智能气球制造技术

本发明专利技术提出一种智能气球，包括：气球球体；气球阀门，设置在气球球体上，用于在打开时进行智能气球的排气；压载装置，压载装置用于抛卸压载；采集装置，采集装置用于采集环境参数及智能气球的飞行状态信息；控制器，控制器分别与气球阀门、压载装置及采集装置相连，以根据及智能气球的飞行状态信息确定智能气球的飞行模式，并根据飞行模式、环境参数及飞行状态信息对气球阀门和压载装置进行控制。本发明专利技术能够实现对气球的智能升降控制，大大延长了气球的工作寿命，从而使得单次放飞可以获取更多气象数据，并可以对同一高程进行多次测量，提升了测量数据的可靠性，并且，可控制气球安全平稳着陆，达到回收再利用的目的，从而降低了飞行成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及气球的控制与通讯
，特别涉及一种智能气球。
技术介绍
气球是一种能耗低且廉价的飞行器材，在气象、军事、观光、广告宣传方面都有很多应用。气球在气象学中常用来做探测大气的重要工具，人们常利用气球把探空仪器带到高空进行温度、大气压力、湿度、风向、风速等气象要素的测量。气球投资少，成本低，见效快，相对载重量大，携带仪器姿态稳定，观测数据资料精度高，用时短，灵活性大，施放不受地域和气候因素影响。目前，虽然更先进的工具如探空火箭、气象雷达、气象卫星等广泛应用，但探空气球仍是气象研究中不可缺少的大气直接探测工具，常用于作为其他探测仪器标定的数据来源。探空气象站使用的常规气象气球升速一般为6～8m/s，约上升到30km高空后自行爆裂。气球升空后完全自由飞行，地面人员不能对其进行控制，更不能回收再利用。具有飞行时间短，采集信息量少，单次飞行对于某一高程只能进行单次测量，利用率低等弊端。飞艇虽然可以进行人为控制，但体积庞大，若用于普通科学观测过于浪费。小型可控制升降的智能气球还属于空白。同时，目前的航拍遥感工作多由四旋桨或多旋桨飞行器、固定翼无人飞机、通航飞机、卫星等来完成。利用旋桨飞行器进行航拍工作，飞行高度低，覆盖范围小，飞行时间短。利用无人飞机进行航拍，飞行成本高，且同样有飞行高度低，覆盖范围小的缺点。而利用卫星进行航拍，由于飞行高度过高，导致航拍图像分辨率不足。同时，只有卫星经过某区域上空时，才能对该区域进行航拍工作，不能在任意时刻进行，机动性差。气球的飞行高度高于旋桨飞行器与无人飞机且远低于卫星，若利用气球进行航拍可获得范围广于旋桨飞行器、分辨率高于卫星的航拍图像。但是由于气球升空后高度逐渐升高直至爆炸坠落，故不易回收气球航拍图像。且气球不能稳定在某一高程进行稳定工作，即便成功回收气球航拍图像，分辨率也不均匀。故如何利用气球进行稳定的可回收的航拍工作，目前也没有得到很好的解决。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的目的在于提出一种智能气球，能够实现对气球的智能升降控制，大大延长了气球的工作寿命，从而使得单次放飞可以获取更多气象数据，并可以对同一高程进行多次测量，提升了测量数据的可靠性，并且，可控制气球安全平稳着陆，达到回收再利用的目的，从而降低了飞行成本。为了实现上述目的，本专利技术的实施例公开了一种智能气球，包括：气球球体；气球阀门，所述气球阀门设置在所述气球球体上，用于在打开时进行所述智能气球的排气；压载装置，所述压载装置用于抛卸压载；采集装置，所述采集装置用于采集环境参数及所述智能气球的飞行状态信息；控制器，所述控制器分别与所述气球阀门、压载装置及采集装置相连，以根据及所述智能气球的飞行状态信息确定所述智能气球的飞行模式，并根据所述飞行模式、所述环境参数及飞行状态信息对所述气球阀门和压载装置进行控制。另外，根据本专利技术上述实施例的智能气球还可以具有如下附加的技术特征：在一些示例中，所述采集装置包括：温压测量模块，所述温压测量模块用于获取所述气球球体的内外压强，并根据所述内外压强得到气球内外压差；位置测量模块，所述位置测量模块用于获取所述智能气球的经纬度、飞行高度、水平速度、上升速度及下降速度。在一些示例中，所述智能气球的飞行模式包括：升空模式、平稳飞行模式、高度调整模式及安全降落模式，其中，当所述智能气球升空时，进入所述升空模式；当所述飞行高度达到所述目标高度时，进入所述平稳飞行模式；当所述目标高度发生变化时，进入所述高度调整模式；当所述智能气球下降回收时，进入所述安全降落模式。在一些示例中，所述控制器用于：在所述升空模式下，当所述气球内外压差大于预存的内外额定最大压差时，控制所述气球阀门打开以进行排气，以及，当所述飞行高度与所述目标高度的距离小于预设距离时，根据预设控制方式控制所述智能气球趋近所述目标高度，并在达到所述目标高度时控制所述智能气球的上升速度近似为零，以及，当所述上升速度大于预存的额定上升速度时，控制所述气球阀门以预设排气速率进行排气，以使所述上升速度小于或等于所述额定上升速度；在所述平稳飞行模式下，当所述气球内外压差大于所述内外额定最大压差时，控制所述气球阀门打开以进行排气，以及，当所述飞行高度高于所述目标高度预设距离时，控制所述气球阀门以所述预设排气速率进行排气，以使所述飞行高度降低并趋近所述目标高度，且所述智能气球的下降速度近似为零，以及，当所述飞行高度低于所述目标高度预设距离时，控制所述压载装置抛卸部分压载，以使所述飞行高度上升并趋近所述目标高度，且所述上升速度近似为零；在所述高度调整模式下，当所述气球内外压差大于所述内外额定最大压差时，控制所述气球阀门打开以进行排气，以及，当所述飞行高度高于调整后的目标高度预设距离时，控制所述气球阀门以所述预设排气速率进行排气，以使所述飞行高度降低并趋近所述调整后的目标高度，且所述下降速度近似为零，以及，当所述飞行高度低于所述调整后的目标高度预设距离时，控制所述压载装置抛卸部分压载，以使所述飞行高度上升并趋近所述调整后的目标高度，且所述上升速度近似为零；在所述安全降落模式下，当所述气球内外压差大于所述内外额定最大压差时，控制所述气球阀门打开以进行排气，以及，当所述智能气球的降落速度小于预存的额定降落速度下限时，控制所述气球阀门以所述预设排气速率进行排气，以使所述降落速度大于所述额定降落速度下限，以及，当所述降落速度大于预存的额定降落速度上限时，控制所述气球阀门关闭，以使所述降落速度小于所述额定降落速度上限，以及，当所述智能气球的降落时间大于第一预设时间时，控制所述气球阀门关闭，停止排气。在一些示例中，还包括：通讯装置和地面服务器，其中，所述地面服务器用于接收用户输入的控制指令，并将所述控制指令发送至所述通讯装置，并在接收到所述通讯装置传输的所述环境参数和所述智能气球的运行状态及飞行模式后，向所述通讯装置反馈确认指令；所述通讯装置分别与所述采集模块、所述地面服务器和所述控制器相连，用于每隔预设时间间隔将采集的所述环境参数和所述智能气球的运行状态及飞行模式发送给所述地面服务器，并接收所述地面服务器的发送的控制指令和确认指令，并将接收到的所述控制指令发送至所述控制器，以使所述控制器根据所述控制指令切换所述智能气球的飞行模式，并对所述气球阀门和压载装置进行相应控制。在一些示例中，所述通讯装置还用于在第三预设时间内未接收到所述确认指令时，向所述控制器发送预设控制指令，以使所述控制器根据所述预设控制指令控制所述智能气球按照预设方案进行飞行或降落。在一些示例中，还包括：安全监测模块，所述安全监测模块分别与所述地面服务器和控制器相连，用于监测所述控制器的运行状态，并在所述控制器出现故障时，向所述地面服务器发送报警信号，并控制所述气球阀门打开以进行排气。在一些示例中，所述气球阀门包括无压电磁阀和抽气泵，所述无压电磁阀和抽气泵由同一信号控制。在一些示例中，根据权利要求1所述的智能气球，其特征在于，所述压载装置包括：压载容器和舵机，所述压载容器固定连接在所述舵机上，所述控制器控制所述舵机旋转，当所述压载容器的开口端向下时，抛卸压载。在一些示例中，所述控制器为单片机。根据本专利技术实施例的智能气球，具有如下优点：1、能够根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能气球，其特征在于，包括：气球球体；气球阀门，所述气球阀门设置在所述气球球体上，用于在打开时进行所述智能气球的排气；压载装置，所述压载装置用于抛卸压载；采集装置，所述采集装置用于采集环境参数及所述智能气球的飞行状态信息；控制器，所述控制器分别与所述气球阀门、压载装置及采集装置相连，以根据及所述智能气球的飞行状态信息确定所述智能气球的飞行模式，并根据所述飞行模式、所述环境参数及飞行状态信息对所述气球阀门和压载装置进行控制。

【技术特征摘要】
1.一种智能气球，其特征在于，包括：气球球体；气球阀门，所述气球阀门设置在所述气球球体上，用于在打开时进行所述智能气球的排气；压载装置，所述压载装置用于抛卸压载；采集装置，所述采集装置用于采集环境参数及所述智能气球的飞行状态信息；控制器，所述控制器分别与所述气球阀门、压载装置及采集装置相连，以根据及所述智能气球的飞行状态信息确定所述智能气球的飞行模式，并根据所述飞行模式、所述环境参数及飞行状态信息对所述气球阀门和压载装置进行控制。2.根据权利要求1所述的智能气球，其特征在于，所述采集装置包括：温压测量模块，所述温压测量模块用于获取所述气球球体的内外压强，并根据所述内外压强得到气球内外压差；位置测量模块，所述位置测量模块用于获取所述智能气球的经纬度、飞行高度、水平速度、上升速度及下降速度。3.根据权利要求2所述的智能气球，其特征在于，所述智能气球的飞行模式包括：升空模式、平稳飞行模式、高度调整模式及安全降落模式，其中，当所述智能气球升空时，进入所述升空模式；当所述飞行高度达到所述目标高度时，进入所述平稳飞行模式；当所述目标高度发生变化时，进入所述高度调整模式；当所述智能气球下降回收时，进入所述安全降落模式。4.根据权利要求3所述的智能气球，其特征在于，所述控制器用于：在所述升空模式下，当所述气球内外压差大于预存的内外额定最大压差时，控制所述气球阀门打开以进行排气，以及，当所述飞行高度与所述目标高度的距离小于预设距离时，根据预设控制方式控制所述智能气球趋近所述目标高度，并在达到所述目标高度时控制所述智能气球的上升速度近似为零，以及，当所述上升速度大于预存的额定上升速度时，控制所述气球阀门以预设排气速率进行排气，以使所述上升速度小于或等于所述额定上升速度；在所述平稳飞行模式下，当所述气球内外压差大于所述内外额定最大压差时，控制所述气球阀门打开以进行排气，以及，当所述飞行高度高于所述目标高度预设距离时，控制所述气球阀门以所述预设排气速率进行排气，以使所述飞行高度降低并趋近所述目标高度，且所述智能气球的下降速度近似为零，以及，当所述飞行高度低于所述目标高度预设距离时，控制所述压载装置抛卸部分压载，以使所述飞行高度上升并趋近所述目标高度，且所述上升速度近似为零；在所述高度调整模式下，当所述气球内外压差大于所述内外额定最大压差时，控制所述气球阀门打开以进行排气，以及，当所述飞行高度高于调整后的目标高度预设距离时，控制所述气球阀门以所述预设排气速率进行排气，以使所述飞行高...

【专利技术属性】
技术研发人员：李铁键，苏洋，陈科迪，傅汪，魏强强，李家叶，王光谦，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11