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一種用于高空氣球載荷回收定位的裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種采用衛星通信終端的回收定位裝置，其包括：保溫泡沫上蓋、保溫泡沫下蓋、軸承、滑動導軌、GPS信號接收天線、衛星通信天線、信標裝置及滑塊；其中，所述軸承布設在所述保溫泡沫上蓋和保溫泡沫下蓋之間；所述滑動導軌為圓環軌道，其通過所述軸承旋轉；所述信標裝置通過所述滑塊安裝在所述滑動導軌的圓環內部，所述滑塊在滑動導軌上可以自由滑動；所述GPS信號接收天線和衛星通信天線安裝在信標裝置之上，分別用于接收GPS定位信息和向外部發送定位信息。
【專利說明】一種用于高空氣球載荷回收定位的裝置
【技術領域】
[0001]本發明屬于航空測控【技術領域】，尤其涉及一種用于高空氣球飛行試驗結束，載荷落地后回收定位的裝置。
【背景技術】
[0002]高空氣球，是指在平流層飛行的無動力浮空器，是開展高空科學觀測或實驗及高空極限探險的一種運載工具。
[0003]圖1示出了高空氣球系統的組成示意圖。所述高空氣球由氣球、分離裝置、回收傘和吊籃組成。它的飛行高度雖然不如衛星，但卻比飛機高得多，一般可達30-50km。由于高空氣球造價低廉、組織飛行方便、試驗周期短，因此越來越受到科學工作者的青睞，并被廣泛應用于高能天體物理、宇宙線、紅外天文、大氣物理、大氣化學、地面遙感、空間生物和遺傳、微重力實驗等方面的研究，同時也大量應用于外層空間宇宙設備的預研和試飛以及軍事方面等。
[0004]由于高空氣球飛行高度較高，一次試驗飛行距離較遠，很可能超過視距測控鏈路的有效范圍，即使在測控鏈路范圍內，如果距離太遠，考慮地球曲率的影響，視距通信也會受到限制，所以在下降段僅僅依靠視距測控鏈路無法準確獲知氣球載荷的位置，這就會為載荷設備的回收帶來麻煩。傳統的回收定位裝置僅僅依靠無線電定位，由于載荷已經落地，受地形和近地面無線電信號多徑因素的影響，無線電傳輸距離非常有限，考慮到回收搜索過程較長，又不能一味增大發射機的功率來提高傳輸距離，(增大功率意味著更大的能源消耗，相應又要增加電源的重量，這對航空產品來說是很不合理的)，而且載荷落地地點一般不會在平坦的地面，可能造成回收裝置的天線指向地面或者水平，進一步影響接收機信號搜索。專利201110102738.5提出了使用多個天線，根據觸地點選通相應位置的天線以達到較好的傳輸效果，雖然比傳統的方法有所改進，但無線電依然受近地面多徑的影響，傳輸距離依然很有限。
[0005]衛星通信簡單地說就是地球上(包括地面和低層大氣中)的無線電通信站間利用衛星作為中繼而進行的通信。衛星通信系統由衛星和地球站兩部分組成。衛星通信的特點是:通信范圍大；只要在衛星發射的電波所覆蓋的范圍內，從任何兩點之間都可進行通信；不易受陸地災害的影響(可靠性高)。

【發明內容】

[0006]有鑒于此，本發明提出了一種采用衛星通信終端的回收定位裝置，以準確定位高空氣球飛行試驗結束，載荷落地后的位置。回收定位裝置采用衛星通信終端，這樣只要保持全向天線的極化方向始終垂直向上，即可保證通信鏈路的暢通，為回收人員及時提供準確的位置信息。
[0007]本發明公開的采用衛星通信終端的回收定位裝置，其包括:保溫泡沫上蓋(1)、保溫泡沫下蓋(2)、軸承(3)、滑動導軌(4)、GPS信號接收天線(5)、衛星通信天線(6)、信標裝置(7)及滑塊(8);其中，所述軸承布設在所述保溫泡沫上蓋和保溫泡沫下蓋之間；所述滑動導軌為圓環軌道，其通過所述軸承旋轉；所述信標裝置通過所述滑塊安裝在所述滑動導軌的圓環內部，所述滑塊在滑動導軌上可以自由滑動；所述衛星天線安裝在信標裝置之上，用于向外部發送定位信息。
[0008]所述信標裝置內裝有GPS接收模塊，通過GPS信號接收天線獲取高空氣球的高度和經緯度坐標。
[0009]其中，所述信標裝置內還安裝有氣壓高度計，其用于檢測高空氣球的高度。
[0010]本發明還公開了一種利用上述回收裝置進行高空氣球載荷定位回收的方法，其包括:
[0011]步驟1、由氣壓高度計檢測高空氣球的高度，若高度大于預定值，則轉步驟2，否則繼續檢測；
[0012]步驟2、由GPS天線獲取高空氣球的高度，若高度大于所述預定值，則狀步驟3，否則轉步驟1繼續檢測；
[0013]步驟3、由氣壓高度計檢測高空氣球的高度是否小于所述預定值，若是則進入步驟4，否則繼續檢測；
[0014]步驟4、由GPS天線獲取高空氣球高度，若高度小于所述預定值，則通過衛星通信天線發送GPS定位信息，否則轉步驟3繼續檢測。
[0015]本發明公開的上述方案采用短報文衛星通信終端傳輸GPS接收模塊的定位信息。根據GPS高度信息，在高空氣球的平飛段結束之后，載荷吊籃下落至一定高度才打開衛星通信設備工作，能夠有效節省電池重量。在裝置落地之后，其獨有的結構能夠保持衛星通信天線和GPS接收天線的極化方向始終垂直向上，確保衛星通信和導航功能正常工作。裝置的外殼具有被動保溫和防水功能，即使落入水中也能漂浮在水面正常工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是聞空氣球系統的組成不意圖；
[0017]圖2是本發明中通過衛星通信定位回收裝置的原理示意圖；
[0018]圖3是本發明中回收裝置的結構示意圖；
[0019]圖4是本發明中信標裝置的組成原理圖；
[0020]圖5是本發明中高空氣球載荷回收定位的工作流程圖。
【具體實施方式】
[0021]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0022]圖2示出了本發明中通過衛星通信定位回收裝置原理圖。其中回收信標裝置安裝在高空氣球載荷吊籃上部，在載荷落地之后，該裝置通過衛星短報文通信設備將自身的GPS位置信息發送出來，通過衛星轉發之后，傳輸到回收隊使用的手持衛星接收終端。
[0023]圖3示出了本發明中回收裝置的結構示意圖。如圖3所示，回收裝置包括:保溫泡沫上蓋1，保溫泡沫下蓋2，軸承3，滑動導軌4，GPS天線5，衛星通信天線6，信標裝置7，滑塊8。[0024]所述保溫泡沫上蓋1和保溫泡沫下蓋2均采用了聚苯乙烯的保溫外殼，能適應高空的低溫低壓環境，平均密度低于水，即使落于水中也可漂浮起來。
[0025]所述回收裝置的結構外部包括半球形的保溫泡沫上蓋1和保溫泡沫下蓋2，在保溫泡沫上蓋1和保溫泡沫下蓋2之間布設有軸承3 ;滑動導軌4為圓環軌道，滑動導軌4可以通過軸承3旋轉；GPS天線5與衛星天線6安裝在信標裝置7之上，信標裝置7通過滑塊8安裝在滑動導軌4的圓環內部，滑塊8可以在滑動導軌4之上自由滑動。因重力作用，信標裝置7和GPS天線5及衛星通信天線6始終在滑動導軌4最低處，從而保證了天線極化方向始終垂直向上，滑動導軌4為非金屬材料，從而使得天線始終處于無遮擋狀態，以確保信號暢通。
[0026]其中，所述GPS天線用于獲取高空氣球的GPS定位信息，所述衛星通信天線用于向外部的通信衛星發送高空氣球的GPS定位信息。
[0027]圖4示出了本發明中信標裝置的組成結構示意圖。如圖4所示，所述信標裝置包括處理器、氣壓高度計、GPS接收模塊、衛星通信模塊和電源。所GPS接收模塊，通過GPS信號接收天線獲取高空氣球的高度和經緯度坐標。所述氣壓高度計用于檢測高空氣球的高度。所述衛星通信模塊，通過衛星通信天線向外部發送所獲取的高空氣球的高度和經緯度坐標。所述電源用于供電。所述處理器用于對氣壓高度計、GPS接收模塊和衛星通信模塊的信息進行相應的處理。
[0028]圖5示出了本發明中高空氣球載荷定位回收的方法。如圖5所示，該方法包括:
[0029]步驟1、由氣壓高度計檢測高空氣球的高度，并輸出給處理器，由處理器判斷高度是否大于12km，若是則轉步驟2，否則繼續檢測；
[0030]步驟2、由GPS接收模塊通過GPS天線獲取高空氣球的高度并輸出給出處理器判斷，如果GPS高度也大于12km，則轉步驟3，否則轉步驟1繼續檢測等待；
[0031]步驟3、進入試驗階段，由氣壓高度計檢測高空氣球高度并輸出給處理器，如果處理器判斷高度小于12km，則進入步驟4，否則繼續檢測等待。
[0032]步驟4、由GPS接收模塊通過GPS天線獲取高空氣球高度并輸出給處理器，如果處理器判斷高度也小于12km，則進入回收階段，并打開衛星通信模塊，通過全向衛星天線發送GPS定位信息，如果高度大于12km，則轉步驟3繼續檢測等待。
[0033]由于衛星通信設備在發射信號時功率較大，所以在高空氣球飛行試驗的過程中，要控制發射的時機，只有在試驗結束下降到12km以下才開始發射，發射的頻率可以設置較低，1?5分鐘發送一次即可。
[0034]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種采用衛星通信終端的回收定位裝置，其包括:保溫泡沫上蓋(1)、保溫泡沫下蓋(2)、軸承(3)、滑動導軌(4)、GPS信號接收天線(5)、衛星通信天線(6)、信標裝置(7)及滑塊(8);其中，所述軸承布設在所述保溫泡沫上蓋和保溫泡沫下蓋之間；所述滑動導軌為圓環軌道，其通過所述軸承旋轉；所述信標裝置通過所述滑塊安裝在所述滑動導軌的圓環內部，所述滑塊在滑動導軌上可以自由滑動；所述GPS信號接收天線和衛星天線安裝在信標裝置之上，分別用于接收GPS定位信息和向外部發送定位信息。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述保溫泡沫上蓋和保溫泡沫下蓋分別為半球形狀，且共同構成球形的回收裝置外部結構。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信標裝置包括GPS接收模塊，所述GPS接收模塊通過所述GPS信號接收天線獲取高空氣球的定位信息。
4.如權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述信標裝置包括氣壓高度計，其用于檢測高空氣球的高度。
5.如權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述信標裝置還包括衛星通信模塊，其通過所述GPS信號接收天線和氣壓高度計檢測高空氣球的高度，并在所述高空氣球的高度經歷了預期的漲落之后，打開所述衛星通信模塊，所述衛星通信模塊通過所述衛星通信天線向外部發送定位信息。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述GPS信號接收天線和衛星通信天線均位于所述信標裝置上，且所述GPS天線和衛星通信天線在滑塊的滑動下始終保持極化方向垂直向上。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述保溫泡沫上蓋和保溫泡沫下蓋采用聚苯乙烯保溫材料，所述滑動導軌為非金屬材料。
8.一種利用權利要求4所述的回收定位裝置進行高空氣球載荷定位回收的方法，其包括:步驟1、由氣壓高度計檢測高空氣球的高度，若高度大于預定值，則轉步驟2，否則繼續檢測；步驟2、由GPS天線獲取高空氣球的高度，若高度大于所述預定值，則狀步驟3，否則轉步驟1繼續檢測；步驟3、由氣壓高度計檢測高空氣球的高度是否小于所述預定值，若是則進入步驟4，否則繼續檢測；步驟4、由GPS天線獲取高空氣球高度，若高度小于所述預定值，則通過衛星通信天線發送GPS定位信息，否則轉步驟3繼續檢測。
【文檔編號】G01S19/42GK103630921SQ201310226187
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年6月7日 優先權日:2013年6月7日
【發明者】黃宛寧, 張泰華, 姜魯華, 王挺鶴, 周江華 申請人:中國科學院光電研究院