一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，包括：至少四顆GPS衛(wèi)星；GPS探空裝置，用于接收衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和收集環(huán)境氣象參數(shù)；地面接收機(jī)，用于接收GPS探空裝置發(fā)出的衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和環(huán)境氣象參數(shù)；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于接收地面接收機(jī)輸出的衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和環(huán)境氣象參數(shù)，并根據(jù)衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息計算得出GPS探空儀的空間坐標(biāo)信息，實現(xiàn)單球體臨近空間飛行器的定位；GPS探空裝置包括多個第一GPS探空儀，多個第一GPS探空儀在水平方向上沿單球體臨近空間飛行器封閉球囊的圓周方向間隔布設(shè)，至少一個第一GPS探空儀與地面接收機(jī)保持通信。該實時跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對臨近空間飛行器的實時跟蹤，有效確保臨近空間飛行器不會失聯(lián)。
【專利說明】
-種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于臨近空間飛行器飛行試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體是設(shè)及一種單球體臨近空間 飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 臨近空間，通常是指距地表20~100千米處的空域，臨近空間區(qū)域包括大氣平流層 (高度11-50千米）的大部分區(qū)域，中間大氣層區(qū)域(高度50-80千米)和部分電離層區(qū)域(高 度60-100千米）。臨近空間的顯著特點包括:空氣相對稀薄;環(huán)境壓力低;環(huán)境溫度變化復(fù) 雜;臭氧和太陽福射強(qiáng);20-40千米區(qū)域平均風(fēng)速最小。
[0003] 臨近空間下面的空域(20千米W下）是傳統(tǒng)航空器的主要活動空間，其上面的空域 (100千米W上)是航天器的運(yùn)行空間。顧名思義，臨近空間飛行器是指高于普通飛行器飛行 空間，而低于軌道飛行器運(yùn)行空間區(qū)域的飛行器。國際上一般將距地面20-100千米的空域 的飛行器視為臨近空間飛行器。
[0004] 目前，臨近空間飛行器一般分為平流層飛艇、浮空氣球、高空長航時無人機(jī)、高超 聲速巡航飛行器和亞軌道飛行器。
[0005] 如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)中有一種屬于浮空氣球類別的臨近空間飛行器，稱為單球體 臨近空間飛行器，運(yùn)種單球體臨近空間飛行器包括封閉球囊1，所述封閉球囊1的外殼鍛有 一層金屬鍛膜1-1，所述封閉球囊1的下方通過拉索繩6懸掛有吊艙2,所述吊艙2內(nèi)設(shè)置有氮 氣容器5、用于將所述氮氣容器5內(nèi)的氮氣沖入所述封閉球囊1或?qū)⑺龇忾]球囊1內(nèi)的氮氣 抽入所述氮氣容器5的氣累3, W及用于控制所述氣累3充氣和抽氣的氣累控制器4,但是，由 于運(yùn)種單球體臨近空間飛行器在飛行試驗時，通過雷達(dá)來實現(xiàn)對飛行器的跟蹤，但是由于 臨近空間的環(huán)境變化復(fù)雜、W及封閉球囊1外表面金屬鍛膜1-1對無線電信號的屏蔽作用， 經(jīng)常會造成對飛行器的跟蹤失敗，使飛行器失聯(lián)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種單球體臨近空間飛行器 飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)。該實時跟蹤系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對單球體臨近空間飛行器的實時跟 蹤，有效確保單球體臨近空間飛行器不會失聯(lián)。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種單球體臨近空間飛行器飛行試 驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括：
[000引至少四顆GPS衛(wèi)星，每顆GPS衛(wèi)星將其衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息發(fā)送出去；
[0009] GPS探空裝置，用于接收所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和收集環(huán)境氣象參數(shù)，并發(fā)送所述 衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述環(huán)境氣象參數(shù)；
[0010] 地面接收機(jī)，用于接收所述GPS探空裝置發(fā)出的所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述環(huán) 境氣象參數(shù)，并輸出所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述環(huán)境氣象參數(shù)；
[0011] 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于接收所述地面接收機(jī)輸出的所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述環(huán) 境氣象參數(shù)，并根據(jù)所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息計算得出GPS探空儀的空間坐標(biāo)信息，進(jìn)而實現(xiàn) 單球體臨近空間飛行器的定位；
[0012] 所述GPS探空裝置包括多個第一 GPS探空儀，多個所述第一 GPS探空儀在水平方向 上沿單球體臨近空間飛行器封閉球囊的圓周方向間隔布設(shè)，至少一個第一 GPS探空儀與所 述地面接收機(jī)保持通信。
[0013] 上述的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述 第一 GPS探空儀的數(shù)量為S個，S個所述第一 GPS探空儀沿所述封閉球囊的圓周方向互成 120°布設(shè)。
[0014] 上述的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述 GPS探空裝置還包括第二GI^探空儀，所述第二GPS探空儀安裝在單球體臨近空間飛行器的 吊艙上。
[0015] 上述的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述 封閉球囊的外側(cè)面設(shè)置有多個用于盛裝所述第一 GPS探空儀的盛裝袋，所述盛裝袋與所述 第一 GI^探空儀--對應(yīng)。
[0016] 上述的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述 盛裝袋包括固定在所述封閉球囊的金屬鍛膜上的袋體，所述袋體上端設(shè)置有供所述第一 GPS探空儀裝入其內(nèi)的開口，所述袋體上端連接有用于封閉所述開口的袋蓋，所述袋蓋與所 述袋體用粘扣帶相連接。
[0017] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有W下優(yōu)點：
[001引1、本發(fā)明的GPS探空裝置包括多個第一 GPS探空儀，并且多個第一 GPS探空儀在水 平方向上沿單球體臨近空間飛行器封閉球囊的圓周方向間隔布設(shè)，運(yùn)樣，無論該單球體臨 近空間飛行器在臨近空間內(nèi)的姿態(tài)如何變化，總有一個第一 GPS探空儀與地面接收機(jī)保持 通信，有效確保地面接收機(jī)能夠?qū)崟r接收到從單球體臨近空間飛行器上第一 GPS探空儀發(fā) 送的信息，進(jìn)而能夠有效確保對單球體臨近空間飛行器的定位和跟蹤。同時，多個GPS探空 儀協(xié)同工作，有效的提高了對單球體臨近空間飛行器的定位精度。
[0019] 2、本發(fā)明將第一GPS探空儀的數(shù)量定為S個，且S個第一GPS探空儀在水平方向上 沿單球體臨近空間飛行器封閉球囊的圓周方向互成120°布設(shè)，運(yùn)樣能夠W最少的GPS探空 儀數(shù)量，實現(xiàn)該單球體臨近空間飛行器在臨近空間內(nèi)的姿態(tài)如何變化，總有一個第一 GPS探 空儀與地面接收機(jī)保持通信的目的。
[0020] 3、本發(fā)明通過設(shè)置第二GPS探空儀，能夠有效的對單球體臨近空間飛行器的吊艙 位置進(jìn)行有效的定位，在對單球體臨近空間飛行器跟蹤過程中，發(fā)現(xiàn)第二GI^探空儀的空間 坐標(biāo)信息與第一 GPS探空儀的空間坐標(biāo)信息之間的差值超過第二GPS探空儀與第一 GPS探空 儀實際位置范圍時，可W判斷吊艙處于墜落狀態(tài)，可W根據(jù)第二GI^探空儀的空間坐標(biāo)信息 的變化獲知吊艙的掉落地點，避免吊艙丟失。
[0021] 4、本發(fā)明采用特殊設(shè)計的盛裝袋，能夠快速、方便的實現(xiàn)第一 GPS探空儀的安裝， 通過粘扣帶將袋蓋與袋體連接，避免第一 GPS探空儀掉出來，并且還可W使第一 GPS探空儀 從袋體上端的開口伸出來。
[0022] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0023] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中單球體臨近空間飛行器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
[0025] 圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖4為本發(fā)明第一 GI^探空儀和第二GPS探空儀在單球體臨近空間飛行器上布設(shè)位 置示意圖。
[0027] 圖5為本發(fā)明盛裝袋的結(jié)構(gòu)示意圖。
[002引附圖標(biāo)記說明：
[0029] 1-封閉球囊； 1-1-金屬鍛膜； 2-吊艙；
[0030] 3-氣累； 4-氣累控制器； 5-氮氣容器；
[0031] 6-拉索繩； 7-GPS衛(wèi)星； 8-GPS探空裝置；
[0032] 8-1-第一GI^探空儀；8-2-第二GI^探空儀；9-地面接收機(jī)；
[0033] 10-數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；11-盛裝袋； 11-1-袋體；
[0034] 11-2-開口； 11-3-袋蓋； 11-4-粘扣帶。
【具體實施方式】
[0035] 如圖2和圖3所示的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，包括：
[0036] 至少四顆GPS衛(wèi)星7,每顆GPS衛(wèi)星7將其衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息發(fā)送出去；
[0037] GPS探空裝置8,用于接收所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和收集環(huán)境氣象參數(shù)，并發(fā)送所 述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述環(huán)境氣象參數(shù)；
[0038] 地面接收機(jī)9,用于接收所述GPS探空裝置8發(fā)出的所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述 環(huán)境氣象參數(shù)，并輸出所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述環(huán)境氣象參數(shù)；
[0039] 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)10,用于接收所述地面接收機(jī)9輸出的所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所 述環(huán)境氣象參數(shù)，并根據(jù)所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息計算得出GI^探空儀的空間坐標(biāo)信息，進(jìn)而 實現(xiàn)單球體臨近空間飛行器的定位；
[0040] 所述GI^探空裝置8包括多個第一 GI^探空儀8-1，多個所述第一 GI^探空儀8-1在水 平方向上沿單球體臨近空間飛行器封閉球囊1的圓周方向間隔布設(shè)，至少一個第一 GI^探空 儀8-1與所述地面接收機(jī)9保持通信。
[0041] 本實施例中，該實時跟蹤系統(tǒng)在使用時，所述GPS探空裝置8接收四顆GPS衛(wèi)星7發(fā) 送的四組衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息，同時所述GPS探空裝置8采集環(huán)境氣象參數(shù)，并將所述環(huán)境氣 象參數(shù)和所述四組衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息發(fā)送至地面接收機(jī)9,地面接收機(jī)9接收到所述環(huán)境氣 象參數(shù)和所述四組衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息后，并將所述環(huán)境氣象參數(shù)和所述四組衛(wèi)星空間坐標(biāo) 信息發(fā)送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)10,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)10接收到所述環(huán)境氣象參數(shù)和所述四組衛(wèi)星空 間坐標(biāo)信息后，根據(jù)所述四組衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息計算出所述GPS探空裝置8的空間坐標(biāo)信 息，進(jìn)而實現(xiàn)對單球體臨近空間飛行器的定位。
[0042] 本實施例中，所述GPS探空裝置8包括多個第一GPS探空儀8-1，并且多個所述第一 GPS探空儀8-1在水平方向上沿單球體臨近空間飛行器封閉球囊1的圓周方向間隔布設(shè)，運(yùn) 樣，無論該單球體臨近空間飛行器在臨近空間內(nèi)的姿態(tài)如何變化，總有一個第一 GI^探空儀 8-1與地面接收機(jī)9保持通信，有效確保地面接收機(jī)9能夠?qū)崟r接收到從單球體臨近空間飛 行器上第一 GI^探空儀8-1發(fā)送的信息，進(jìn)而能夠有效確保對單球體臨近空間飛行器的定位 和跟蹤。同時，多個GPS探空儀協(xié)同工作，有效的提高了對單球體臨近空間飛行器的定位精 度。
[0043] 本實施例中，所述第一GPS探空儀8-1的數(shù)量為S個，S個所述第一GPS探空儀8-1 沿所述封閉球囊1的圓周方向互成120°布設(shè)。
[0044] 本實施例中，將第一 GPS探空儀8-1的數(shù)量定為S個，且S個第一 GPS探空儀8-1在 水平方向上沿單球體臨近空間飛行器封閉球囊1的圓周方向互成120°布設(shè)，運(yùn)樣能夠W最 少的GI^探空儀數(shù)量，實現(xiàn)該單球體臨近空間飛行器在臨近空間內(nèi)的姿態(tài)如何變化，總有一 個第一GI^探空儀8-1與地面接收機(jī)9保持通信的目的。
[0045] 如圖4所示，所述GI^探空裝置8包括第二GPS探空儀8-2,所述第二GPS探空儀8-2安 裝在單球體臨近空間飛行器的吊艙2上。
[0046] 本實施例中，通過設(shè)置第二GPS探空儀8-2,能夠有效的對單球體臨近空間飛行器 的吊艙2位置進(jìn)行有效的定位，在使用時，第二GI^探空儀8-2接收四顆GI^衛(wèi)星7發(fā)送的四組 衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息，同時所述第二GI^探空儀8-2采集環(huán)境氣象參數(shù)，并將所述環(huán)境氣象參 數(shù)和所述四組衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息發(fā)送至地面接收機(jī)9,地面接收機(jī)9接收到所述環(huán)境氣象參 數(shù)和所述四組衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息后，并將所述環(huán)境氣象參數(shù)和所述四組衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息 發(fā)送給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)10,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)10接收到所述環(huán)境氣象參數(shù)和所述四組衛(wèi)星空間坐 標(biāo)信息后，根據(jù)所述四組衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息計算出所述第二GPS探空儀8-2的空間坐標(biāo)信 息，進(jìn)而實現(xiàn)對單球體臨近空間飛行器的定位。在對單球體臨近空間飛行器跟蹤過程中，發(fā) 現(xiàn)第二GPS探空儀8-2的空間坐標(biāo)信息與第一 GPS探空儀8-1的空間坐標(biāo)信息之間的差值超 過第二GI^探空儀8-2與第一 GPS探空儀8-1實際位置范圍時，可W判斷吊艙2處于墜落狀態(tài)， 可W根據(jù)第二GPS探空儀8-2的空間坐標(biāo)信息的變化獲知吊艙2的掉落地點，避免吊艙2丟 失。
[0047] 結(jié)合圖4和圖5,本實施例中，所述封閉球囊1的外側(cè)面設(shè)置有多個用于盛裝所述第 一 GI^探空儀8-1的盛裝袋11，所述盛裝袋11與所述第一 GI^探空儀8-1-一對應(yīng)。
[0048] 本實施例中，通過設(shè)置盛裝袋11，進(jìn)而能夠有效的實現(xiàn)了第一GPS探空儀8-1在封 閉球囊1上的安裝和拆卸。
[0049] 如圖5所示，所述盛裝袋11包括固定在所述封閉球囊1的金屬鍛膜1-1上的袋體11- 1，所述袋體11-1上端設(shè)置有供所述第一 GPS探空儀8-1裝入其內(nèi)的開口 11-2,所述袋體11-1 上端連接有用于封閉所述開口 11-2的袋蓋11-3,所述袋蓋11-3與所述袋體11-1用粘扣帶 11-4相連接。
[0050] 本實施例中，采用運(yùn)種特殊設(shè)計的盛裝袋11，能夠快速、方便的實現(xiàn)第一 GPS探空 儀8-1的安裝，通過粘扣帶11-4將袋蓋11-3與袋體11-1連接，避免第一 GPS探空儀8-1掉出 來，并且還可W使第一 GPS探空儀8-1從袋體11-1上端的開口 11-2伸出來。
[0051 ]本實施例中，該實時跟蹤系統(tǒng)在具體使用時，由于GPS衛(wèi)星7的時間與GI^探空儀的 時間存在一個時鐘誤差t，加上GPS探空儀的S維位置共計四個變量，因此，需要四顆W上的 衛(wèi)星信號才能給GPS探空儀定位。W下是數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)10對GPS探空儀空間位置的計算過 程：
[0化2]在地屯、坐標(biāo)系中，四顆衛(wèi)星的衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息分別為(Xi，Yi，Zi)、（X2，Y2，Z2)、 (X3，Y3，Z3)、（X4，Y4，Z4)，設(shè)GPS探空儀的空間坐標(biāo)信息為(x，y，z)，Tl、T2、T3分別為衛(wèi)星發(fā)送 信號時間，T/、T2^、T3^、T/分別為對應(yīng)接收信號時間，C為電磁波傳播速度，則：
[(
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[0069]
[0070]
[0071]
[0072]
[0073] r=m-nk+pj
[0074] s = ng+pi+q
[0075] A=l+k^+j-c^r^
[0076] R -Ov-I - 9nO'"!"-*9<v I -I -9。21^。_|_9。2十1_|^
[0077]
[0078] W上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明 技術(shù)實質(zhì)對W上實施例所作的任何簡單修改、變更W及等效結(jié)構(gòu)變換，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括： 至少四顆GPS衛(wèi)星(7)，每顆GPS衛(wèi)星(7)將其衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息發(fā)送出去； GPS探空裝置(8)，用于接收所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和收集環(huán)境氣象參數(shù)，并發(fā)送所述 衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述環(huán)境氣象參數(shù)； 地面接收機(jī)(9)，用于接收所述GPS探空裝置(8)發(fā)出的所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述 環(huán)境氣象參數(shù)，并輸出所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所述環(huán)境氣象參數(shù)； 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（10)，用于接收所述地面接收機(jī)(9)輸出的所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息和所 述環(huán)境氣象參數(shù)，并根據(jù)所述衛(wèi)星空間坐標(biāo)信息計算得出GPS探空儀的空間坐標(biāo)信息，進(jìn)而 實現(xiàn)單球體臨近空間飛行器的定位； 所述GPS探空裝置(8)包括多個第一 GPS探空儀(8-1)，多個所述第一 GPS探空儀(8-1)在 水平方向上沿單球體臨近空間飛行器封閉球囊（1)的圓周方向間隔布設(shè)，至少一個第一 GPS 探空儀(8-1)與所述地面接收機(jī)(9)保持通信。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于:所述第一 GPS探空儀(8-1)的數(shù)量為三個，三個所述第一 GPS探空儀(8-1)沿所述封 閉球囊（1)的圓周方向互成120°布設(shè)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于:所述GPS探空裝置(8)還包括第二GPS探空儀(8-2)，所述第二GPS探空儀(8-2)安裝 在單球體臨近空間飛行器的吊艙(2)上。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于:所述封閉球囊（1)的外側(cè)面設(shè)置有多個用于盛裝所述第一 GPS探空儀(8-1)的盛裝 袋(11 )，所述盛裝袋(11)與所述第一 GPS探空儀(8-1) -一對應(yīng)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種單球體臨近空間飛行器飛行試驗用實時跟蹤系統(tǒng)，其特 征在于:所述盛裝袋（11)包括固定在所述封閉球囊（1)的金屬鍍膜（1-1)上的袋體（11-1)， 所述袋體(11-1)上端設(shè)置有供所述第一GPS探空儀(8-1)裝入其內(nèi)的開口（11-2)，所述袋體 (11-1)上端連接有用于封閉所述開口（11-2)的袋蓋（11-3)，所述袋蓋（11-3)與所述袋體 (11-1)用粘扣帶（11-4)相連接。
【文檔編號】G01S19/42GK105954763SQ201610182531
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月28日
【發(fā)明人】關(guān)軍, 唐敬, 任莉, 王建華, 秦洪才, 韓燕 , 鄭偉靜, 文元宏, 王樸軍, 趙久權(quán), 石鵬飛
【申請人】中國人民解放軍63655部隊