多旋翼无人热气飞艇系统

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多旋翼无人热气飞艇系统
申请号	CN201810590192.4	申请日	2018-06-08	公开(公告)号	CN108974316B	公开(公告)日	2022-01-04
申请人	重庆交通职业学院;			发明人	严伟民; 严霁玥; 王宏泽; 蔡金橙; 廖安健;
摘要	本发明公开了一种多旋翼无人热气飞艇系统，包括：多旋翼无人热气飞艇机体、多旋翼无人热气飞艇系统平台、多旋翼无人热气飞艇动力系统；多旋翼无人热气飞艇机体采用拼接组装式浮空器外壳，内置双层气囊、吊舱以及多旋翼无人热气飞艇动力系统；多旋翼无人热气飞艇系统平台内设置有飞控系统及导航系统、艇载测控系统、艇载电气系统、车载地面测控系统、车载地面综合监控与处理系统；多旋翼无人热气飞艇动力系统采用旋翼组件，旋翼组件包括：可调倾角旋翼电机、桨叶，倾转角度控制、倾转锁定保护及矢量动力控制；本发明中多旋翼无人热气飞艇系统、地面综合指挥车实现区域机动数据链联网，自动漫游，互联互通，分级管理和全网统一指挥。
权利要求	1.一种多旋翼无人热气飞艇系统，其特征在于，包括：多旋翼无人热气飞艇机体、多旋翼无人热气飞艇系统平台、多旋翼无人热气飞艇动力系统、飞控系统以及通讯链路；所述多旋翼无人热气飞艇机体采用拼接组装式浮空器外壳，内置双层气囊、吊舱以及所述多旋翼无人热气飞艇动力系统；所述多旋翼无人热气飞艇系统平台内设置有飞控系统及导航系统、艇载测控系统、艇载电气系统、车载地面测控系统、车载地面综合监控与处理系统；所述多旋翼无人热气飞艇动力系统采用旋翼组件，所述旋翼组件包括：可调倾角旋翼电机、桨叶，倾转角度控制、倾转锁定保护及矢量动力控制；所述飞控系统用于飞行规划、飞行监控以及飞行数据分析；所述通讯链路用于实现多旋翼无人热气飞艇信息的实时回传，以及地面人员对多旋翼无人热气飞艇的实时操纵；所述通讯链路以2.4Ghz带宽为标准，采用长距离无线数据链路；支持电台间点对点、点对多点以及线性拓扑网络通讯；所述通讯链路由艇载发射机、艇载全向天线、车载地面半全向天线、车载地面接收机、相关语音、视频和数据等接口设备组成，有效通讯距离为60公里；所述通讯链路具有调频、窄带防拥挤、多通道防混叠、功率调整，以及实时链路通讯情况监测功能，极大的避免了通讯信道挤占与干扰；还包括探测设备；所述探测设备采用可见光、红外光电传感器、激光雷达；还包括通讯设备，所述通讯设备包括通信中继及数据传输与接口设备；还包括控制系统；所述控制系统包括显示系统和操作系统；在显示系统里，通讯设备将多旋翼无人热气飞艇的高度、速度、电量、姿态、位置的信息传达到地面，地面操作人员就可以根据显示系统提供的信息对多旋翼无人热气飞艇进行操纵；在操作系统里，作业人员能够通过操作设备将控制意图传达到多旋翼无人热气飞艇，实施相应的飞行及操作；所述飞控系统基于Microsoft TM Windows TM操作系统设计飞控即时通讯软件，所述飞控即时通讯软件集成飞行规划、飞行监控、飞行数据分析，所述飞控即时通讯软件功能分为：时间管理模块、数据采集与处理模块、通信模块、控制律解算模块，通过调整飞控参数实现；包括： a. 飞行定位的北斗/GPS状态，坐标、高度、方向、姿态的数据采集、编码并通过串行接口传送至艇载数据终端； b. 飞行速度、时间、飞行路径、距起飞点的距离，环境温度、风速，通过无线数据信道发送到车载地面综合监控与处理系统进行飞行监控，对多旋翼无人热气飞艇进行实时控制； c. 旋翼电机工作状态：通过软件内部接口解算模块进行解算，控制运行，达到调整飞行姿态的目的； d.通信模块完成飞控计算机与其他机载外设之间的数据交换功能； e. 飞行数据回放系统能够同步保存所有的飞行数据，用于航中、航后的数据分析，并实时显示多旋翼无人热气飞艇在当前作业区域或局地电子地图或影像地图上的实际位置； f. 飞行规划包括：对区域或局地所设定的目标进行环绕拍摄、沿飞行航行定距、定点拍摄，经图像数据处理，以3D方式显示在地面显示屏上，并由通讯链路传输到操作系统。 2.如权利要求1所述多旋翼无人热气飞艇系统，其特征在于，还包括任务载荷；所述任务载荷根据所述多旋翼无人热气飞艇的作用设置。 3.如权利要求1所述多旋翼无人热气飞艇系统，其特征在于，还包括干扰设备，所述干扰设备包括通信干扰、雷达干扰、GPS信号干扰器。 4.如权利要求1所述多旋翼无人热气飞艇系统，其特征在于，还包括车载地面综合保障系统；所述车载地面综合保障系统包括车在地面服务器、车载地面供电支持系统及运输车辆。
说明书全文	多旋翼无人热气飞艇系统技术领域 [0001] 本发明涉及热气飞艇领域，具体地说，特别涉及一种多旋翼无人热气飞艇系统。背景技术 [0002] 我国有3万公里的陆地边境线和1.8万公里的海岸线，所连接及覆盖的区域跨度大，环境范围错综复杂，造成边境区域处突维稳信息获取及常态化管控与监控异常复杂。 [0003] 现有地面平台一般都装备有导航、警戒、搜索、跟踪瞄准、制导等雷达设备和光学探测、侦察、瞄准、引导系统，这是地面平台发现地面和空中目标，了解地面和空中战勤态势，配合火力武器打击地面和空中目标，实现近程防卫的主要手段。在没有其他信息网络的支持下，这些地面光电设备及传输特性受不同季节、大气衰耗、地理环境、电磁干扰、地球曲率半径、信号处理水平及平台自身噪声背景等因素影响，对探测距离、方位、高度、精度、虚警率、漏警率、低空小目标发现率均受到一定局限，目标探测和侦察的距离相差也较大，直接影响平台的作战半径及平台防卫、攻击能力的发挥，影响执行其遂行任务的效果。 [0004] 根据不同季节、不同环境及各区域管控任务的变化，采用空中、车载地面技术融合的视频采集系统、应急遥感影像快速处理系统、在地面及空中组建基础环境监测监控及航空遥感信息与应急监控保障综合指挥服务中心，构建并用好实时边境防控监控管控工作系列信息导示，用先进航空航天影像与激光雷达数据处理与应用等技术手段实现区域动态监视监测管理信息系统、对所辖疆域或区域或局地监控管控并能全覆盖、高精度、立体化、常态化监视监测，是边防边境信息与地理信息及群测群防体系技术融合与数据综合管控体系的重要组成部分。 [0005] 无人机在山地丛林等复杂地形区域临空飞行，为可能遇到的下降气流预留有一定的修正空间，其飞行航线取得比较高。 [0006] 使用多传感器来执行情报、监视和侦察任务的无人机更加依赖通信资源及GPS卫星定位、导航和定时(PNT)信息，且噪音干扰对高速数据传输所造成的传输误码降低了无人机、地面控制站和信息处理中心之间的通信数据率。 [0007] 无人机对电磁环境要求很高，且不具备协同搜集、处理、传递信息的能力，获取的图像无法通过通信中继传输到车载地面接收系统，需要一架通信中继无人机对其进行引导控制。所采用的指令和自动程序等多种控制功能在遇到攻击性干扰后，容易被诱捕或发生失控、自毁现象,丧失执行任务的能力。 [0008] 采用无人飞艇，其具有滞空时间长，较之无人机的任务执行以小时计计算，无人飞艇可以在目标地域上空悬停时长按天计，其上搭载的侦察仪器可以即精确又高效率的探测目标。另外，在低速情况下，无人飞艇艇上雷达可以更容易的探测到小型目标。无人飞艇的机动性能好，覆盖范围较广，对区域或局地目标可作长时观测与监控，但由于无人飞艇采用氦气作为浮升气体，氦气的获取成本高，特别是在偏远地区，氦气供给较为困难且使用维护成本很高。发明内容 [0009] 为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种多旋翼无人热气飞艇系统。所述技术方案如下： [0010] 一方面，提供了一种多旋翼无人热气飞艇系统，包括：多旋翼无人热气飞艇机体、多旋翼无人热气飞艇系统平台、多旋翼无人热气飞艇动力系统、飞控系统以及通讯链路； [0011] 所述多旋翼无人热气飞艇机体采用拼接组装式浮空器外壳，内置双层气囊、吊舱以及所述多旋翼无人热气飞艇动力系统； [0012] 所述多旋翼无人热气飞艇系统平台内设置有飞控系统及导航系统、艇载测控系统、艇载电气系统、车载地面测控系统、车载地面综合监控与处理系统； [0013] 所述多旋翼无人热气飞艇动力系统采用旋翼组件，所述旋翼组件包括：可调倾角旋翼电机、桨叶，倾转角度控制、倾转锁定保护及矢量动力控制； [0014] 用于飞控系统用于飞行规划、飞行监控以及飞行数据分析； [0015] 所述通讯链路用于实现无人热气飞艇信息的实时回传，以及地面人员对无人热气飞艇的实时操纵。 [0016] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统还包括探测设备；所述探测设备采用可见光、红外光电传感器、激光雷达。 [0017] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统还包括通信设备：所述通讯设备包括通信中继及数据传输与接口设备。 [0018] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，所述任务设备根据所述多旋翼无人热气飞艇的作用设置。 [0019] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括控制系统；所述控制系统包括显示系统和操作系统；在显示系统里，通讯设备将飞行器的高度、速度、电量、姿态、位置等各种丰富的信息传达到地面，地面操作人员就可以根据显示系统提供的信息对飞行器进行操纵； [0020] 在操作系统里，作业人员能够通过操作设备将控制意图传达到多旋翼无人热气飞艇，实施相应的飞行及操作。 [0021] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括：遥测遥控及数据传输收发系统；所述遥测遥控及数据传输收发系统包括：天线系统、与指挥中心和其它系统的数据链路及语音通道。 [0022] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括任务载荷；所述任务载荷根据所述多旋翼无人热气飞艇的作用设置。 [0023] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括干扰设备，所述干扰设备包括通信干扰、雷达干扰、GPS信号干扰器。 [0024] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括车载地面综合保障系统；所述车载地面综合保障系统包括车在地面服务器、车载地面供电支持系统及运输车辆。 [0025] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，所述通讯链路以2.4Ghz带宽为标准，采用长距离无线数据链路；所述通讯链路支持电台间点对点、点对多点以及线性拓扑网络通讯。 [0026] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是： [0027] 本发明提供的一种多旋翼无人热气飞艇系统，以区域范围或局地防卫阵列设置的动静态目标探测感知系统所获取的动静态目标信息进行探测识别信息感知，其区域信息有局地平台自身获取感知，有为区域或局地服务的海陆空基支撑与监测平台感知。 [0028] 由多旋翼无人热气飞艇系统及飞艇间数据链构成低延迟的局域网，组成新型空‑地重点防护区机动与协同平台，快速交换所辖局地敌我空‑地情实时态势、定位/控制状态参数等信息。采用多旋翼无人热气飞艇系统在单站模式下的空‑地跨站自动转接，完成所辖区域多基站应急通话组的正常通信、多站联网数据链交汇定位，适应全域快速机动、机械化、信息化发展的需求。 [0029] 由多旋翼无人热气飞艇系统协同地面综合指挥车构成快速反应的数据链通信系统与数字化信息系统集成的机动应急指挥平台，作为可移动的分指挥中心，负责现场内的通信及协同指挥调度。同时，依托后方固定应急指挥平台建立数据链并保持实时通信和信息交互。以显著提高空‑地情之间的数据交换能力、远‑近程状态感知能力以及联勤支援能力。 [0030] 多旋翼无人热气飞艇系统、地面综合指挥车实现区域机动数据链联网，自动漫游，互联互通，分级管理和全网统一指挥。无线数据链路机动性强，操作便捷可控，组网建设成本低，数据传输实时、可靠，图像的可解读性好，光电图像可压缩到10:1的比率而不出现明显的减损，留空时长可以天、周计。能耗小，架设方便。附图说明 [0031] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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。 [0032] 图1是本发明实施例的一种多旋翼无人热气飞艇系统的模块示意图； [0033] 图2是本发明实施例的多旋翼无人热气飞艇控制系统框图。具体实施方式 [0034] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。 [0035] 本发明提供了一种多旋翼无人热气飞艇系统，参见图1，包括：多旋翼无人热气飞艇机体、多旋翼无人热气飞艇系统平台、多旋翼无人热气飞艇动力系统、飞控系统以及通讯链路； [0036] 所述多旋翼无人热气飞艇机体采用拼接组装式浮空器外壳，内置双层气囊、吊舱以及所述多旋翼无人热气飞艇动力系统； [0037] 所述多旋翼无人热气飞艇系统平台内设置有飞控系统及导航系统、艇载测控系统、艇载电气系统、车载地面测控系统、车载地面综合监控与处理系统； [0038] 所述多旋翼无人热气飞艇动力系统采用旋翼组件，所述旋翼组件包括：可调倾角旋翼电机、桨叶，倾转角度控制、倾转锁定保护及矢量动力控制； [0039] 用于飞控系统用于飞行规划、飞行监控以及飞行数据分析； [0040] 所述通讯链路用于实现无人热气飞艇信息的实时回传，以及地面人员对无人热气飞艇的实时操纵。 [0041] 具体地，本实施例中，飞控系统基于Microsoft TM Windows TM操作系统设计飞控即时通讯软件，该软件集成飞行规划、飞行监控、飞行数据分析等，该软件功能分为：时间管理模块、数据采集与处理模块、通信模块、控制律解算模块，通过调整飞控参数实现。包括： [0042] a.飞行定位的北斗/GPS状态，坐标、高度、方向、姿态的数据采集、编码并通过串行接口传送至艇载数据终端； [0043] b.飞行速度、时间、飞行路径、距起飞点的距离，环境温度、风速，通过无线数据信道发送到地面控制站进行飞行监控，对无人飞艇进行实时控制； [0044] c.旋翼电机工作状态：通过软件内部接口解算模块进行解算，控制运行，达到调整飞行姿态的目的； [0045] d.遥控信号实现D/A通信模块完成飞控计算机与其他机载外设之间的数据交换功能。 [0046] e.飞行数据回放系统能够同步保存所有的飞行数据，用于航中、航后的数据分析，并实时显示飞艇在当前作业区域或局地电子地图或影像地图上的实际位置。 [0047] f.飞行规划包括：对区域或局地所设定的目标进行环绕拍摄、沿飞行航行定距、定点拍摄，经图像数据处理，以3D方式显示在地面显示屏上，并可由数据链传输到指挥系统。 [0048] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统还包括探测设备；所述探测设备采用可见光、红外光电传感器、激光雷达。 [0049] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统还包括通信设备：所述通讯设备包括通信中继及数据传输与接口设备。 [0050] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，所述任务设备根据所述多旋翼无人热气飞艇的作用设置。 [0051] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括控制系统；所述控制系统包括显示系统和操作系统；在显示系统里，通讯设备将飞行器的高度、速度、电量、姿态、位置等各种丰富的信息传达到地面，地面操作人员就可以根据显示系统提供的信息对飞行器进行操纵； [0052] 在操作系统里，作业人员能够通过操作设备将控制意图传达到多旋翼无人热气飞艇，实施相应的飞行及操作。 [0053] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括：遥测遥控及数据传输收发系统；所述遥测遥控及数据传输收发系统包括：天线系统、与指挥中心和其它系统的数据链路及语音通道。 [0054] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括任务载荷；所述任务载荷根据所述多旋翼无人热气飞艇的作用设置。 [0055] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括干扰设备，所述干扰设备包括通信干扰、雷达干扰、GPS信号干扰器。 [0056] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，还包括车载地面综合保障系统；所述车载地面综合保障系统包括车在地面服务器、车载地面供电支持系统及运输车辆。 [0057] 进一步的，所述多旋翼无人热气飞艇系统，所述通讯链路以2.4Ghz带宽为标准，采用长距离无线数据链路；所述通讯链路支持电台间点对点、点对多点以及线性拓扑网络通讯。 [0058] 具体地，该通讯链路以2.4Ghz带宽为标准，采用长距离无线数据链路。支持电台间点对点、点对多点以及线性拓扑网络通讯。它由艇载发射机、艇载全向天线(15dB)、车载地面半全向天线(19dB)、车载地面接收机、相关语音、视频和数据等接口设备组成，有效通讯距离为60公里(数字中继可达100公里)。该链路具有调频、窄带防拥挤、多通道防混叠、功率调整，以及实时链路通讯情况监测等功能，极大的避免了通讯信道挤占与干扰。 [0059] 本实施例中，以多旋翼无人热气飞艇系统、地面综合指挥车构建区域机动数据链的传输网络平台。具体地，多旋翼无人热气飞艇系统有以下主要特征： [0060] 1.系统采用外壳和内置双层气囊的结构，安全、稳定、可靠性好； [0061] 2.采用燃烧加热空气充填浮空气囊，浮空具有较长的留空时间； [0062] 3.有效任务载荷可根据实际需要，通过增配飞艇前、后舱组装模块来实现任务载荷模块化调节； [0063] 4.飞控及定点定高定速状态调节智能化、网络化(指挥控制、信息处理和应用网络化)。 [0064] 本实施例中，多旋翼无人热气飞艇系统具有目测遥控(PIC)、远距遥控(RPV)和自主编程飞行控制(UAV)三种模式，结合旋翼电机、桨叶所形成的动力倾转，提供并获得可变化的机动载荷的同时，高度、水平方位、航向等控制参量互相耦合，实现定点悬停控制，自动定高、定速均能独立控制飞行工作，解决动力系统倾转系统的强度、刚性、震动、倾转角度控制、倾转锁定保护等，从而实现矢量动力控制。 [0065] 多旋翼无人热气飞艇系统具有长航时空中系留监测监控与管控的优点，由于其外壳采用碳纤维材料的可装配结构，而飞艇内部采用高温涤纶材料的双层气囊结构，在外壳与内气囊之间加有起到对浮升热气保温隔热作用的空气垫层，有利于对电磁波进行多次反复吸收，飞艇的雷达反射波并不强烈； [0066] 由于对飞艇采用系留式，它即可安静地悬浮，也可以采用旋翼桨叶作巡航，由于与地面车载系统电源电缆、数据电缆连接，飞艇本身仅需携带少量备用电源，这就使飞行有效载荷得到充分保障，且运营维护成本较低。 [0067] 根据使用技术要求不同，多旋翼无人热气飞艇系统的系统集成采用二次优化技术研发的基于北斗导航应用的核心器件、采用优化飞行增稳控制技术、兼顾悬停定点控制和导航控制失效状况研制的飞控软硬件电路，满足如通信中继、安全监控等需要长时间悬停的使用要求的通信链路、配套的车载地面控制中心站软件，以适应边海防及复杂区域或局地环境用途。 [0068] 该系统主要针对军用、警用、应急通信指挥的使用需求设计，满足低空浮空平台及机动飞行和定点能力。主要技术指标： [0069] 1.通信覆盖范围：半径100公里 [0070] 2.测控有效范围：半径10‑30公里 [0071] 3.飞行有效高度：230米以内 [0072] 4.任务有效载荷：30‑50公斤 [0073] 5.滞空时间：6‑8小时 [0074] 6.抗风能力：12米/秒 [0075] 7.任务部署时间：组装升空<60分钟，回收拆装<30分钟。 [0076] 8.供电：车载地面供电系统，系留缆‑飞艇供电电缆； [0077] 9.数据传输：无线数据传输、系留缆‑飞艇数据处理与传输线缆； [0078] 10.运输：车载运输。 [0079] 与此同时，本实施例中，参见图2，还提供了多旋翼无人热气飞艇控制系统框图。 [0080] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是： [0081] 本发明提供的一种多旋翼无人热气飞艇系统，以区域范围或局地防卫阵列设置的动静态目标探测感知系统所获取的动静态目标信息进行探测识别信息感知，其区域信息有局地平台自身获取感知，有为区域或局地服务的海陆空基支撑与监测平台感知。 [0082] 由多旋翼无人热气飞艇系统及飞艇间数据链构成低延迟的局域网，组成新型空‑地重点防护区机动与协同平台，快速交换所辖局地敌我空‑地情实时态势、定位/控制状态参数等信息。采用多旋翼无人热气飞艇系统在单站模式下的空‑地跨站自动转接，完成所辖区域多基站应急通话组的正常通信、多站联网数据链交汇定位，适应全域快速机动、机械化、信息化发展的需求。 [0083] 由多旋翼无人热气飞艇系统协同地面综合指挥车构成快速反应的数据链通信系统与数字化信息系统集成的机动应急指挥平台，作为可移动的分指挥中心，负责现场内的通信及协同指挥调度。同时，依托后方固定应急指挥平台建立数据链并保持实时通信和信息交互。以显著提高空‑地情之间的数据交换能力、远‑近程状态感知能力以及联勤支援能力。 [0084] 多旋翼无人热气飞艇系统、地面综合指挥车实现区域机动数据链联网，自动漫游，互联互通，分级管理和全网统一指挥。无线数据链路机动性强，操作便捷可控，组网建设成本低，数据传输实时、可靠，图像的可解读性好，光电图像可压缩到10:1的比率而不出现明显的减损，留空时长可以天、周计。能耗小，架设方便。 [0085] 以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。