一種基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括接收天線單元、處理器單元、發(fā)射天線單元、載具氣球、三軸云臺(tái)、電源、系留纜和地面站。本發(fā)明是基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)手段，使用兩套頻率不同的通信天線利用解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)良好的信號(hào)覆蓋及遠(yuǎn)距離傳輸能力；氣球?yàn)檩d具實(shí)現(xiàn)一定程度上的抗惡劣天氣能力，可由運(yùn)載機(jī)運(yùn)送到特定作業(yè)目的地，忽略地形對(duì)于進(jìn)入和部署地點(diǎn)的影響，同時(shí)可在災(zāi)害多發(fā)區(qū)周邊貯備部署。
【專利說明】一種基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)系統(tǒng)及方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】： 本發(fā)明屬于氣球通訊領(lǐng)域，特別是涉及一種基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)系統(tǒng) 及方法。
[0002]

【背景技術(shù)】： 災(zāi)后應(yīng)急通訊恢復(fù)技術(shù)一直是各國研究開發(fā)的重要項(xiàng)目，我國的災(zāi)后應(yīng)急通訊技術(shù)主 要基于大型地面通訊基站，其運(yùn)輸方式主要為汽車運(yùn)輸，在泥石流、地震等災(zāi)害對(duì)當(dāng)?shù)氐牡?形造成重大改變后，不能在第一時(shí)間內(nèi)對(duì)災(zāi)區(qū)的通訊系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)。同時(shí)我國的災(zāi)后應(yīng)急 通訊恢復(fù)技術(shù)還受制于多種因素，比如大型通訊設(shè)備通常笨重不堪、攜帶不易，在救援展開 過程中拖累搜救活動(dòng)的進(jìn)行，因而在72小時(shí)黃金救助時(shí)間內(nèi)，搜救活動(dòng)不能及時(shí)展開；大 型的通訊設(shè)備需要專業(yè)人員進(jìn)行操作，培訓(xùn)成本較高，而且通常需要深入到高危地段作業(yè)， 作業(yè)人員的人身安全通常不能得到有效保證。
[0003] 災(zāi)后通訊恢復(fù)會(huì)受到多種因素的影響。比如大型設(shè)備不方便攜帶、地形不適宜設(shè) 備部署、專業(yè)人員培訓(xùn)成本過高。針對(duì)這些不同影響因素，我們?cè)O(shè)計(jì)相對(duì)應(yīng)的解決措施。
[0004] 雖然系留氣球的發(fā)展已有較久的歷史，但是系留氣球一直并未運(yùn)用到通訊手段 上，直到最近幾年，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展解決了氣球的提升重量限制、空中用電及穩(wěn)定等問 題，從而使系留氣球在通信用途上獲得很大發(fā)展。但至今尚無將系留氣球用于民用應(yīng)急通 訊恢復(fù)的技術(shù)手段；更無基于氣球?yàn)檩d具的轉(zhuǎn)換頻段的應(yīng)急通信恢復(fù)手段。本發(fā)明創(chuàng)新性 的采用一種基于通信系留氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)手段。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明為了克服現(xiàn)有應(yīng)急恢復(fù)手段展開速度不足和部署條件要求苛刻，特設(shè)計(jì)一種新 的應(yīng)急通信恢復(fù)系統(tǒng)和方法，具有較快的展開速度和寬泛的部署條件；本發(fā)明創(chuàng)新性地采 用氣球?yàn)檩d具，并在接受信號(hào)后轉(zhuǎn)換頻段發(fā)射。
[0006] 本發(fā)明提供一種基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括接收天 線單元、處理器單元、發(fā)射天線單元、載具氣球、三軸云臺(tái)、電源、系留纜和地面站； 其中，所述氣球通過系留纜與地面站相連，所述接收天線單元懸掛在氣球下方，包括三 面平板天線和防雨箱，所述發(fā)射天線通過三軸云臺(tái)固定于防雨箱上，所述三面平板天線由 線纜將接收信號(hào)傳輸至置于防雨箱內(nèi)的處理器單元中進(jìn)行處理； 進(jìn)一步地，所述載具氣球由采用氣象氣球，充滿氦氣浮空，氣球表面涂有熒光材料，氣 球下方裝有ABS塑料節(jié)流閥； 進(jìn)一步地，三面平板天線均為GSM天線，傾斜安裝在防雨箱上；每個(gè)天線各負(fù)責(zé)120度 范圍內(nèi)信號(hào)的接收工作；所述防雨箱為倒三棱臺(tái)形狀，由ABS工程塑料制成； 進(jìn)一步地，其中處理器單元包括信號(hào)解碼編碼子單元、天線監(jiān)控子單元和氣球信息監(jiān) 控子單元；所述信號(hào)解碼編碼子單元將手機(jī)發(fā)射GSM頻段的短信rou串獲取后加載在甚高 頻載波上發(fā)射給遠(yuǎn)方基站；所述天線監(jiān)控子單元將接收與天線相關(guān)的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括 工作溫度、當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、空氣濕度、路端電壓；所述氣球監(jiān)控子單元監(jiān)控氣球數(shù)據(jù)，包括球內(nèi)氣 體壓強(qiáng)、球外大氣壓強(qiáng)、系留纜拉力； 進(jìn)一步地，所述發(fā)射天線為八木天線； 進(jìn)一步地，三軸云臺(tái)與陀螺儀相連，自動(dòng)在儀器晃動(dòng)時(shí)保持平衡； 進(jìn)一步地，所述地面站包括高壓氦氣瓶、電池組、系留纜棘輪、主機(jī)處理器、顯示屏和天 線容納空間； 進(jìn)一步地，所述電源為系統(tǒng)提供電壓，電源為24V鋰電池。
[0007] 本發(fā)明是基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)手段，使用頻率為900MHz的平板 接收天線與50- 100MHz的八木發(fā)射天線，利用解碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)良好的信號(hào)覆蓋及遠(yuǎn)距離傳 輸能力。氣球?yàn)檩d具實(shí)現(xiàn)一定程度上的抗惡劣天氣能力，可由運(yùn)載機(jī)運(yùn)送到特定作業(yè)目的 地，忽略地形對(duì)于進(jìn)入和部署地點(diǎn)的影響，同時(shí)可在災(zāi)害多發(fā)區(qū)周邊貯備部署。
[0008] 本發(fā)明的整套系統(tǒng)用于震后等人員無法及時(shí)進(jìn)入的大面積手機(jī)信號(hào)中斷的應(yīng)急 恢復(fù)。該套系統(tǒng)可由地面站控制，經(jīng)過簡單的培訓(xùn)，單人即可完成對(duì)整套系統(tǒng)的控制和操 作。
[0009]

【專利附圖】

【附圖說明】： 圖1為本發(fā)明的整套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)安裝詳圖； 圖3為本發(fā)明的安裝效果圖。
[0010]

【具體實(shí)施方式】： 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同 或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描 述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0011] 本發(fā)明的整套系統(tǒng)包括接收天線單元、處理器單元、發(fā)射天線單元、載具氣球、三 軸云臺(tái)、電源、系留纜和地面站。
[0012] 該發(fā)明的載具氣球由梨形氣象氣球改造而成，充滿氦氣浮空。氣球表面涂有熒光 材料，夜間目標(biāo)明顯，減少撞機(jī)事故的發(fā)生。氣球下方裝有ABS塑料節(jié)流閥，控制重量的同 時(shí)有效控制氦氣補(bǔ)入。
[0013] 其中接收天線單元包括三面平板天線、防雨箱。接收天線單元懸掛在氣球下方，三 面平板天線均為GSM天線，每個(gè)天線各負(fù)責(zé)120度的信號(hào)接收工作，傾斜安裝在防雨箱上； 防雨箱為倒三棱臺(tái)形狀，ABS工程塑料，質(zhì)量輕、防水性好、廉價(jià)。三面平板天線由線纜將接 收信號(hào)傳輸至后方的處理器中進(jìn)行處理。
[0014] 處理器單元為基于搭載intel i3電腦主板，置于天線后方的防雨箱中。處理器單 元包括信號(hào)解碼編碼子單元、天線監(jiān)控子單元和氣球信息監(jiān)控子單元三部分。
[0015] 信號(hào)解碼編碼子單元為自主研發(fā)，支持短信服務(wù)，在功率一定的情況下最大程度 擴(kuò)大工作范圍。由于廣泛使用的GSM頻段為900MHz與1800MHz，頻率較高，致使其無法長距 離傳輸信號(hào)。該子單元將手機(jī)發(fā)射GSM頻段的短信PDU串獲取后加載在甚高頻載波上發(fā)射 給遠(yuǎn)方基站，能保證良好質(zhì)量與較大范圍的的短信服務(wù)支持。所轉(zhuǎn)換的頻率根據(jù)實(shí)際情況 可調(diào)，為 50MHz-ΙΟΟΜΗζο
[0016] 天線監(jiān)控子單元為自主研發(fā)，負(fù)責(zé)接收與天線的各種數(shù)據(jù)：工作溫度、當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、 空氣濕度、路端電壓，當(dāng)路端電壓較低時(shí)自動(dòng)報(bào)警。記錄數(shù)據(jù)后由線纜送至地面站。其中， 工作溫度由溫度傳感器附著于三面平板天線回傳數(shù)據(jù)所得；風(fēng)速及風(fēng)向由位于防雨箱頂端 的風(fēng)速計(jì)及風(fēng)速計(jì)回傳信號(hào)所得；空氣濕度與路端電壓由傳感器回傳所得；所有所得數(shù)據(jù) 由主板處理后在地面站顯示，有助于操作人員及時(shí)獲取天線數(shù)據(jù)。
[0017] 氣球監(jiān)控子單元為自主研發(fā)，主要監(jiān)控氣球數(shù)據(jù)：球內(nèi)氣體壓強(qiáng)、球外大氣壓強(qiáng)、 系留纜拉力，用于控制節(jié)流閥充放氣體；各項(xiàng)數(shù)據(jù)由相關(guān)傳感器獲取后傳給主板，處理后由 線纜送至地面站。
[0018] 發(fā)射天線為八木天線，在滿足較輕的結(jié)構(gòu)重量的同時(shí)滿足高增益，實(shí)現(xiàn)良好的點(diǎn) 對(duì)點(diǎn)通信；當(dāng)信號(hào)解碼編碼子單元將信號(hào)處理后，由線纜交給發(fā)射天線發(fā)射。八木天線安裝 高于接收天線，以避免電磁信號(hào)干擾，通過三軸云臺(tái)固定于防雨箱上，以提高通信質(zhì)量與對(duì) 準(zhǔn)遠(yuǎn)方接收端的精度。三軸云臺(tái)與陀螺儀相連，自動(dòng)在儀器晃動(dòng)時(shí)保持平衡。
[0019] 氣球有兩種系留方式： 1)在場地風(fēng)速低于5米每秒時(shí)，采用單纜系留方式。系留纜為直徑4毫米的高強(qiáng)度繩 索、銀質(zhì)輸電線、銅質(zhì)信息傳遞線、橡膠輸氣管組成，上端系留于防雨箱下方，下端通過棘輪 與地面站相連，最大長度100米。釋放時(shí)，位于下方的高壓氦氣迅速?zèng)_入氣球，氣球向上飛 起，帶出纜線，達(dá)到預(yù)定高度時(shí)棘輪自動(dòng)固定鎖住。
[0020] 2)在場地風(fēng)速高于5米每秒時(shí)，采用四纜系留方式。除與相同的主纜外，在氣球 上有三根副纜與其相連。副纜系留于氣球上，各成120度連接。副纜直徑3毫米，最大長度 150米。釋放時(shí)，與【0019】相同，棘輪鎖住后人工固定三條副纜于地面，使三點(diǎn)呈等邊三角 形，最大程度加強(qiáng)抗風(fēng)性能。
[0021] 氣球回收時(shí)，于地面站啟動(dòng)回收程序，節(jié)流閥自動(dòng)緩慢放氣，使氣球緩慢下降，棘 輪在人力下回收入地面站。如副纜使用，則回收完氣球后，人工回收副纜，盤好后收入地面 站。
[0022] 地面站由高壓氦氣瓶、電池組、系留纜棘輪、主機(jī)處理器、顯示屏、天線容納空間組 成。電池組為高容量鋰電池，支持整套系統(tǒng)工作26小時(shí)，介于災(zāi)難發(fā)生后24小時(shí)地面大型 通信恢復(fù)設(shè)備可部署到位，故本系統(tǒng)只支持26小時(shí)工作。
[0023] 電源為24V鋰電池。
[0024] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案提供一種基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)手段，該手 段運(yùn)用具有自主開發(fā)的釋放-回收系統(tǒng)的通訊氣球，可反復(fù)使用，氣球在目標(biāo)地點(diǎn)上空1〇〇 米左右作業(yè)，能夠保持較廣的覆蓋面積、較快的展開速度以及較寬泛部署條件。
【權(quán)利要求】
1. 一種基于通信氣球?yàn)檩d具的應(yīng)急通信恢復(fù)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括接收天 線單元、處理器單元、發(fā)射天線單元、載具氣球、三軸云臺(tái)、電源、系留纜和地面站。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述氣球通過系留纜與地面站相連，所述 接收天線單元懸掛在氣球下方，包括三面平板天線和防雨箱，所述發(fā)射天線通過三軸云臺(tái) 固定于防雨箱上，所述三面平板天線由線纜將接收信號(hào)傳輸至置于防雨箱內(nèi)的處理器單元 中進(jìn)行處理。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述載具氣球由采用氣象氣球，充滿氦氣 浮空，氣球表面涂有熒光材料，氣球下方裝有ABS塑料節(jié)流閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，三面平板天線均為GSM天線，頻率為 900MHz，傾斜安裝在防雨箱上；每個(gè)天線各負(fù)責(zé)120度范圍內(nèi)信號(hào)的接收工作；所述防雨箱 為倒三棱臺(tái)形狀，由ABS工程塑料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，其中處理器單元包括信號(hào)解碼編碼子單 元、天線監(jiān)控子單元和氣球信息監(jiān)控子單元；所述信號(hào)解碼編碼子單元將手機(jī)發(fā)射GSM頻 段的短信rou串獲取后加載在甚高頻載波上發(fā)射給遠(yuǎn)方基站；所述天線監(jiān)控子單元將接收 與天線相關(guān)的數(shù)據(jù)，所述數(shù)據(jù)包括工作溫度、當(dāng)?shù)仫L(fēng)速、空氣濕度、路端電壓；所述氣球監(jiān)控 子單元監(jiān)控氣球數(shù)據(jù)，包括球內(nèi)氣體壓強(qiáng)、球外大氣壓強(qiáng)、系留纜拉力。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)射天線為八木天線，頻率為50- ΙΟΟΜΗζο
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，三軸云臺(tái)與陀螺儀相連，自動(dòng)在儀器晃動(dòng) 時(shí)保持平衡。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述地面站包括高壓氦氣瓶、電池組、系 留纜棘輪、主機(jī)處理器、顯示屏和天線容納空間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述電源為系統(tǒng)提供電壓，電源為24V鋰 電池。
【文檔編號(hào)】H04W4/22GK104159208SQ201410398558
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】趙嘉珩, 李 赫, 彭博, 劉鑫, 張佳奇 申請(qǐng)人:趙嘉珩, 李 赫, 彭博, 劉鑫, 張佳奇