源的供电端的负极连接；
所述继电器K1的6号引脚与所述球载电源的供电端的正极连接；
所述三极管Q1的b极（基极）通过所述电阻R2与所述球载光端机的数字输出端口的正极连接；
所述三极管Q1的e极（发射极）连接控制电源正极VCC；
所述球载光端机的数字输出端口的负极连接。
8.根据权利要求7所述的链路切换系统，其特征在于，所述继电器K1的1号引脚通过第一开关与所述6号引脚连接；
所述继电器K1的2号引脚通过第二开关与所述5号引脚连接。
9.根据权利要求7所述的链路切换系统，其特征在于，在确定所述主份链路恢复导通的情况下，所述激励单元输出的激励信号通过所述主份链路发送至切换单元；
所述激励信号用于控制所述三极管Q1截止，以中断所述球载电源和所述球载数传终端之间的电连接，所述球载数传终端断电，所述备份链路断开。
10.一种系留气球，其特征在于，设置有根据权利要求1至9任一项所述的链路切换系统。
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