CN115768075B - 一种临近空间多载荷数据采集及存储装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种临近空间的多载荷数据采集及存储装置，包括主板固定装置，包括具有弧度环绕所述主板固定装置的载荷固定装置；所述主板固定装置上安装一个或多个主板；所述载荷固定装置临近所述主板固定装置的一面内壁设置载荷数据接口，所述载荷数据接口连接所述主板；所述载荷固定装置与载荷数据接口相对的另一面外壁为载荷固定接口，用于连接载荷实体。本发明在载荷固定装置内壁面积较大时，为了提高降温的效率，对载荷数据接口周围的装置采用局部降温的方法，这对于临近空间空气流动性很低的状态下，高功耗的载荷采集装置若热量能及时搬走，防止主板热量过高挂机，丢失实验数据，降低了实验成本。
Description
技术领域
本发明涉及临近空间探测领域，更具体的说，特别涉及一种应用于临近空间的多载荷数据采集及存储装置。
背景技术
临近空间，主要指距地面20km-100km的特定空域，大约处于现有飞机的最高飞行高度和卫星的最低轨道之间。临近空间主要包括平流层、中间层、低热层、底电离层。这一高度因环境极为特殊，传统飞机遵循的空气动力学和卫星遵循的轨道动力学均难以适用。临近空间飞行器比飞机连续工作时间长，侦察范围广，隐身效果好；比卫星造价低廉，可定点于目标上空，也可以根据情况进行移动，机动性好。
临近空间探测系统以浮空器和无人机等平台为手段，配备大量载荷组成全面探测系统，实施临近空间科学实验，获取多类型的探测数据。此系统具有载荷数量、种类、功能众多等特点，所以对浮空器平台的空间、供电等会提出更高的要求，造成平台空间和资源的浪费。
因此，现有技术存在的问题，有待于进一步改进和发展。
发明内容
(一)发明目的：为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种临近空间的多载荷数据采集及存储装置，使载荷数据采集及存储装置能够小型化、低功耗设计，同时有好的降温效果。
(二)技术方案：为了解决上述技术问题，本技术方案提供的一种临近空间的多载荷数据采集及存储装置，包括主板固定装置，其中：
包括具有弧度环绕所述主板固定装置的载荷固定装置；
所述主板固定装置上安装一个或多个主板；所述载荷固定装置临近所述主板固定装置的一面内壁设置载荷数据接口，所述载荷数据接口连接所述主板；
所述载荷固定装置与载荷数据接口相对的另一面外壁为载荷固定接口，用于连接载荷实体。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，所述载荷固定装置是圆环状，或者半圆状。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，所述载荷数据接口处设置载荷散热装置，所述载荷散热装置的散热结构包括：不同网格空间组成的容置空间，所述网格空间内置散热流体和/或气体，不同网格空间之间设置网格开关，以控制不同网格空间之间的散热流体和/或气体交互。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，对所述载荷数据接口采用局部降温的方法，具体包括以下步骤：
步骤一、获取散热装置的网格空间的地图，并确定所述载荷数据接口和网格空间的对应关系，所述单个载荷数据接口或载荷的轮廓也就是载荷单体可以对应一个或者多个网格空间，得到载荷降温地图；
步骤二、通过温度探测单元探测出各个载荷单体的温度，当载荷单体的工作温度大于温度阈值，启动载荷单体降温控制单元；
步骤三、载荷单体降温控制单元，根据大于温度阈值的载荷单体在载荷降温地图中的位置，计算出网格空间的联通通道，打开对应的网格空间的开关，形成散热流体和/或气体流通的降温路线。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，所述温度探测单元为红外温度探测单元。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，所述载荷降温地图具有驱动入口和驱动出口，所述驱动入口和所述驱动出口位于所述载荷降温地图的边缘网格空间；所述驱动入口和所述驱动出口连接降温驱动装置；所述降温驱动装置向降温路线对应的网格空间中填充散热流体和/或气体，通过散热流体和/或气体循环和空气循环的方式进行降温。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，对临近空间同一研究对象的数据采集包括以下步骤：
步骤A、所述临近空间多载荷数据采集及存储装置和地面数据接收终端之间的数据传输通过信息传输通道进行传输；
步骤B、设置数据库，用于存储研究对象对应的多个载荷之间的关联列表；
步骤C、监测单元识别监控各信息传输通道中的数据，确认临近空间多载荷数据采集及存储装置采集的数据是否命中研究对象的特征数据中的任一数据，如果命中，打标单元对研究对象在数据库中的关联列表和打标时间阈值，对各个信息传输通道中关联的载荷数据从当前时刻进行在打标时间阈值内的载荷数据进行打标；
步骤D、所述临近空间多载荷数据采集及存储装置采集将研究对象的打标数据从各自的数据传输通道发送到地面数据接收终端，所述地面接收终端再从数据传输通道导出研究对象的打标数据，并将打标数据打包形成研究对象的终端数据采集包。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，所述信息传输通道包括图像传输通道、电磁场数据传输通道、电离层数据传输通道。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，所述图像传输通道包括红外图像数据、可视图像数据、激光探测图像数据的传输；所述电磁场数据传输通道包括电磁场探测器的数据、太阳能高能电磁辐射探测器的数据的传输。
所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其中，所述监测单元从对应的信息传输通道将研究对象的打标数据复制导出形成研究对象的原始数据采集包，并从独立的研究对象的数据传输通道传输给地面数据接收终端；所述地面数据接收终端通过对研究对象的终端数据采集包和接收到的原始数据采集包的内容比对，对丢失的数据进行补充，得到研究对象的最终数据采集包。
(三)有益效果：本发明提供的一种临近空间多载荷数据采集及存储装置在载荷固定装置内壁面积较大时，为了提高降温的效率，对载荷数据接口周围的装置采用局部降温的方法，这对于临近空间空气流动性很低的状态下，高功耗的载荷采集装置将热量能及时搬走，防止了主板热量过高挂机，丢失实验数据，降低了实验成本。
附图说明
图1是本发明临近空间多载荷数据采集及存储装置的载荷固定装置为半圆状的结构示意图；
图2是本发明临近空间多载荷数据采集及存储装置的载荷固定装置为圆环状的结构示意图；
图3是本发明临近空间多载荷数据采集及存储装置的载荷固定装置为圆环状，具有主板降温装置的结构示意图；
图4是本发明载荷固定装置局部降温的流程示意图；
图5是本发明载荷的数据传输管道进行数据传输的流程示意图。
具体实施方式
下面结合优选的实施例对本发明做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
附图是本发明的实施例的示意图，需要注意的是，此附图仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明的实际要求保护范围构成限制。
本发明提供的一种临近空间多载荷数据采集及存储装置，包括主板固定装置，如图1和图2所示，以及具有弧度环绕所述主板固定装置的载荷固定装置；所述主板固定装置上安装一个或多个主板；所述载荷固定装置临近所述主板固定装置的一面设置载荷数据接口，所述载荷数据接口连接所述主板；所述载荷固定装置与载荷数据接口相对的另一面为载荷固定接口，用于连接载荷实体。本发明载荷实体可以包括：可视视频摄像设备、高清红外设备、气体采样设备、电离层散射采样设备等等，这里不做限制。所述载荷数据接口可以包括网口接口、串口接口、SDI(serial digital interface，数字分量串行)接口、CL(Cameralink)接口等，这里不做限制。
本发明的优选实施例，所述载荷固定装置可以是圆环状，或者半圆状这里不做限制，如图1、图2和图3所示，具有弧度的载荷固定装置，其内侧设置与主板连接的载荷数据接口，外侧设置载荷固定接口，所述载荷固定装置的外侧空间更大，便于安装各种体积更大的载荷实体，而弧形的内部空间设置主板固定装置、主板和载荷数据接口，可以有效减小多载荷数据采集及存储装置的体积。
本发明在所述载荷固定装置环绕主板固定装置之间的空间设置降温装置，考虑到临近空间空气流动性很低也为了降低能耗，本发明根据载荷的发热情况，智能控制降温装置的载荷局部降温。
本发明所述临近空间多载荷数据采集及存储装置的第一个优选实施例，如图1所示，包括主板固定装置110，载荷固定装置120，所述载荷固定装置120的横截面为半圆状，可以将所述载荷固定装置120的纵切面固定在载荷固定座上，所述主板固定装置也可以固定在载荷固定座上。优选的可以在载荷固定装置120临近主板固定装置的一面称为内壁，所述载荷固定装置120安装载荷的一面称为外壁，所述载荷固定装置120的外壁上设置载荷接口122。本发明在所述载荷固定装置120的内壁，所述临近载荷数据接口121设置第一散热装置114和第二散热装置115。优选的，所述第一散热装置114和第二散热装置115的散热结构包括：不同网格空间组成的容置空间，所述网格空间内置散热流体和/或气体，不同网格空间之间设置网格开关，以控制不同网格空间之间的散热流体和/或气体交互。本发明所述网格空间的外壁可以是有伸缩弹性，可以在液体或者气体的压力下鼓起或者收缩，通过网格空间鼓起的方式，使所述第一散热装置114和第二散热装置115与临近载荷数据接口121更加紧贴，以提高对载荷固定数据121的散热效率。本发明第一散热装置、第二散热装置、第三散热装置和第四散热装置称为载荷散热装置。
优选的，为了对主板固定装置110上的主板降温，本发明还可以在所述主板两侧设置由网格空间组成的第五降温装置112和第六降温装置113，如图1所示。
本发明可以在所述第一散热装置和第二散热装置，也就是载荷散热装置上设置红外温度探测单元，以探测各个载荷数据接口工作温度，当工作温度大于温度阈值，需要对载荷数据接口进行降温操作。本发明所述临近空间多载荷数据采集及存储装置上固定的载荷有几十种，载荷的重量几百千克至1吨左右，因此所述载荷固定装置体型比较大。本发明的载荷包括：红外图像探测仪、可视图像探测仪、原位大气探测系统、电导率仪、电磁场探测器、宽能谱中子探测器、中子辐射效益探测器、大气NOX气体分析仪、臭氧探测仪、太阳能高能电磁辐射探测器、风速计气体分析与采样装置、GNSS大气探测仪、电离层散热探测仪等，这里不做限制。
本发明所述临近空间多载荷数据采集及存储装置的第二个优选实施例，如图2所示，包括主板固定装置210，载荷固定装置220，所述载荷固定装置220的横截面为圆形，可以将所述载荷固定装置120的横切面，也就是圆形侧面这端固定在载荷固定座上，所述主板固定装置也可以固定在载荷固定座上。优选的可以在载荷固定装置220临近主板固定装置的一面称为内壁，所述载荷固定装置220安装载荷的一面称为外壁，所述载荷固定装置220的外壁上设置载荷接口222，所述载荷固定装置220的内壁上设置载荷数据接口221。所述载荷固定装置内壁设置第三降温装置213和第四降温装置214。
本发明为了对主板固定装置210上的主板降温，本发明还可以在所述主板两侧设置由网格空间组成的第七降温装置212和第八降温装置213，如图3所示。第五降温装置和第六降温装置、第七降温装置和第八降温装置称为主板降温装置。
不同载荷的工作时间不同、功率不同、发热量也不同，在本发明在载荷固定装置内壁面积较大时，为了提高降温的效率，本发明对载荷数据接口采用局部降温的方法，具体包括以下步骤，如图4所示：
步骤101、获取散热装置的网格空间的地图，并确定所述载荷数据接口和网格空间的对应关系，所述单个载荷数据接口或载荷的轮廓也就是载荷单体可以对应一个或者多个网格空间，得到载荷降温地图，所述载荷降温地图包括多个载荷单体对应的降温表面；
步骤102、通过温度探测单元探测出各个载荷单体的温度，当载荷单体的工作温度大于温度阈值，启动载荷单体降温控制单元；所述温度探测单元包括红外温度探测单元。
步骤103、所述载荷单体降温控制单元，根据大于温度阈值的载荷单体在载荷降温地图中的位置，计算出网格空间的联通通道，打开对应的网格空间的开关，形成散热流体和/或气体可以流通的降温路线。本发明的网格开关可以根据控制指令打卡或者关闭。
所述载荷降温地图对应降温装置面向载荷固定装置的表面，包括由网格空间组成的多个载荷单体，所述载荷单体对应载荷的横切面，所述载荷降温地图具有驱动入口和驱动出口，所述驱动入口和所述驱动出口位于所述载荷降温地图的边缘网格空间。所述驱动入口和所述驱动出口连接降温驱动装置。所述降温驱动装置可以向降温路线对应的网格空间中填充散热流体和/或气体，通过散热流体循环和空气循环的方式，起到降温效果。所述降温装置包括第一降温装置、第二降温装置、第三降温装置和第四降温装置，这里不做限制。这里可以说明，网格空间内本来填充部分散热流体和/或气体，但是并没有充满网格空间，起到日常的降温作用；可以在超过温度阈值后，通过降温驱动装置进行补充散热流体和/或气体，进一步提高降温的效率。
本发明还可以设置主板降温地图，所述主板降温地图可以对应降温装置面向主板固定装置的表面，包括由网格空间组成的多个主板单体，所述主板单体对应单个主板的横切面，所述主板降温地图具有驱动入口和驱动出口。本发明所述主板降温地图对应的主板降温方法，也可以采用局部降温的方法，具体包括以下步骤：
步骤201、获取散热装置的网格空间的地图，并确定所述主板和网格空间的对应关系，所述主板对应的主板单体可以对应一个或者多个网格空间，得到主板降温地图，所述载荷降温地图包括多个主板单体对应的降温表面。
步骤202、通过温度探测单元包括红外温度探测单元，探测出各个主板单体的温度，当主板单体的工作温度大于温度阈值，启动主板单体降温控制单元。
步骤203、所述主板单体降温控制单元，根据大于温度阈值的主板单体在主板降温地图中的位置，计算出网格空间的联通通道，并打开联通通道上的网格开关，形成散热流体和/或气体可以流通的降温路线。本发明的网格开关位于网格空间的外壁，可以根据控制指令打开或者关闭。
本发明所述临近空间多载荷数据采集及存储装置，其载荷固定装置的内壁面积较大，为了减小降温装置的功率，有针对性的降温，本发明采用根据载荷降温地图对应的载荷单体的工作温度是否超过阈值，计算出散热流体和/或气体可以流通的网格空间对应的降温路线，同时使降温路线包含的网格空间最少。所述计算降温路线的方法也可以应用于主板固定装置上的降温装置，原理相同，这里不再赘述。
本发明所述散热流体可以包括乙二醇水溶液。
本发明所述临近空间多载荷数据采集及存储装置，包括几十个载荷，数据传输数量非常大，特别是对临近空间同一研究对象的数据采集，可能集中在多个不同的载荷中，为了方便对研究对象的数据分析，本发明对载荷的数据传输管道进行了改进，具体包括以下步骤，如图5所示：
步骤301，本发明所述临近空间多载荷数据采集及存储装置和地面数据接收终端之间的数据传输通过信息传输通道进行传输，本发明可以设置多条信息传输通道，所述信息传输通道包括图像传输通道、电磁场数据传输通道、电离层数据传输通道等等，可以根据信息传输通道的功能进行分类。所述图像传输通道可以包括红外图像数据、可视图像数据、激光探测图像数据等的传输；所述电磁场数据传输通道可以包括电磁场探测器的数据、太阳能高能电磁辐射探测器的数据等等的传输，本发明不做限制。也就是本发明的信息传输通道和同一属性的多个载荷绑定，同一属性的多个载荷利用同一信息传输通道向地面数据接收终端发送采集的数据。信息传输通道的建立，可以对信息传输通道内的数据进行管理，包括数据识别、数据打标增加标签等操作。
步骤302、设置数据库，用于存储研究对象对应的多个载荷之间的关联列表。同一研究对象，要用不同载荷采集多种类型的数据，因此可以提前在数据库存储研究对象以及多个载荷之间的关联关系。例如研究对象为行星波，关联的载荷包括：红外图像探测仪、电磁场探测器、风速计气体分析与采样装置、GNSS大气探测仪、电离层散热探测仪等，同时包括各载荷中的载荷数据名称。还包括研究对象的特征数据，所述研究对象的特征数据是代表研究对象可能形成的标志性数据。
步骤303、监测单元识别监控各信息传输通道中的数据，确认临近空间多载荷数据采集及存储装置采集的数据是否命中研究对象的特征数据中的任一数据，如果命中，所述打标单元对研究对象在数据库中的关联列表和打标时间阈值，对各个信息传输通道中关联的载荷数据从当前时刻进行在打标时间阈值内的载荷数据进行打标。所述监测单元优选的可以设置在临近空间多载荷数据采集及存储装置采集。
步骤304、所述临近空间多载荷数据采集及存储装置采集可以将研究对象的打标数数据从各自的数据传输通道发送到地面数据接收终端，所述地面接收终端再从数据传输通道导出研究对象的打标数据，并将打标数据打包形成研究对象的终端数据采集包。
本发明优选的，所述临近空间多载荷数据采集及存储装置采集，可以利用所述监测单元从对应的信息传输通道将研究对象的打标数据复制导出形成研究对象的原始数据采集包，并从独立的研究对象数据传输通道传输给地面数据接收终端。所述地面数据接收终端可以通过对研究对象的终端数据采集包和接收到的原始数据采集包的内容比对，对丢失的数据进行补充，得到更精准的研究对象的最终数据采集包。本优选实施例适用于重要的研究对象，有备份和防止数据丢失的作用。
本发明的一种临近空间多载荷数据采集及存储装置采集，在载荷固定装置内壁面积较大时，为了提高降温的效率，对载荷数据接口周围的装置采用局部降温的方法，这对于临近空间空气流动性很低的状态下，高功耗的载荷采集装置将热量能及时搬走，防止了主板热量过高挂机，丢失实验数据，降低了实验成本。本发明具有弧度的载荷固定装置，在载荷固定装置的外壁设置载荷实体，在载荷固定装置的内壁设置载荷数据接口，为临近空间多载荷数据采集及存储装置采集实现小型化、低功耗、轻重量设计具有重要意义。
以上内容是对本发明创造的优选的实施例的说明，可以帮助本领域技术人员更充分地理解本发明创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，不能认定本发明创造的具体实施方式仅限于这些实施例的说明。对本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明创造的保护范围。
Claims (8)
1.一种临近空间的多载荷数据采集及存储装置，包括主板固定装置，其特征在于：
包括具有弧度环绕所述主板固定装置的载荷固定装置；
所述主板固定装置上安装一个或多个主板；所述载荷固定装置临近所述主板固定装置的一面内壁设置载荷数据接口，所述载荷数据接口连接所述主板；
所述载荷固定装置与载荷数据接口相对的另一面外壁为载荷固定接口，用于连接载荷实体；
载荷数据接口处设置载荷散热装置，所述载荷散热装置的散热结构包括：不同网格空间组成的容置空间，所述网格空间内置散热流体和/或气体，不同网格空间之间设置网格开关，以控制不同网格空间之间的散热流体和/或气体交互；
获取载荷散热装置的网格空间的地图，并确定所述载荷数据接口和网格空间的对应关系，单个所述载荷数据接口或载荷单体对应一个或者多个网格空间，得到载荷降温地图；
通过温度探测单元探测出各个载荷单体的温度，当载荷单体的工作温度大于温度阈值，启动载荷单体降温控制单元；
载荷单体降温控制单元，根据大于温度阈值的载荷单体在载荷降温地图中的位置，计算出网格空间的联通通道，打开对应的网格空间的开关，形成散热流体和/或气体流通的降温路线。
2.根据权利要求1所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其特征在于，所述载荷固定装置是圆环状，或者半圆状。
3.根据权利要求1所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其特征在于，所述温度探测单元为红外温度探测单元。
4.根据权利要求3所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其特征在于，所述载荷降温地图具有驱动入口和驱动出口，所述驱动入口和所述驱动出口位于所述载荷降温地图的边缘网格空间；所述驱动入口和所述驱动出口连接降温驱动装置；所述降温驱动装置向降温路线对应的网格空间中填充散热流体和/或气体，通过散热流体和/或气体循环和空气循环的方式进行降温。
5.根据权利要求3所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其特征在于，对临近空间同一研究对象的数据采集包括以下步骤：
步骤A、所述临近空间多载荷数据采集及存储装置和地面数据接收终端之间的数据传输通过信息传输通道进行传输；
步骤B、设置数据库，用于存储研究对象对应的多个载荷之间的关联列表；
步骤C、监测单元识别监控各信息传输通道中的数据，确认临近空间多载荷数据采集及存储装置采集的数据是否命中研究对象的特征数据中的任一数据，如果命中，打标单元对研究对象在数据库中的关联列表和打标时间阈值，对各个信息传输通道中关联的载荷数据从当前时刻进行在打标时间阈值内的载荷数据进行打标；
步骤D、所述临近空间多载荷数据采集及存储装置采集将研究对象的打标数据从各自的数据传输通道发送到地面数据接收终端，所述地面数据接收终端再从数据传输通道导出研究对象的打标数据，并将打标数据打包形成研究对象的终端数据采集包。
6.根据权利要求5所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其特征在于，所述信息传输通道包括图像传输通道、电磁场数据传输通道、电离层数据传输通道。
7.根据权利要求6所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其特征在于，所述图像传输通道包括红外图像数据、可视图像数据、激光探测图像数据的传输；所述电磁场数据传输通道包括电磁场探测器的数据、太阳能高能电磁辐射探测器的数据的传输。
8.根据权利要求5所述的临近空间的多载荷数据采集及存储装置，其特征在于，所述监测单元从对应的信息传输通道将研究对象的打标数据复制导出形成研究对象的原始数据采集包，并从独立的研究对象的数据传输通道传输给地面数据接收终端；所述地面数据接收终端通过对研究对象的终端数据采集包和接收到的原始数据采集包的内容比对，对丢失的数据进行补充，得到研究对象的最终数据采集包。
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