平流层飞艇无线通信系统演示教学
平流层飞艇无线通信系统 精品文档
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 平流层飞艇无线通信系统
【摘要】：飞艇通信是近几年来出现的一种通信方式，它利用一个漂浮于地球上空20～50公里的飞艇装载的通信平台,实现信息的传输或转发。由于该通信系统具有适中的覆盖面积、低廉的成本、安全可靠等一系列独特的优点，已经引起了许多国家的注意和重视，应用前景十分诱人。本文简单概述了飞艇的工作环境和应用前景，较详细地描述了该系统的各组成部分、性能特性及要解决的关键问题。
【关键词】：飞艇 通信系统 关键技术
1、引言
平流层是大气层中最平静的一段，不受天气影响，也几乎从不潮湿由于平流层有着稳定的气象条件和良好的电磁特性，数十年来人们一直在尝试利用平流层平台长期驻空进行观测和通信。进入21世纪，随着相关技术的飞速发展，在世界上掀起了研究和开发平流层平台热潮。平流层平台的定点位置一般设定在距地面20 km附近的平流层底部，因为那里的全年平均风速较弱。根据所携带的不同有效载荷，平流层平台可以作为通信平台或观测基地从通信领域的角度来看，平流层平台具有传输距离短、传输时延小、发射功率小以及能量损耗少的优点，因而平台和信号传输系统都可以设计得更加简单。并且一个平流层平台在20km定点高时它的地面有效覆盖面积达到19000km²，完全可以实现小型通信终端为广大区域提供高速通信服务的目标。而在地球观测领域，平流层平台由于距离地面较近，能够提供比卫星观测更高的分辨率和精度。它不仅能进行地球环境变化观测和气象数据探测，还可以通过对指定地区的连续观测进行交通、灾害及环境破坏监视，在洪水、火灾或地震等灾害来临时，构成广大区域的监视系统。随着科学技术的不断发展，在全球的宽带连接、地球遥感成像、空间观测、大气测量、全球资源监控以及军事侦察等方面的需求将会数不胜数。平流层平台广阔的应用前景越来越引起世界的关注，美、日、韩及西欧各国已经投入了大量的人力物力对其进行可行性研究论证以及试验。 精品文档
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2、系统组成
2.1 气球
气球是系统中的工作主体。外形一般为球形、水滴形和飞艇形。气球壁用多层薄膜和织物粘合而成,包括一层Tedlar薄膜、两层聚脂薄膜和一层涤纶,系留气球系统可以在恒风50～70节(相当于10～12级风)、阵风70～90节的情况下,稳定悬停在高空。气球的前端有鼻锥和鼻系索,中间是球体。后端有中空而充入空气的垂直与水平稳定尾翼。尾翼有“十”字形和“人”字形两种。从气球两侧和底部引出多股短系索和聚合线,聚合线汇集在气球下方的聚汇点上,与系统缆索相连接。大型系留气球的内部结构如下图所示。
2.2 有效载荷
有效载荷根据用途的不同而各有所异。一般来讲,典型的有效载荷包括通信、广播、电子侦察、雷达等电子设备,相应的动力设备、控制机构、定向装置及信精品文档
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 息转发设备等。有效载荷都集中悬挂在气球下方的防风罩内。有效载荷的选择受气球载荷重量、防风罩几何尺寸大小及载荷所需功率等因素限制。为了减小尺寸和重量,保证系统稳定工作,通常把各种电子器件和天线装置紧凑地组装成一个单元,通过万向关节倒挂在球体下面的桁架结构上,以减轻载荷受到气球摇摆和晃动的影响。
2.3 系统缆索
系留缆索上端与气球聚合线相接,下端与地面系留设施连接,用来把气球悬浮在一定高度。早期的系留缆索为钢丝绳,由于拉力强度、重量及功能方面的原因，现已采用新型系留缆索。新型缆索的中心部分有3根带绝缘的传输电线,能传输400Hz,3000V三相电力,供设备用电,传输电线外部有内屏蔽层、介质、光纤传输线和多层凯夫拉材料制成的加强保护层,外层是避雷电的铜制网套,最外层是一种由嵌入涤纶丝加强的金属编织网套。缆索中的光导纤维作为遥测与遥控系统中的通信线路,传送监测与遥控指令,其数据率超过100Mb/s,凯夫拉加温保护层材料与美军防弹衣和陆军钢盔所用材料相同。用这种材料制作的缆索具有拉力强度高、重量轻等优点。
2.4 地面系留设施
该设施又称停泊系统,是系留气球系统的操纵、控制和维护中心,主要有地面固定式、机动式和舰艇装载式3种。固定式地面系留设施适用于大型系留气球,通常由机械转台、系留塔、旋转基座、水平桁架、绞盘、操作控制室、工作平台和圆形单根导轨等组成。机动式地面系留设施适用于小型系留气球,主要由系留塔、悬臂式桁架、液压绞盘、操作控制台和平板拖车等组成。舰载系留设施由500吨级的小型供应船改装而成,在其后甲板两侧各有一条导轨,两轨间隔为6m,导轨上架有可前后移动的滑架,可360°旋转,滑架上固定有系留系统。
固定式：
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收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 机动式：
舰载式：
2.5 地面控制站
地面控制站内有遥测和指挥系统,用以监测和控制气球上的所有通信设施,并连续监测升空气球的各项工作数据和环境数据(如高度、风速、温度、球体、俯仰度、横滚度和方向等)它也作为中心站完成雷达图像信息的贮存或转发。大型气球系统的地面控制站为固定建筑场,设置在阵地外面。小型气球系统的地面控制站则为安装在支援拖车上的一个控制室。
3、特点
3.1 覆盖范围
平流层通信平台为三种不同的覆盖区域提供服务而设计, 即城市覆盖区(UAC)、市郊覆盖区(SAC)和远郊覆盖区(RAC),总的覆盖区域超过10km²,其最小仰角分别是30°,10°,0°。在远郊覆盖区提供400MW的功率,而在城市和市郊覆盖区域中都只提供10MW的功率,前者是为了对抗更大的大气衰减和更远距离的传输损耗。在47GHZ频段上更大的大气衰减(由蒸汽加上气体造成)将会带来2%的中断。
根据用户所处的覆盖区不同,平流层通信平台业务可以用手持PDA类装置(UAC)、小型笔记本式装置(SAC)或小的碟形天线(RAC)来接人。在城市、市郊及远郊覆盖区中的最低天线增益分别为3dBi,23dBi和36dBi。平流层通信平台的地面覆盖情况如下图所示 。 精品文档
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3.2 机动性
平流层平台既适用于城市，也可用于海洋、山区，还可以迅速转移，用于发生自燃灾害（如洪水、山火、地震等）的通信。
3.3 经济性
造价和通信资费低，平流层的放飞及、回收及日常监测和一般的民航系统相似，不需要庞大复杂的发射基地，估计每一平台造价为通信卫星的1/10；而且每个平台都可以独立运行，不像低轨通信卫星那样需发射几十颗卫星组成星座之后才能工作，建设周期短，投资少，一般用户端机价格也低，通信资费也不高于已有的公众电话。
3.4 环保性
环境问题是当前国际上高度关注的问题之一。和卫星通信相比,系留气球通信系统在环保方面具有突出的优点:它不需要火箭发射,没有发射火箭时所产生的有害气体；它主要使用太阳能发电，子推进器则利用同温层的等离子体，不会对臭氧层起破坏作用；系留气球通信系统失效时还可回收修复，不会成为空间垃圾。
3.5 生存力
气球的使用寿命,一般可达7～10年。在空中悬停时间相对较长，大型气球的悬停时间为20～30天，小型气球也达2周，而其它飞行器的续航时间仅为4～24小时, 远不如系留气球。此外，气球的抗风能力较强，能在强风下(大雷暴雨除外)工作。在岸对海或舰对海监视时，浓雾可能会阻止飞机飞行，而系留气球可在能见度几乎为零的情况下升空和回收。
3.6 安全性
气球无需载人操纵，在实际使用中不会出现人员伤亡。
4、关键技术
4.1 压力控制
在平流层飞艇的设计中，把整个艇分成数个囊室，每个囊体有一套压力控制装置，分别控制囊体的内部压力。其优点有：增加可靠性，某一囊体破损仅仅影响飞行高度，不会对飞艇产生致命后果；可分别对各个囊体的浮力大小进行控制，从而调整飞艇的俯仰姿态角。这些囊体分为氦气囊和空气囊，一般通过对空气囊进行充气或放气来实现压力控制。
压力控制系统的主要作用有： 精品文档
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 （l）外形保持
平流层飞艇是充气的柔性体，必须通过压力控制，建立飞艇内外差压l03%（400 ~ 800 Pa），并在整个飞行过程中保持这一压差，从而保持整个飞艇的外部形状。在飞艇上升期间，外部压力降低。相应地，通过差压阀门放气保持内外压差一致。在飞艇下降过程中，随飞艇高度降低，外部压力增加，飞艇内部趋向负压，需打开鼓风机充气，维持压差。在定点期间，主要由于昼夜温差的变化，使飞艇内部压力改变，从而影响飞艇的外形。可以通过两种方法保持飞艇形状，一是进行充气放气；二是调整驻空高度。
（2）升力浮力控制
平流层飞艇的主要升力源是它所受的浮力，外形压力保持系统使飞艇外形始终不变，飞艇所受浮力就主要取决于此高度的空气密度。由于大气密度随着高度的不同而有很大变化，因此在上升和下降过程中，升力在垂直方向是不稳定的，需要对飞艇内部空气与氦气比例加以控制。一般采用的方法是在飞艇前后各有一副气囊，通过对副气囊充放气，获得升力控制和纵向配平控制。
4.2 能源电池研制
平流层飞艇通信系统长时间在没有云雨等气象条件的高空运行，采用太阳能电池+储能电池的能源系统方案最为有利：白天由太阳能电池把光能转化为电能，在为各工作设备提供连续电能的同时，对储能电池充电，夜晚由储能电池为设备供电。由于在冬季和高纬度地区，太阳能电池吸收到的太阳能十分有限，因此提高电池的效率和比功率、降低电池重量是太阳能电池技术研究的重点与关键。另外，考虑到飞艇的弧形表面和柔性结构，太阳能电池的薄膜化、柔性化也是一种必然趋势。对于储能电池，无论是常规蓄电池、锂离子电池还是可再生燃料电池，除对其效率（包括充电和放电）、重量的要求与限制外，还必须考虑到电池在大规模使用和长期使用时的环境适应性、安全性与可靠性。而对于还处于试验阶段
的微波能量传输技术，要应用于平流层飞艇主要需解决传输距离及其与通信信号的干扰问题。
4.3 动力控制
平流层飞艇要实现长期定点，需要太阳能、燃料电池等装置存储和提供能量，并利用无刷直流电机替代航空发动机作为动力源带动螺旋桨，以对抗风的扰动。由于风速大小是随机变化的，所以飞艇的动力控制系统必须不断调节电机的转速，来改变推力大小，以抵抗风速变化的影响，保持定点。这样，就必须解决高空环境下的无刷直流电机转速及转矩控制问题，还要设计电机的控制器及控制算法
4.4 材料研制
平流层通信平台的主体是庞大的充氦飞艇，其表面积约为几万平方米。为了降低飞艇自身重量，并延长其寿命，用于构成飞艇囊体的材料必须重量轻、强度高、抗老化性能好，同时还应有较强的抗高能辐射和臭氧腐蚀的能力。据初步估算, 飞艇囊体材料的主要性能应达到下列要求: 单位面积重量小于1809/m²，拉伸断裂强度大于400N/cm , 氦漏率小于0.5L/m².DA。当前已有的各种单一材料都
难以满足这些要求，通常都采用以高分子材料为主的多层复合结构。这种多层结构一般分为承力层、阻气层、热封层、防老化层，以及用于粘合功能材料的中间层等。制备这种复合材料的加工工艺也是重要的研究课题。
平流层通信在军事通信中的应用探析
平流层通信在军事通信中的应用探析
作者：文凯夏洪波曹俊
来源：《科技创新导报》 2013年第13期
文凯1 夏洪波1 曹俊2
（1.石家庄陆军指挥学院 河北石家庄 050084； 2.77911部队 西藏拉萨 850000）
摘?要：平流层通信平台与现有卫星和地面通信平台相比，具有部署快、抗干扰能力强、费用低、通信质量好、终端设备少、战场灵活性好等诸多优点，在军事通信中有广泛的应用前景，已引起国内外的高度重视。
关键词：平流层 通信平台 军事应用
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2013)05（a）-0035-01
当人们关注陆战场、海战场、空战场的同时，在距离地面18～50?km的平流层空间，悄然成为世界争夺的新领域。被媒体誉为“中国互联网之父”的中国工程院院士刘韵洁直言：“2万?m的平流层就像国际上的公海，已经有国家打算开发，我们也要有所作为。”很显然平流层将成为发达国家争夺空间资源的新热点。
1 平流层通信概述
1.1 平流层通信
平流层通信是指用位于平流层的高空平台电台HAPS（High Altitude Platform stations)代替卫星作为基站的通信。与地面蜂窝系统相比，平流层通信的覆盖区域大、作用距离远、信道衰落小，不但降低了地面建设的费用，而且也降低了周围的环境污染；与卫星通信系统相比，它往返延尺短、自由空间衰耗小、费用低、建设快，有利于实现通信终端的宽带化、小型化和对称双工的无线接入。
1.2 平流层通信平台
平流层平台的搭建是实现平流层通信的关键技术。平台高度通常建议在距地面17～22?km。可以用气球、飞艇、飞机、飞船等作为安置转发站的平台。选择此高度的原因，一是位于航空航线之上；二是此处的平均风速小。在此空间搭建通信平台既可以克服航空平台滞留时间短、受地球大气影响的限制，又可以发挥航空平台高分辨率、灵活机动的特点；既可以克服航天卫星轨道无法随意变更、飞行周期长的限制，又可以发挥航天平台飞行平稳的优势。若平台高度在20?km，则可以实现地面覆盖半径约500 km的通信区，我国只需要十几台平流层通讯飞艇就可以让通讯信号覆盖大陆地区。
平流层飞艇通用技术要求 第1部分：环境控制系统-最新国标
平流层飞艇通用技术要求第1部分：环境控制系统
1范围
本文件规定了平流层飞艇环境控制系统的组成和功能、通用技术要求以及相应的试验验证要求。
本文件适用于平流层飞艇环境控制系统的设计，低空飞艇，高空气球等相关类型浮空器环境控制系
统的设计也可参考。
2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，
仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本
文件。GB/T2423电工电子产品环境试验
GB8624建筑材料及制品燃烧性能分级
GB/T10294绝热材料稳态热阻及有关特性的测定防护热板法
GB/T14812热管传热性能试验方法
GB/T15428电子设备用冷板设计导则
20213277-T-469浮空器术语
ISO16691Spacesystems-Thermalcontrolcoatingsforspacecraft-Generalrequirements
3术语和定义
20213277-T-469规定的术语和下列属于适用于本文件。
3.1
环境控制系统environmentalcontrolsystem
环控系统
用于控制飞艇吊舱内和舱外各设备的工作环境（主要指温度），使环境条件处于规定范围内的系
统。
3.2
保温设备Insulationequipment
用于吊舱或设备外表面，起到被动保温作用的设备，一般指保温棉、保温板。
3.3
加热设备heatingequipment
用于吊舱壁面或设备外表面，起到主动加热作用的设备，一般指加热膜、加热器等。
3.4散热风机coolingfan
安装于飞艇吊舱上，用于舱体内部空气与外界环境进行热交换，对舱体进行降温的风机。
3.5
热管heatpipe
用于发热设备的外表面，将其热量迅速传递至外界或者其他发热量低的设备。
3.6
液冷板Liquidcooledplate
用于发热设备的外表面，通过将水或其他液体引入到散热器中，利用流体对设备进行冷却来降低
基于EA、LMI与ANN的平流层飞艇纵向智能增稳控制系统设计
第２７卷第２期 弹箭与制导学报 ・ ２ｌ ・
基于ＥＡ、ＬＭＩ与ＡＮＮ的平流层飞艇
纵向智能增稳控制系统设计
王润平 ，安锦文 ，吴 梅 ，陈 澜
（１ ９５９４８部队。甘肃酒泉７３２７５０；２西北工业大学自动化学院。西安７１００７２） ［摘要］文中描述分析了平流层飞艇的特点．建立了飞艇的六自由度数学模型，并对其进行了线性化・获得了 状态空间表达式。对得到的线性系统进行了特性分析．并将纵向运动划分为三个模态。为了改善飞艇的稳定 性。在空域中选定若干设计点。利用基于ＬＭＩ的ＥＡ对其进行了控制器设计，然后利用神经网络形成了神经 网络控制器，达到了控制器全空域泛化的目的。结合实际数据对加入控制器后的飞艇模型进行仿真．仿真结 果表明了这种设计方法的有效性。 ［关键词］平流层飞艇；动力学模型；线性矩阵不等式；特征结构配置；神经网络 ［中图分类号］Ｖ２７４ ［文献标志码］Ａ
Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ Ａｉｒｓｈｉｐ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ
Ｓｙｓｔｅｍ Ｄｅｓｉｇｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ Ａｕｇｍｅｎｔ
ＥＡ，ＬＭＩ ａｎｄ ＡＮＮ
ＷＡＮＧ Ｒｕｎ－ｐｉｎｇ 。ＡＮ Ｊｉｎ－ｗｅｎ 。ＷＵ Ｍｅｉ。，ＣＨＥＮ Ｌａｎ。 （１ Ｎｏ．９５９４８ Ｕｎｉｔ。Ｇａｎｓｕ Ｊｉｕｑｕａｎ ７３２７５０．Ｃｈｉｎａ； ２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ．Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１００７２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ ａｉｒｓｈｉｐ，ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ ａｉｒｓｈｉ ｐ＇ｓ ｓｉｘ－ｄｅｇｒｅｅ－ｏｆ－ｆｒｅｅｄｏｍ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ，ａｎｄ ｇａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ－ｓｐａｃｅ ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｙ ｌｉｎｅａｒｉｚｉｎｇ ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍｏｄ— ｅＩ．Ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｌｉｎｅａｒ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ（ＬＭＩ）ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｍｏｄｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｍｏｔｉｏｎ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｉｒｓｈｉｐ’Ｓ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．ｗｅ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ｓｏｍｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ａｌｌ ｔｈｅ ｓｋｙ。ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ａｔ ｔｈｅｓｅ ｐｏｉｎｔ ｂｙ ｅｉｇｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ（ＥＡ）ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＭＩ．Ｔｈｅｎ ｗｅ ｆｏｒｍｅｄ ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ（ＡＮＮ）ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｖｉａ ＡＮＮ ｆｏｒ ｔｈｅ ０ｂｉｅｃｔｉｖｅ ｔｈａｔ ｃａｎ ｅｘｔｅｎｄ ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｎｔｏ ａｌｌ ｔｈｅ ｓｋｙ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｄａｔａ，ｗｅ ｄｉｄ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ａｉｒｓｈｉｐ’Ｓ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｍｏｄｅｌ ａｄｄｅｄ ＡＮＮ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｔｈｉｓ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ ａｉｒｓｈｉｐ；ｄｙｈａｍｉｃ ｍｏｄｅｌ；ｌｉｎｅａｒ ｍａｔｒｉｘ ｉｎｅｑｕａｌｉｔｙ；ｅｉｇｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｓｓｉｇｎｍｅｎｔ；ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ
平流层飞艇控制与推进技术
– 184
–技术改造·平流层飞艇控制与推进技术
doi:10.16648/ki.1005-2917.2019.04.160平流层飞艇控制与推进技术
乔振宇（中国特种飞行器研究所，湖北 荆门 448000）
摘要： 在平流层平台中，飞艇发挥着重要的作用，能够实现勘察军事、观测空间、测量大气以及无线通信等功能。但是，由于平流层的环境
特殊多变，因此要加强平流层飞艇的控制与推进技术研究，保证飞艇在浮空、回收以及升空等阶段的控制。本文针对平流层飞艇的控制组成与控制难点进行展开讨论，希望能够保证飞艇在平流层中的有效应用。关键词： 平流层；飞艇；控制；推进技术
就现实中工程系统来说，主要由物质、信息、能量等三部分构
成，通过这三部分能够基本掌握工程系统的相关情况。在飞行器系
统中，这三个元素即是指材料与结构设计、控制与管理工作以及动
力与推进等。近空间，作为这几年我国着重研究的空间资源，为了
进一步挖掘近空间的价值与功能，相关部门致力于探索空间飞行器
的有效研制，即平流层飞艇，希望早日实现利用平流层飞艇对空间
资源进行开发的目标。
1. 平流层飞艇的基本功能
飞艇主要以浮力原理升空为基础，并具备控制飞行与推进装置
的飞行器。在实际的运行中，平流层飞艇的用途包括：
1.1 获取有效信息
平流层平台，能够监视或者侦听热点区，并以高分辨率对不同
目标区域进行监视。例如，运用平流层飞艇对交通枢纽加以监视，
在海防、交通管理方面发挥着重要作用。
1.2 分发与通信
平流层飞艇能够有效交换数据信息，并建立起个人通信基站，
为客户提供高效的宽带数字通信业务。相较于通信卫星，平流层飞
艇对于设备发射功率要求不高，通信更加的便利。
1.3 定位导航
平流层平台导航定位体系，主要由地面微波转发站、平流层飞
艇、用户接收机以及地面控制站等组成，能给交通运输系统中的飞
机、车、船等机动载体提供精确的导航信息，以便于实现自主导航。
平流层飞艇的定位导航功能可以充分满足交通监控、环境监测以及
平流层飞艇表面接收太阳能的建模与分析
第２４卷 第０８期 计 算 机 仿 真 ２００７年０８月
文章编号：１００６—９３４８（２００７）０８一ｏｏ６４—０４
平流层飞艇表面接收太阳能的建模与分析
史君海，朱新坚，隋升
（上海交通大学电信学院自动化系燃料电池研究所，上海２０００３０）
摘要：平流层飞艇依靠艇载自主光伏发电系统摄取太阳辐射能来达到长期自主飞行和悬停，可应用于无线通信、空间观测和 军事侦察等领域，成为当前各国研究的热点之一。分析和计算飞艇表面接收的太阳辐射能是光伏系统设计的基础。文中首先 建立飞艇表面接收的辐射能量数学模型，它描述了飞艇的工作纬度、飞行方向、表面形状和接收的太阳辐射能量的关系。然 后模拟分析飞艇的工作纬度、飞行方向和表面形状对接收的辐射能量的作用。结果表明：飞艇的工作纬度和飞行方向影响飞
艇表面接收的辐射能量的大小和时间分布；飞艇表面的不同部分接收的辐射能量是不同的，在飞艇表面合理覆盖光伏阵列 是飞艇光伏系统设计的重要任务。 关键词：太阳辐射能量；数学模型；仿真分析；光伏发电；平流层飞艇 中图分类号：ＴＫ５１４ 文献标识码：Ａ
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ
ｂｙ Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ Ａｉｒｓｈｉｐ’Ｓ Ｓｕｒｆａｃｅ
ＳＨＩ Ｊｕｎ—ｈａｉ，ＺＨＵ Ｘｉｎ—ｊｉａｎ，ＳＵＩ Ｓｈｅｎｇ
（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００３０，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ ａｉｒｓｈｉｐ ｈａｓ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ａ ｈｅｉｇｈｔｅｎｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｆｏｃｕｓ ｆｏｒ ｉｔｓ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ
ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｓｐａｃｅ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｍｉｌｉｔａｒｙ ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ，ａｎｄ ＳＯ ｏｎ、Ｉｔｓ ｌｏｎｇ—ｄｕｒａｔｉｏｎ ｆｌｙｉｎｇ ｒｅｌｉｅｓ ｏｎ ｉｔｓ
平流层飞艇的能源技术和平衡分析
６ 航天返回与遥感 ｓ】ＰＡＣＥＣＲ ＡＦＴ ＲＥＣ０ＶＥＲＹ＆ＲＥＭ（）ｒＩＥ ＳＥＮＳＩＮＧ 第２７卷第２期 ２ＯＯ６年０６月
平流层飞艇的能源技术和平衡分析
刘大海 （国防科学技术大学，长沙４１００７３）
阎健张健勇 李丽 （北京空间机电研究所，北京１０００７６）
摘要平流层飞艇作为近空间对地观测平台的一种实现方案，主要依靠自身庞大体积产生的静浮力
而不像其它飞行器依靠相对空气运动产生升力，所以飞艇能够以较慢的速度飞行甚至能够在空中长期保持
定点悬停即相对地面静止。具有长时间在平流层自主飞行的能力，是平流层飞艇设计的一个重要目标。文
章对平流层飞艇能源系统的构成、部件及能源平衡分析方法作了介绍。 关键词太阳能能源系统能源平衡
Ｐｏｗｅｒ Ｔｅｃｈｎ０１ｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｂａｌａｎｃｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ 一 ｏｆ ｔｈｅ Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ Ａｉｒｓｈｉｐ
Ｌｉｕ Ｄａｈａｉ （Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｆｅｎｓｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｃ ａ ４１００７３）
Ｙａｎ Ｊｉａｎ Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎｙｏｎｇ Ｌｉ Ｌｉ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｅ ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｅ ａｉｒｓｈｉｐ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅａｒｔｈ—ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｅａｒ Ｓｐａｃｅ，ｕｎ。
ｌｉｋｅ ａｉｒｃｒａｆｔ，ｇｅｎｅｒａｔｅ ｌｉｆｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｂｕｏｙａｎｃｙ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ．Ａｉｒｓｈｉｐ Ｃａｎ ｎｙ ａｔ ｖｅｒｙ ｌｏｗ ｓｐＩ耐， ｅｖｅｎ ｉｔ ｃａｎ ｓｔａｔｉｏｎ ａｔ ａ ｆｉｘｅｄ ａｌ＇ｅ．ａ ｆｏｒ ａ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ．Ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｆｌｙ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｆｏｒ ａｎ ｅｘｔｅｎｄｅｄ ｄｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｉｍｅ ａｔ ｈｉ ｇｈ
风场中平流层飞艇高度组合控制方法
- 1 - 风场中平流层飞艇高度组合控制方法
近年来，由于全球气候变化的加剧，由于空气污染的增加，风场中的飞行控制已受到了越来越多的关注。其中，风场中平流层飞艇的高度组合控制方法成为飞行控制的关键技术及研究热点。
首先，在风场中平流层飞艇高度组合控制方面，主要包括动力学建模、控制算法设计、高度跟踪等内容。其中，动力学建模是指根据飞行器动态特性对飞行器的动力建模，包括在飞行器的姿态控制、飞行水平控制、高度控制等方面的建模。而控制算法设计则是指为了解决实际控制问题，根据飞行器的动力特性，采用数学系统理论和控制理论，设计适当的控制算法，从而让飞行器实现水平控制及高度控制。高度跟踪是指在风场中，利用飞行器动力特性，采用软件解算器，实现飞行器在风场中不断调整高度，以达到安全飞行的目的。
其次，在实现风场中平流层飞艇高度组合控制的实践中，应采用不同的方法，使飞行器的高度控制达到最优。可以采用飞行模拟方法来实现飞行器的动力建模，并采用合适的控制理论来分析飞行器的动力特性，以达到飞行器实施有效而精确的控制效果。此外，还可以利用已有的机器学习算法来优化飞行器控制算法的参数，使得飞行器的高度控制更加精确。
最后，在实现风场中平流层飞艇高度组合控制的过程中，应对飞行器进行有效的观测，以确保飞行的安全性。可以采用多传感器的网络观测方法，利用传感器实时检测飞行器的状态，从而确保飞行控制的有效性。 - 2 - 总之，当前，风场中平流层飞艇高度组合控制可以实现安全可靠的飞行控制，从而实现飞行过程中的自主控制。实现风场中平流层飞艇高度组合控制，有利于提高飞行器的安全性及可靠性，提升飞行器的飞行效率。未来，将会有更多的研究重点研究在这一领域，实现更好的飞行控制技术。
综上所述，本文讨论了风场中平流层飞艇高度组合控制方法。首先介绍了相关理论，包括动力学建模、控制算法设计、高度跟踪等内容；其次介绍了实现风场中平流层飞艇高度组合控制的实现方式，包括采用飞行模拟表示、机器学习等技术；最后还介绍了在实现风场中平流层飞艇高度组合控制过程中，应采取的有效的观测措施，以保证飞行的安全性。总之，本文从风场中平流层飞艇高度组合控制的理论及实现方法全面剖析了该技术的实现原理，为实现安全可靠的飞行提供了有益的参考。
平流层通信在军事通信中的应用探析
平流层通信在军事通信中的应用探析
摘要：平流层通信平台与现有卫星和地面通信平台相比，具有部署快、抗干扰能力强、费用低、通信质量好、终端设备少、战场灵活性好等诸多优点，在军事通信中有广泛的应用前景，已引起国内外的高度重视。
关键词：平流层 通信平台 军事应用
当人们关注陆战场、海战场、空战场的同时，在距离地面18～50?km的平流层空间，悄然成为世界争夺的新领域。被媒体誉为“中国互联网之父”的中国工程院院士刘韵洁直言：“2万?m的平流层就像国际上的公海，已经有国家打算开发，我们也要有所作为。”很显然平流层将成为发达国家争夺空间资源的新热点。
1 平流层通信概述
1.1 平流层通信
平流层通信是指用位于平流层的高空平台电台HAPS（High
Altitude Platform stations)代替卫星作为基站的通信。与地面蜂窝系统相比，平流层通信的覆盖区域大、作用距离远、信道衰落小，不但降低了地面建设的费用，而且也降低了周围的环境污染；与卫星通信系统相比，它往返延尺短、自由空间衰耗小、费用低、建设快，有利于实现通信终端的宽带化、小型化和对称双工的无线接入。 1.2 平流层通信平台
平流层平台的搭建是实现平流层通信的关键技术。平台高度通常建议在距地面17～22?km。可以用气球、飞艇、飞机、飞船等作为安置转发站的平台。选择此高度的原因，一是位于航空航线之上；二是此处的平均风速小。在此空间搭建通信平台既可以克服航空平台滞留时间短、受地球大气影响的限制，又可以发挥航空平台高分辨率、灵活机动的特点；既可以克服航天卫星轨道无法随意变更、飞行周期长的限制，又可以发挥航天平台飞行平稳的优势。若平台高度在20?km，则可以实现地面覆盖半径约500 km的通信区，我国只需要十几台平流层通讯飞艇就可以让通讯信号覆盖大陆地区。
2 国内外现状
2.1 国外研究现状
平流层通信的战略价值已经引起各国的重视，并成为各国近期研究的热点。并成为各国近期研究的热点。美国、欧盟、俄罗斯、韩国、日本、英国、以色列等国家和地区都在投入大量的经费，积极开展平流层通信的技术研究，其中美国走在最前列。美国最先提出平流层飞艇平台，美国SSI公司首先提出轻于空气的飞艇计划。欧洲空间组织（ESA）于1986年6月开始进行高空长耗时高空平台的概念设计。日本的“新千年计划”，即从2000年起，开发平流层试验艇和低空试验艇。2005年，美国“高空哨兵”飞艇进入平流层试验成功，携带了大约27?kg的设备，飞行高度达到22?km，并留空5h。2009年，美国计划耗资4亿美元开发一种能飘浮在6.5万英尺（相当于20000?m）高空的巨型飞艇。这种飞艇能在空中飘浮10年，对下方的车辆、飞机甚至行人进行不间断的监控。
平流层飞艇_流体计算_解释说明以及概述
平流层飞艇 流体计算 解释说明以及概述
1. 引言
1.1 概述
在当今快速发展的航空领域，平流层飞艇作为一种新兴的飞行器备受关注。它是一种能够在平流层中飞行的气球状航空器，依靠大气浮力来提供升力，并通过自行操控前进和改变高度。与传统飞机相比，平流层飞艇具有更大的载荷能力和较长的持久飞行能力，在未来可能应用于科学研究、监测任务以及物资运输等领域。
1.2 文章结构
本文将首先对平流层飞艇进行定义和原理的解释，并介绍其目前的应用情况和发展趋势。接着，我们将重点讨论与平流层飞艇相关的流体计算方法，包括基本的流体运动方程、数值解算方法以及应用于该类型飞行器计算模型等内容。随后，在解释说明部分，我们将详细阐述平流层飞艇浮力原理、机构组成与工作原理以及与其他飞行器进行对比等方面。最后，在结论部分总结平流层飞艇的特点和应用前景，并展望未来的研究方向，并提出需要进一步研究的问题和方向。
1.3 目的
本文旨在系统地介绍平流层飞艇及其相关的流体计算方法，并对其原理、应用和发展进行解释说明。通过本文的阐述，读者能够全面了解平流层飞艇的特点、工作原理以及与其他飞行器的区别和优势。同时，我们希望能够为未来平流层飞艇研究提供新的思路和方向，促进该领域更深入地探索和发展。
2. 平流层飞艇:
2.1 定义和原理:
平流层飞艇是一种能在平流层大气中进行气球式航行的飞行器。它利用大气密度逐渐下降的特性，在平流层中维持浮力并实现悬停、升降以及水平移动。其基本原理是通过控制内部气囊内的氦气或氢气以及外部空气之间的密度差异来产生浮力，从而使其能够在高空中运行。
2.2 应用和发展:
平流层飞艇具有广泛的应用前景。首先，它可以作为低成本、高效率的通信与观测平台，在提供定位服务、天气监测、地质勘探等领域发挥重要作用。其次，由于能够长时间悬停于特定位置并承载各类设备，因此也可应用于应急救援、边境监控、灾害评估等任务。此外，平流层飞艇还具备环保特点，不会产生废水与废物排放，并且在始终处于同一区域时对环境影响较小。
平流层通信与军事通信网络融合
、
。网络通讯与安全 本栏目责任编辑：冯蕾
平流层通信与军事通信网络融合
刘国良。黄鑫。周熙
（重唳通信学院，重庆４０００３５）
摘要：平流层通信技术在军事通信领域的应用具有广阔的前景，同时也是一个包含多学科。难度较大的课题。本文紧紧
围绕平流层通信技术在军事通信中的应用进行研究．在平流层通信模型．以及平流层通信与已有军事通信网络融合等方面
取得了一些有意义的结果
关键词：平流层平台：平流层通信系统；信息融合
’’中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－３０４４（２００７）２１—４０６７０—０２
’ ‘ Ａ Ｆｕｓｉｏｎ ｏｎ Ｈｉｇｈ—Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ ａｎｄ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ， 一 ＬＩＵ Ｇｕｏ－．１ｉａｎｇ，ＨＵＡＮＧ Ｘｉｎ，ＺＨＯＵ Ｘｉ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４００ｄ３５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｉ￣：Ａｌｔｉｔｕｄｅ Ｐｌａｔｆｏｒｍｓ（ＨＡＰｓ）ｈａｖｅ ｔｈｅ ｂｒｉｇｈｔ ｆｕｔｕｒｅ ａｎｄ ｆａｃｅ ｌｏｔｓ ｏｆ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｌｉｔａｒｙ．Ｉｔ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｍａｎｙ
ｓｕｂｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｏｃｕｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｌｉｔａｒｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＨＡＰｓ ｆｏｒ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｒａｗ ｔｈｅ ｍｅａｎｉｎｇ
ｃｏｎｌｕｓｉｏｎｓ ０ｎ ＨＡＰｓ ｃｏｒｎｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｕｓｉｏｎ ｏｆ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＨＡＰｓ；ＨＡＰｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｆｕｓｉｏｎ