平流層飛艇無(wú)線通信系統(tǒng).doc

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1、平流層飛艇無(wú)線通信系統(tǒng)【摘要】：飛艇通信是近幾年來(lái)出現(xiàn)的一種通信方式，它利用一個(gè)漂浮于地球上空20～50公里的飛艇裝載的通信平臺(tái),實(shí)現(xiàn)信息的傳輸或轉(zhuǎn)發(fā)。由于該通信系統(tǒng)具有適中的覆蓋面積、低廉的成本、安全可靠等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)引起了許多國(guó)家的注意和重視，應(yīng)用前景十分誘人。本文簡(jiǎn)單概述了飛艇的工作環(huán)境和應(yīng)用前景，較詳細(xì)地描述了該系統(tǒng)的各組成部分、性能特性及要解決的關(guān)鍵問(wèn)題?！娟P(guān)鍵詞】：飛艇通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)1、引言平流層是大氣層中最平靜的一段，不受天氣影響，也幾乎從不潮濕由于平流層有著穩(wěn)定的氣象條件和良好的電磁特性，數(shù)

2、十年來(lái)人們一直在嘗試?yán)闷搅鲗悠脚_(tái)長(zhǎng)期駐空進(jìn)行觀測(cè)和通信。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著相關(guān)技術(shù)的飛速發(fā)展，在世界上掀起了研究和開(kāi)發(fā)平流層平臺(tái)熱潮。平流層平臺(tái)的定點(diǎn)位置一般設(shè)定在距地面20km附近的平流層底部，因?yàn)槟抢锏娜昶骄L(fēng)速較弱。根據(jù)所攜帶的不同有效載荷，平流層平臺(tái)可以作為通信平臺(tái)或觀測(cè)基地從通信領(lǐng)域的角度來(lái)看，平流層平臺(tái)具有傳輸距離短、傳輸時(shí)延小、發(fā)射功率小以及能量損耗少的優(yōu)點(diǎn)，因而平臺(tái)和信號(hào)傳輸系統(tǒng)都可以設(shè)計(jì)得更加簡(jiǎn)單。并且一個(gè)平流層平臺(tái)在20km定點(diǎn)高時(shí)它的地面有效覆蓋面積達(dá)到19000km2，完全可以實(shí)現(xiàn)小型通信終

3、端為廣大區(qū)域提供高速通信服務(wù)的目標(biāo)。而在地球觀測(cè)領(lǐng)域，平流層平臺(tái)由于距離地面較近，能夠提供比衛(wèi)星觀測(cè)更高的分辨率和精度。它不僅能進(jìn)行地球環(huán)境變化觀測(cè)和氣象數(shù)據(jù)探測(cè)，還可以通過(guò)對(duì)指定地區(qū)的連續(xù)觀測(cè)進(jìn)行交通、災(zāi)害及環(huán)境破壞監(jiān)視，在洪水、火災(zāi)或地震等災(zāi)害來(lái)臨時(shí)，構(gòu)成廣大區(qū)域的監(jiān)視系統(tǒng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在全球的寬帶連接、地球遙感成像、空間觀測(cè)、大氣測(cè)量、全球資源監(jiān)控以及軍事偵察等方面的需求將會(huì)數(shù)不勝數(shù)。平流層平臺(tái)廣闊的應(yīng)用前景越來(lái)越引起世界的關(guān)注，美、日、韓及西歐各國(guó)已經(jīng)投入了大量的人力物力對(duì)其進(jìn)行可行性研究論證以及試

4、驗(yàn)。2、系統(tǒng)組成2.1氣球氣球是系統(tǒng)中的工作主體。外形一般為球形、水滴形和飛艇形。氣球壁用多層薄膜和織物粘合而成,包括一層Tedlar薄膜、兩層聚脂薄膜和一層滌綸,系留氣球系統(tǒng)可以在恒風(fēng)50～70節(jié)(相當(dāng)于10～12級(jí)風(fēng))、陣風(fēng)70～90節(jié)的情況下,穩(wěn)定懸停在高空。氣球的前端有鼻錐和鼻系索,中間是球體。后端有中空而充入空氣的垂直與水平穩(wěn)定尾翼。尾翼有“十”字形和“人”字形兩種。從氣球兩側(cè)和底部引出多股短系索和聚合線,聚合線匯集在氣球下方的聚匯點(diǎn)上,與系統(tǒng)纜索相連接。大型系留氣球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如下圖所示。2.2有效載荷有效載

5、荷根據(jù)用途的不同而各有所異。一般來(lái)講,典型的有效載荷包括通信、廣播、電子偵察、雷達(dá)等電子設(shè)備,相應(yīng)的動(dòng)力設(shè)備、控制機(jī)構(gòu)、定向裝置及信息轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備等。有效載荷都集中懸掛在氣球下方的防風(fēng)罩內(nèi)。有效載荷的選擇受氣球載荷重量、防風(fēng)罩幾何尺寸大小及載荷所需功率等因素限制。為了減小尺寸和重量,保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作,通常把各種電子器件和天線裝置緊湊地組裝成一個(gè)單元,通過(guò)萬(wàn)向關(guān)節(jié)倒掛在球體下面的桁架結(jié)構(gòu)上,以減輕載荷受到氣球搖擺和晃動(dòng)的影響。2.3系統(tǒng)纜索系留纜索上端與氣球聚合線相接,下端與地面系留設(shè)施連接,用來(lái)把氣球懸浮在一定高度。早期的

6、系留纜索為鋼絲繩,由于拉力強(qiáng)度、重量及功能方面的原因，現(xiàn)已采用新型系留纜索。新型纜索的中心部分有3根帶絕緣的傳輸電線,能傳輸400Hz,3000V三相電力,供設(shè)備用電,傳輸電線外部有內(nèi)屏蔽層、介質(zhì)、光纖傳輸線和多層凱夫拉材料制成的加強(qiáng)保護(hù)層,外層是避雷電的銅制網(wǎng)套,最外層是一種由嵌入滌綸絲加強(qiáng)的金屬編織網(wǎng)套。纜索中的光導(dǎo)纖維作為遙測(cè)與遙控系統(tǒng)中的通信線路,傳送監(jiān)測(cè)與遙控指令,其數(shù)據(jù)率超過(guò)100Mb/s,凱夫拉加溫保護(hù)層材料與美軍防彈衣和陸軍鋼盔所用材料相同。用這種材料制作的纜索具有拉力強(qiáng)度高、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。2.4地面系

7、留設(shè)施該設(shè)施又稱停泊系統(tǒng),是系留氣球系統(tǒng)的操縱、控制和維護(hù)中心,主要有地面固定式、機(jī)動(dòng)式和艦艇裝載式3種。固定式地面系留設(shè)施適用于大型系留氣球,通常由機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)、系留塔、旋轉(zhuǎn)基座、水平桁架、絞盤(pán)、操作控制室、工作平臺(tái)和圓形單根導(dǎo)軌等組成。機(jī)動(dòng)式地面系留設(shè)施適用于小型系留氣球,主要由系留塔、懸臂式桁架、液壓絞盤(pán)、操作控制臺(tái)和平板拖車(chē)等組成。艦載系留設(shè)施由500噸級(jí)的小型供應(yīng)船改裝而成,在其后甲板兩側(cè)各有一條導(dǎo)軌,兩軌間隔為6m,導(dǎo)軌上架有可前后移動(dòng)的滑架,可360°旋轉(zhuǎn),滑架上固定有系留系統(tǒng)。固定式：機(jī)動(dòng)式：艦載式：2.5

8、地面控制站地面控制站內(nèi)有遙測(cè)和指揮系統(tǒng),用以監(jiān)測(cè)和控制氣球上的所有通信設(shè)施,并連續(xù)監(jiān)測(cè)升空氣球的各項(xiàng)工作數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)(如高度、風(fēng)速、溫度、球體、俯仰度、橫滾度和方向等)它也作為中心站完成雷達(dá)圖像信息的貯存或轉(zhuǎn)發(fā)。大型氣球系統(tǒng)的地面控制站為固定建筑場(chǎng),設(shè)置在陣地外面。小型氣球系統(tǒng)的地面控制站則為安裝在支援拖車(chē)上的一個(gè)控制室。3、特