大型飞艇气囊变形量的测量方法、测量系统及大型飞艇与流程

1.本发明涉及平流层飞艇技术领域，具体涉及一种大型飞艇气囊变形量的测量方法、测量系统及大型飞艇。


背景技术：

2.大型飞艇具有非常广泛的军事及民用价值，例如在导弹防御、通信、遥感、空间观测和大气测量等方面都具有极大的应用价值。
3.大型飞艇的气囊填充以密度比空气小的浮升气体借以产生浮力使飞艇升空。如图1所示，图1的飞艇包括了空气囊2和氦气囊1，通过向氦气囊1内充入氦气，使得飞艇升空。在飞行过程中，受到外部环境及自身压力变化，气囊会引起外形上的变化，外形变化过大会影响飞艇飞行性能及安全性。因此，需要采取技术手段采集飞艇的气囊的数据，为飞行操作、使用提供依据。
4.现有的技术方案是利用差压传感器测量飞艇气囊内部与外界压差数据。在飞艇上布置多个测量点，采集气囊内外气压差信息，通过压差数据来推算气囊状态及变形量。通过差压传感器检测压差方式进行气囊变化检测，无法实时给出气囊变形量信息，且无具体检测精度数据，只能得到气囊大致变化趋势。
5.因此，亟需开发一种大型飞艇气囊变形量的测量方法，实现气囊变形量的可量化、精确化的测量。
6.在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

7.本发明提供一种大型飞艇气囊变形量的测量方法、测量系统及大型飞艇，进而至少在一定程度上克服由于现有技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
8.本发明的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本发明的实践而习得。
9.根据本发明的第一方面，本发明公开一种大型飞艇气囊变形量的测量方法，包括以下步骤：
10.所述大型飞艇包括气囊和位于气囊下方的吊舱；
11.在吊舱上设置一基准点，在气囊上设置两个以上测量点；
12.持续接收该基准点和两个以上的测量点的定位信号并获得每一个测量点前后两次测量中相对于该基准点变化的位置，从而得到囊体的变形量。
13.根据本发明一示例实施方式，所述两个以上测量点包括第一测量点和第二测量点，所述第一测量点位于气囊的前端，所述第二测量点位于气囊的后端。
14.根据本发明一示例实施方式，所述第一测量点和第二测量点均位于气囊的轴线上。
15.根据本发明一示例实施方式，所述持续接收该基准点和两个以上的测量点的定位信号并获得每一个测量点前后两次测量中相对于该基准点变化的位置的方法包括：通过实时动态载波相位差分技术获得测量点相对于基准点的距离变化量。
16.根据本发明一示例实施方式，所述通过实时动态载波相位差分技术获得测量点相对于基准点的距离变化量的方法包括在基准点处的基准站接收机接收基准点的定位信号并解算基准点的位置信息，同时向每个测量点处的移动站接收一体机发送双频载波相位修正信息，每个移动站接收一体机接收该测量点的定位信号并通过该测量点的定位信号和双频载波相位修正信息进行解算，获得每个测量点相对于基准点位置的坐标信息。
17.作为本发明的第二方面，本发明公开一种大型飞艇气囊变形量的测量系统，包括：基准站接收机和两个以上移动站接收一体机；所述大型飞艇包括气囊和位于气囊下方的吊舱；
18.所述基准站接收机设置在吊舱上，用于接收基准点的定位信号并解算出基准点的位置信息；
19.所述两个以上移动站接收一体机设置在气囊上，用于接收测量点的定位信号，并获得每一个测量点前后两侧测量中相对于该基准点变化的位置。
20.根据本发明一示例实施方式，所述测量系统根据所述测量方法进行测量。
21.根据本发明一示例实施方式，所述基准站接收机和每个移动站接收一体机均连接，
22.所述基准站接收机还用于向每个移动站接收一体机发送双频载波相位修正信息；
23.每个移动站接收一体机还用于接收双频载波相位修正信息，每个移动站接收一体机通过该测量点的定位信号和双频载波相位修正信息进行解算，从而获得每一个测量点前后两侧测量中相对于该基准点变化的位置。
24.根据本发明一示例实施方式，所述基准站接收机包括第一接收天线、第一卫星接收模块和第一信息处理模块；所述第一接收天线和第一卫星接收模块连接，用于接收gps和/或北斗的定位信号，并将定位信号发送给第一卫星接收模块；所述第一卫星接收模块与第一信息处理模块连接，用于解算出基准点的位置信息，将位置信息发给第一信息处理模块，还向移动站接收一体机发送双频载波相位修正信息；所述第一信息处理模块接收基准点的位置信息以及接收测量点相对于基准点变化的位置；
25.所述移动站接收一体机包括第二接收天线、第二卫星接收模块；所述第二接收天线和第二卫星接收模块连接，用于接收gps和/或北斗的定位信号，并将定位信号发送给第二卫星接收模块；所述第二卫星接收模块用于接收双频载波相位修正信息，并解算出测量点相对于基准点变化的位置，将测量点相对于基准点变化的位置发给第一信息处理模块。
26.根据本发明一示例实施方式，所述第一信息处理模块还用于根据基准点的位置信息以及接收测量点相对于基准点变化的位置得到基准点和测量点的位置信息、气囊变形数据。
27.根据本发明一示例实施方式，所述移动站接收一体机还包括第二信息处理模块，所述第二信息处理模块与第二卫星接收模块连接，该第二信息处理模块可对第二卫星接收模块进行配置。
28.根据本发明一示例实施方式，所述第一信息处理模块还可对第一卫星接收模块进
行配置。
29.根据本发明一示例实施方式，其中一个移动站接收一体机设置在气囊的前端并位于气囊的轴线上，其中另一个移动站接收一体机设置在气囊的后端并位于气囊的轴线上。
30.根据本发明一示例实施方式，所述测量系统还包括用户端，该用户端与第一信息处理模块连接，用于接收基准点和测量点的位置信息、气囊变形数据。
31.根据本发明一示例实施方式，所述测量系统还包括电源管理模块，所述用户端通过该模块向基准站接收机、移动站接收一体机提供电源。
32.根据本发明的第三方面，本发明公开一种大型飞艇，包括所述的测量系统、气囊和位于气囊下方的吊舱；
33.所述测量系统的基准站接收机设置在吊舱上；所述两个以上移动站接收一体机中，其中一个移动站接收一体机设置在气囊的前端并位于气囊的轴线上，其中另一个移动站接收一体机设置在气囊的后端并位于气囊的轴线上。
34.本发明的有益效果是：
35.本发明通过基准点和测量点相对位置的变化，解决了大型飞艇气囊变形量测量这一技术问题，实现飞艇气囊变形量的可量化、精确化测量，以气囊变形量为依据，实现平流层飞艇定点飞行、自主控制以及飞艇艇内外压力差的控制。
附图说明
36.通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。
37.图1示出了现有技术中大型飞艇的结构图。
38.图2示出了第一个实施方式大型飞艇的结构图。
39.图3示出了测量系统的结构图。
40.图4示出了基准站接收机的结构图。
41.其中，1—氦气囊，2—空气囊，3—基准站接收机，4—吊舱，5—气囊，6—移动站接收一体机，a—第一测量点，b—第二测量点，c—基准点。
具体实施方式
42.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明的描述将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。
43.此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法、实现或者操作以避免喧宾夺主而使得本发明的各方面变得模糊。
44.作为本发明的第一种实施方式，本发明的目的在于公开一种大型飞艇，如图2所示，包括：大型飞艇气囊变形量的测量系统、气囊5和位于气囊5下方的吊舱4。
45.如图3所示，测量系统包括基准站接收机3、两个以上移动站接收一体机6、多根数据线缆、多根电源线缆、用户端和电源管理模块。基准站接收机3固定在吊舱4上，优选位于吊舱4的前部，固定的位置为基准点c。本方案以两个移动站接收一体机6为例，为了实现更精确的测量，可以设置3个、5个或更多的移动站接收一体机6。如图2所示，图中的左右两侧即为气囊5的前后两侧分别设置了移动站接收一体机6，位于左侧的移动站接收一体机6固定在气囊5的前端并位于气囊5的轴线上，该位置为第一测量点a。位于右侧的移动站接收一体机6固定在气囊5的后端并位于气囊5的轴线上，该位置为第二测量点b。如图3所示，用户端通过电源管理模块向基准站接收机3和移动站接收一体机6提供电源，电源管理模块通过电源线缆与基准站接收机3、移动站接收一体机6连接。基准站接收机3与移动站接收一体机6、用户端均通过数据线缆连接，基准站接收机3接收基准点c的定位信号并解算出基准点c的位置信息、向每个移动站接收一体机6发送双频载波相位修正信息，移动站接收一体机6利用接收天线接收的卫星信号和c点输入的修正信息(即双频载波相位修正信息)进行高精度差分融合解算，最终获得高精度的相对c点位置的坐标信息并发送给基准站接收机3，基准站接收机3根据基准点c的位置信息以及移动站接收一体机6的位置信息利用移动站相对于基准点c的位置及距离的变化量数据得到艇体运动航向数据、气囊5变形数据，并传输给用户端。
46.根据组件集成设计和模块化设计理念，减少设备安装和对接接口的复杂性，基准站接收机3和移动站接收一体机6可以采用统一的组件集成化封装处理，在硬件设计上完全一致，使用时对不同的接收机进行相应配置。由于基准站接收机3和移动站接收一体机6的结构基本相同，下文通过“第一”、“第二”对组件内的模块加以区别。
47.图4的虚线框内为基准站接收机3的结构图，基准站接收机3包括第一接收天线(即卫星天线)、第一卫星接收模块(即卫星接收模块)、第一信息处理模块(即信息处理模块)和电源模块。第一接收天线和第一卫星接收模块连接，用于接收gps和/或北斗的卫星定位信号，并将定位信号发送给第一卫星接收模块。第一卫星接收模块与第一信息处理模块连接，用于根据定位信号解算出基准点c的位置信息，将位置信息发给第一信息处理模块，解算的同时还向移动站接收一体机6发送双频载波相位修正信息。第一信息处理模块接收基准点c的位置信息以及接收移动站接收一体机6发送的测量点相对于基准点c变化的位置(即为图中的移动站相对位置数据输入)、求解出基准点c和测量点的位置信息、通过变形测量算法求解得到气囊5变形数据、求解出艇体运动航向数据，并将求解出的数据传输给用户端。第一信息处理模块还用于配置第一卫星接收模块，通过向第一卫星接收模块发送指令，将该集成化的组件设置为基准站，以实现基准站的功能。电源模块为第一卫星接收模块和第一信息处理模块提供电源。
48.移动站接收一体机6包括：第二接收天线、第二卫星接收模块、第二信息处理模块和电源模块。第二接收天线和第二卫星接收模块连接，用于接收gps和/或北斗的卫星定位信号，并将定位信号发送给第二卫星接收模块。第二卫星接收模块用于接收双频载波相位修正信息，并解算出测量点相对于基准点c变化的位置，将测量点相对于基准点c变化的位置发给第一信息处理模块。第二信息处理模块将测量点相对于基准点c变化的位置发送给第一信息处理模块，第二信息处理模块还用于配置第二卫星接收模块，通过向第二卫星接收模块发送指令，将该集成化的组件设置为移动站，以实现移动站的功能。电源模块为第二
卫星接收模块和第二信息处理模块提供电源。
49.通过信息处理模块的配置功能，实现基准站和移动站功能的转换。图4中卫星接收模块上方的双向箭头表示，作为基准站时卫星接收模块可发送双频载波相位修正信息，作为移动站时双频载波相位修正信息可接收双频载波相位修正信息。图4中信息处理模块右侧的单向箭头表示，当该接收机为基准站接收机3时，可接收移动站相对位置信息，并对信息进行运算，输出气囊5变形数据。
50.采用上述测量系统对大型飞艇气囊变形量进行测量，方法如下：
51.在吊舱4上设置一基准点c，在气囊5上设置两个以上测量点(包括第一测量点a和第二测量点b)；
52.持续接收该基准点c和两个以上的测量点的定位信号并获得每一个测量点前后两次测量中相对于该基准点c变化的位置，从而得到气囊5的变形量。
53.具体地，在吊舱4的基准点c处固定基准站接收机3,在气囊5的前端的第一测量点a处固定移动站接收一体机6，在气囊5的后端的第二测量点b处固定移动站接收一体机6。还可以在气囊5的其他地方固定移动站接收一体机6。其中，第一测量点a位于气囊5的前端，第二测量点b位于气囊5的后端,第一测量点a和第二测量点b均位于气囊5的轴线上。
54.由于气囊5为柔性结构，在运动过程中会出现变形的情况，本方案通过相对定位的方式获取变形数据，具体地，本方案采用基于gps/北斗接收机高精度动态rtk(real time kinematic)差分方法，利用卫星信号双频载波相位测量技术来求解高精度位置信息，然后通过后台变形测量算法求解所需艇体变形数据。rtk(real time kinematic)差分：即实时动态载波相位差分技术。一般情况下，实现rtk差分需要采用两台gps/北斗接收机同时工作，一台放置在已知坐标点位上(即基准站)，另一台作为待测点设备(待测点可以是实时移动的载体，即移动站)。移动站通过利用基准站给出的定位修正参数来求解自身位置数据，实现获得精度高的厘米级的位置坐标信息。
55.本方案采用动基准rtk差分模式，在实现过程中，基准参考点的设定是关键。由于气囊5在不同环境下会出现自身形变，这种变形情况是本方案所需测量的数据，因此基准点不适合设置在气囊5上，只能设置在吊舱4上。基准点c在运动过程中不会产生变形而作为艇体的差分基准参考点(即基准点)，在基准点c上设置基准站接收机3，接收gps/北斗卫星信号。第一测量点a、第二测量点b由于在运动过程中会产生变形而被作为艇体的差分移动测量点(即测量点)，在第一测量点a、第二测量点b上设置移动站接收一体机6，接收gps/北斗卫星信号。第一测量点a、第二测量点b设置在气囊5的轴线上，可以同时作为艇体运动航向数据的解算点。
56.本组件采用a、b点相对于c点位置和距离的变化量数据，结合a、b两点间位置和距离的变化量来判断整个气囊5的变形情况。在工作中，基准站接收机3、移动站接收一体机6同时不断地接收卫星信号，在前后的两次测量中，基准站接收机3通过第一接收天线接收基准点c的定位信号，在解算自身位置信息的同时，第一卫星接收模块向第一测量点a、第二测量点b处的移动站接收一体机6的第二卫星接收模块发送双频载波相位修正信息，如在其他测量点安装了移动站接收一体机6，也向其他的移动站接收一体机6的第二卫星接收模块发送双频载波相位修正信息。第一测量点a、第二测量点b的移动站接收一体机6通过第二接收天线接收所在的测量点的定位信号，第二卫星接收模块通过该测量点的定位信号和双频载
波相位修正信息进行高精度差分融合解算，最终获得误差达厘米级的高精度的坐标信息，如有其他测量点，也应当采用同样的方法计算。基准点c根据自身位置信息、a、b点位置信息求x、y、z三轴上的位置变化量数据，定时输出六组数据δx
a-c
、δy
a-c
、δz
a-c
、δx
b-c
、δy
b-c
、δz
b-c
，这六组数据分别表示第一测量点a、第二测量点b两点在x、y、z三个轴向与基准点c点位置的差值。δx
a-c
、δy
a-c
、δz
a-c
、δx
b-c
、δy
b-c
、δz
b-c
六组数据的变化即等效于气囊在x、y、z三个方向上的变形量。x和y为水平方向相互垂直的两个方向，z为竖直方向。
57.第二卫星接收模块将相对基准点c位置的坐标信息通过第二信息处理模块发送给第一信息处理模块，第一信息处理模块求解出基准点c和测量点的位置信息、通过变形测量算法求解得到气囊变形数据、与基准站相对的航向信息，并传输给用户端。
58.通过上述的方法，可以实时精确地计算出飞艇气囊的变形数据，同时通过第一测量点a和第二测量点b与基准点c相对的位置信息，得到艇体运动航向数据，实现飞艇定点飞行、自主控制。
59.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
60.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。