CN213094199U - 用于临近空间的飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于临近空间的飞行器，包括：飞行器本体，及设置于飞行器本体外表面的第一天线单元和第二天线单元，第一天线单元和第二天线单元固定朝向不同的方向；飞行器本体机身内设有供电系统、飞行器控制系统、射频放大装置及通信端机；飞行器控制系统用于接收通信端机的状态数据，并对通信端机发送控制指令和待发送数据；通信端机通过射频放大装置与第一天线单元及第二天线单元通信连接，通信端机用于接收第一天线单元及第二天线单元捕获的第一预设频段通信信号，以及对第一天线单元及第二天线单元发送第二预设频段通信信号。本实用新型通过双天线结构进行射频信号收发，采用射频放大装置进行信号放大，高动态适应性强，可靠性高。

Description

用于临近空间的飞行器

技术领域

本实用新型涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种用于临近空间的飞行器。

背景技术

临近空间(Near space)是指距地面20～100公里的空域，临近空间处于台风、暴雨等灾害性天气系统的上方关键区域，随着通信技术及空间飞行技术发展，在临近空间区域，采用飞行器对气象指标开展针对性目标观测具备较大的发展潜力。

目前，用于气象监测领域的飞行器通常采用北斗短报文通信，由于临近空间飞行器工作环境恶劣，温差较大，飞行器在上升和下落过程中姿态变化较大，现有的应用于飞行器的通信系统存在以下问题，现有的飞行器通常采用单一天线进行通信信号收发，在临近空间执行飞行监测任务时，若飞行器姿态发生变化，则容易产生信号收发盲区，导致信号收发不及时、不完整，通信稳定性较差，影响气象观测效果。

实用新型内容

本实用新型提供一种用于临近空间的飞行器，解决了现有飞行器通信系统通信稳定性差的问题，改善系统的高动态适应性。

本实用新型实施例提供了一种用于临近空间的飞行器，包括：飞行器本体，及设置于所述飞行器本体外表面的第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元和所述第二天线单元固定朝向不同的方向，所述第一天线单元及所述第二天线单元与通信卫星进行通信；所述飞行器本体机身内设有供电系统、飞行器控制系统、射频放大装置及通信端机；所述供电系统用于对所述通信端机供电；所述飞行器控制系统用于接收所述通信端机的状态数据，并对所述通信端机发送控制指令和待发送数据；所述通信端机通过所述射频放大装置与所述第一天线单元及所述第二天线单元通信连接，所述射频放大装置对所述第一天线单元及所述第二天线单元捕获的第一预设频段通信信号进行前置放大，以及对所述通信端机输出的第二预设频段通信信号功率放大处理；通信端机用于接收放大处理后的第一预设频段通信信号，以及对所述第一天线单元及所述第二天线单元发送放大处理后的第二预设频段通信信号。

可选地，所述第一天线单元朝向第一方向固定于所述飞行器本体的第一顶端，所述第一方向与所述飞行器本体的纵向对称面具有第一夹角；所述第二天线单元朝向第二方向固定于所述飞行器本体的第二顶端，所述第二方向与所述飞行器本体的纵向对称面具有第二夹角，所述第一方向与所述第二方向的夹角等于所述第一夹角与所述第二夹角之和。

可选地，所述第一夹角等于45°，所述第二夹角等于45°。

可选地，所述第一天线单元包括S频段子天线单元和L频段子天线单元，所述第二天线单元包括S频段子天线单元和L频段子天线单元，所述S频段子天线单元用于接收所述第一预设频段通信信号，所述L频段子天线单元用于发射第二预设频段通信信号。

可选地，所述第一天线单元及所述第二天线单元为微带线天线。

可选地，所述射频放大装置包括：第一前置放大通道和第二前置放大通道，所述第一前置放大通道分别与所述第一天线单元及所述通信端机通信连接；所述第二前置放大通道分别与所述第二天线单元及所述通信端机通信连接，所述第一前置放大通道和所述第二前置放大通道用于对所述第一天线单元及所述第二天线单元捕获的通信信号进行前置放大处理，并将处理后的通信信号发送至所述通信端机。

可选地，所述射频放大装置还包括：第一末级放大通道和第二末级放大通道，所述第一末级放大通道分别与所述第一天线单元及所述通信端机通信连接；所述第二末级放大通道分别与所述第二天线单元及所述通信端机通信连接，所述第一末级放大通道和所述第二末级放大通道用于对所述通信端机输出的通信信号进行功率放大处理，并将处理后的通信信号发送至所述第一天线单元或所述第二天线单元。

可选地，所述射频放大装置设有壳体，所述壳体为合金板材壳体。

可选地，所述通信端机还包括：电源管理模块，用于对所述供电系统的供电电压进行电压变换，对所述通信端机进行通电/断电控制，以及对电压及电流进行监控。

可选地，所述通信端机还包括：接口模块，用于实现所述通信端机与所述飞行器控制系统的数据交互，对所述通信控制指令进行解码处理，以及对所述端机的状态数据进行编码处理。

本实用新型实施例提供飞行器，包括飞行器本体及固定朝向不同的方向的第一天线单元和第二天线单元，飞行器本体内设有射频放大装置及通信端机，通信端机通过射频放大装置与第一天线单元及第二天线单元通信连接，射频放大装置对第一天线单元及第二天线单元捕获的第一预设频段通信信号进行前置放大，以及对通信端机输出的第二预设频段通信信号功率放大处理，通信端机用于接收放大处理后的第一预设频段通信信号，以及对第一天线单元及第二天线单元发送放大处理后的第二预设频段通信信号，通过双天线结构进行射频信号收发，采用射频放大装置进行信号放大，解决了现有飞行器通信系统通信稳定性差的问题，改善飞行器的高动态适应性，提高可靠性，改善信号传输质量。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于临近空间的飞行器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的另一种用于临近空间的飞行器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的又一种用于临近空间的飞行器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供的一种用于临近空间的飞行器的结构示意图，本实施例可适用于采用双天线结构进行临近空间通信信号收发的应用场景。

参考图1所示，该用于临近空间的飞行器100包括：飞行器本体101，及设置于飞行器本体外表面的第一天线单元102和第二天线单元103，第一天线单元102和第二天线单元103固定朝向不同的方向，第一天线单元102及第二天线单元103与通信卫星进行通信；飞行器本体101机身内设有供电系统1010、飞行器控制系统20、射频放大装置30及通信端机40；供电系统10用于对通信端机40供电；飞行器控制系统20用于接收通信端机40的状态数据，并对通信端机40发送控制指令和待发送数据；通信端机40通过射频放大装置30与第一天线单元102及第二天线单元103通信连接，射频放大装置30对第一天线单元 102及第二天线单元103捕获的第一预设频段通信信号进行前置放大，以及对通信端机40输出的第二预设频段通信信号功率放大处理；通信端机40用于接收放大处理后的第一预设频段通信信号，以及对第一天线单元102及第二天线单元103发送放大处理后的第二预设频段通信信号。

本实施例中，第一天线单元102和第二天线单元103采用相同的一体化结构设计，典型地，第一天线单元102和第二天线单元103可采用微带天线结构实际。第一天线单元102和第二天线单元103用于接收不同方向的通信卫星发射的第一预设频段通信信号，以及向对应的通信卫星发射第二预设频段通信信号，典型地，第一预设频段通信信号可为S波段北斗短报文射频信号，第二预设频段通信信号可为L波段北斗短报文射频信号。

具体地，在执行飞行任务时，第一天线单元102及第二天线单元103实时捕获周围的第一预设频段通信信号，采用射频放大装置30对天线单元接收到的第一预设频段通信信号进行滤波及低噪声放大处理，并将处理后的第一预设频段通信信号发送至通信端机40，通信端机40对第一预设频段通信信号进行解调解扩，并在接收到通信信号转发指令时将接收到的第一预设频段通信信号发送至飞行器控制系统20，完成信号接收。

在发送待发送数据的过程中，飞行器控制系统20将待发送数据和数据发送控制指令发送到通信端机40，通信端机40对待发送数据进行调制处理，得到第二预设频段通信信号，并通过第一天线单元102或者第二天线单元103发送到可用通信卫星，完成信号发射。若通信系统中不存在可用通信卫星，则通信端机40将待发送数据发送到存储模块进行存储。

可选地，第一天线单元102朝向第一方向固定于飞行器本体101的第一顶端，第一方向与飞行器本体101的纵向对称面具有第一夹角；第二天线单元103 朝向第二方向固定于飞行器本体101的第二顶端，第二方向与飞行器本体101 的纵向对称面具有第二夹角，第一方向与第二方向的夹角等于第一夹角与第二夹角之和。

可选地，第一夹角等于45°，第二夹角等于45°。

本实施例中，可设置第一天线单元102朝向第一方向固定于飞行器本体101 的第一顶端，第一方向与飞行器本体101的纵向对称面具有第一夹角，例如，第一方向可为飞行器本体101的左侧，第一夹角可等于45°；第二天线单元103 朝向第二方向固定于飞行器本体101的第二顶端，第二方向与飞行器本体101 的纵向对称面具有第二夹角，例如，第二方向可为飞行器本体101的右侧，第二夹角可等于45°，第一天线单元102及第二天线单元103均与飞行器本体101 呈45°倾角安装，第一方向与第二方向的夹角等于第一夹角与第二夹角之和，即言第一方向与第二方向的夹角可等于90°，确保飞行器100处于任何姿态飞行，均可完成通信信号的收发功能，有利于改善系统的高动态适应性。

可选地，第一天线单元102包括S频段子天线单元和L频段子天线单元，第二天线单元103包括S频段子天线单元和L频段子天线单元，S频段子天线单元用于接收第一预设频段通信信号，L频段子天线单元用于发射第二预设频段通信信号。

图2是本实用新型实施例提供的另一种用于临近空间的飞行器的结构示意图。

可选地，参考图2所示，射频放大装置30包括：第一前置放大通道301和第二前置放大通道302，第一前置放大通道301分别与第一天线单元102及通信端机40通信连接；第二前置放大通道302分别与第二天线单元103及通信端机40通信连接，第一前置放大通道301和第二前置放大通道302用于对第一天线单元102及第二天线单元103捕获的通信信号进行前置放大处理，并将处理后的通信信号发送至通信端机40。

具体地，第一前置放大通道301和第二前置放大通道302可采用相同的前置放大电路结构，该前置放大电路结构用于对第一预设频段通信信号进行低噪声放大和滤波处理。

示例性地，该前置放大通道可包括依次串联连接的第一滤波电路、第一低噪声放大电路、第二滤波电路、第二低噪声放大电路和第三滤波电路。

可选地，参考图2所示，射频放大装置30还包括：第一末级放大通道303 和第二末级放大通道304，第一末级放大通道303分别与第一天线单元102及通信端机40通信连接；第二末级放大通道304分别与第二天线单元103及通信端机40通信连接，第一末级放大通道303和第二末级放大通道304用于对通信端机40输出的通信信号进行功率放大处理，并将处理后的通信信号发送至第一天线单元102或第二天线单元103。

具体地，第一末级放大通道303和第二末级放大通道304可采用相同的功率放大电路结构。

示例性地，该末级放大通道可包括依次连接的温补衰减电路、低噪声放大电路、第一滤波电路、驱动级功放电路、第一匹配电路、末级功放电路、第二匹配电路和第二滤波电路。

可选地，射频放大装置30设有壳体，壳体为合金板材壳体。

在本实施例中，可采用为2A12铝合金板材或MB15镁合金板材作为壳体的加工板材，通过冲压这折弯等工序，加工形成腔体结构及盖板，壳体一方面可用于固定元件，金属化盖板可屏蔽电磁波，避免临近空间复杂电磁环境对前置放大装置产生影响，有利于提高系统稳定性和可靠性；另一方面，壳体采用合金板材，重量轻，有利于降低系统重量，节约运载成本。

图3是本实用新型实施例提供的又一种用于临近空间的飞行器的结构示意图。

可选地，参考图3所示，通信端机40还包括：电源管理模块401，用于对供电系统10的供电电压进行电压变换，对通信端机40进行通电/断电控制，以及对电压及电流进行监控。

可选地，电源管理模块401包括：滤波单元、开关单元、检测单元、多级电压变换单元及电源控制单元，其中，滤波单元的输入端与供电电源电连接，滤波单元的输出端通过开关单元与多级电压变换单元的输入端电连接，滤波单元用于对供电电源提供的第一电压进行滤波处理；多级电压变换单元设有多个电压变换电路，多级电压变换单元用于将第一电压转换为多个输出电压，多个输出电压具有不同的电压值，将多个输出电压及第一电压提供给飞行器的用电负载；检测单元用于实时获取各元件的实时电压值及实时电流值；电源控制单元与开关单元的控制端电连接，电源控制单元用于接收实时电压值及实时电流值，将实时电压值与预设电压阈值进行比较，将实时电流值与预设电流阈值进行比较，并根据比较结果输出脉冲信号，控制开关单元实现导通或者关断。

可选地，多级电压变换单元包括：第一电压变换电路、第二电压变换电路、第三电压变换电路及第四电压变换电路，第一电压变换电路的输入端与滤波单元的输出端电连接，第一电压变换电路的输出端分别与第二电压变换电路、第三电压变换电路及第四电压变换电路的输入端电连接，第一电压变换电路用于将第一电压转换为第一输出电压；第二电压变换电路用于将第一输出电压转换为第二输出电压；第三电压变换电路用于将第一输出电压转换为第三输出电压；第四电压变换电路用于将第一输出电压转换为第四输出电压。

示例性地，第一电压等于直流12V电压，第一输出电压等于直流5V电压，第二输出电压等于直流3.3V电压，第三输出电压等于直流1.8V电压，第四输出电压等于直流1.2V电压。

本实用新型实施例提供的电源管理模块，设置滤波及监控电路，当供电系统出现异常时，电源管理模块可主动的完成系统的断电操作，避免由于过流等原因导致系统故障，有利于提高系统的可靠性。

可选地，通信端机40还包括：接口模块402，用于实现通信端机与飞行器控制系统20的数据交互，对通信控制指令进行解码处理，以及对端机的状态数据进行编码处理。

具体地，在信号发射过程中，接口模块402按照预设标准通信协议接收飞行器控制系统20的通信控制指令及待发送数据，对通信控制指令及待发送数据进行解码，并将解码后的指令及数据发送至通信端机40，同时，在收到数据交互控制指令时，通信端机40将端机的状态数据发送至接口模块，接口模块402 按照预设标准协议进行数据编码，并将编码后的数据发送至飞行器控制系统20，实现数据交互。

由此，本实用新型实施例提供飞行器，包括飞行器本体及固定朝向不同的方向的第一天线单元和第二天线单元，飞行器本体内设有射频放大装置及通信端机，通信端机通过射频放大装置与第一天线单元及第二天线单元通信连接，射频放大装置对第一天线单元及第二天线单元捕获的第一预设频段通信信号进行前置放大，以及对通信端机输出的第二预设频段通信信号功率放大处理，通信端机用于接收放大处理后的第一预设频段通信信号，以及对第一天线单元及第二天线单元发送放大处理后的第二预设频段通信信号，通过双天线结构进行射频信号收发，采用射频放大装置进行信号放大，解决了现有飞行器通信系统通信稳定性差的问题，改善飞行器的高动态适应性，提高可靠性，改善信号传输质量。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种用于临近空间的飞行器，其特征在于，包括：飞行器本体，及设置于所述飞行器本体外表面的第一天线单元和第二天线单元，所述第一天线单元和所述第二天线单元固定朝向不同的方向，所述第一天线单元及所述第二天线单元与通信卫星进行通信；所述飞行器本体机身内设有供电系统、飞行器控制系统、射频放大装置及通信端机；

所述供电系统用于对所述通信端机供电；

所述飞行器控制系统用于接收所述通信端机的状态数据，并对所述通信端机发送控制指令和待发送数据；

所述通信端机通过所述射频放大装置与所述第一天线单元及所述第二天线单元通信连接，所述射频放大装置对所述第一天线单元及所述第二天线单元捕获的第一预设频段通信信号进行前置放大，以及对所述通信端机输出的第二预设频段通信信号功率放大处理；

通信端机用于接收放大处理后的第一预设频段通信信号，以及对所述第一天线单元及所述第二天线单元发送放大处理后的第二预设频段通信信号。

2.根据权利要求1所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述第一天线单元朝向第一方向固定于所述飞行器本体的第一顶端，所述第一方向与所述飞行器本体的纵向对称面具有第一夹角；所述第二天线单元朝向第二方向固定于所述飞行器本体的第二顶端，所述第二方向与所述飞行器本体的纵向对称面具有第二夹角，所述第一方向与所述第二方向的夹角等于所述第一夹角与所述第二夹角之和。

3.根据权利要求2所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述第一夹角等于45°，所述第二夹角等于45°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述第一天线单元包括S频段子天线单元和L频段子天线单元，所述第二天线单元包括S频段子天线单元和L频段子天线单元，所述S频段子天线单元用于接收所述第一预设频段通信信号，所述L频段子天线单元用于发射第二预设频段通信信号。

5.根据权利要求1-3任一项所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述第一天线单元及所述第二天线单元为微带线天线。

6.根据权利要求1-3任一项所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述射频放大装置包括：第一前置放大通道和第二前置放大通道，所述第一前置放大通道分别与所述第一天线单元及所述通信端机通信连接；所述第二前置放大通道分别与所述第二天线单元及所述通信端机通信连接，所述第一前置放大通道和所述第二前置放大通道用于对所述第一天线单元及所述第二天线单元捕获的通信信号进行前置放大处理，并将处理后的通信信号发送至所述通信端机。

7.根据权利要求6所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述射频放大装置还包括：第一末级放大通道和第二末级放大通道，所述第一末级放大通道分别与所述第一天线单元及所述通信端机通信连接；所述第二末级放大通道分别与所述第二天线单元及所述通信端机通信连接，所述第一末级放大通道和所述第二末级放大通道用于对所述通信端机输出的通信信号进行功率放大处理，并将处理后的通信信号发送至所述第一天线单元或所述第二天线单元。

8.根据权利要求7所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述射频放大装置设有壳体，所述壳体为合金板材壳体。

9.根据权利要求1-3任一项所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述通信端机还包括：电源管理模块，用于对所述供电系统的供电电压进行电压变换，对所述通信端机进行通电/断电控制，以及对电压及电流进行监控。

10.根据权利要求1-3任一项所述的用于临近空间的飞行器，其特征在于，所述通信端机还包括：接口模块，用于实现所述通信端机与所述飞行器控制系统的数据交互，对通信控制指令进行解码处理，以及对所述端机的状态数据进行编码处理。

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