平流层飞艇艇务管理分系统的设计与实现
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ISO16691Space systems-Thermal control coatings for spacecraft-General requirements3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environmental control system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Insulation equipment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heating equipment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cooling fan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heat pipe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Liquid cooled plate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温度。
特种飞行器 平流层飞艇
特种飞行器——平流层飞艇
平流层飞艇是具有太阳能循环能源和持续动力，可持久驻留在临近空间，能自主和遥控升空、降落、定点和巡航飞行，可搭载侦测、通讯、导航等多种任务载荷的先进新型浮空飞行器。
平流层飞艇可以作为一种新型的空中信息平台。
平流层飞艇通信中继系统具有传输时延短、损耗小，通信服务区大、覆盖条件好等特点，单个平台即可覆盖面积为80万平方公里的区域，可为地面固定和移动用户提供宽带无线通信服务。
我公司研制的平流层飞艇，重点针对城市管理与监测，产品能携带600kg 重任务载荷，在2-2.4万米的高空持续飞行3个月至1年的平流层飞艇平台，配备相应的监测与通信设备，可执行多种特种任务：实现全天候长期实时高分辨率对地观测、城市安全监控监管应用、宽带无线通信中继和组网应用。
简述平流层飞艇平台的总体技术设计
• 202•平流层飞艇平台是一种以空气浮力为主要重力平衡形式的临近空间飞行平台。
在空中飘浮时通过浮力减少自身的重力作用，同时运用能量的传递增加空中长时间停留的可能性。
而飞行空间的低密度意味着需要更大的体积，更大的体积又带来更大的阻力。
目前大多数的设计方案倾向于采用轻于空气的软式飞艇，这种平流层飞艇内部携带充有氦气的气囊，以提供静浮力作为升力。
因此飞艇总体设计时需要平衡两个基本矛盾，重量与浮力的矛盾，阻力与能源动力的矛盾。
同时飞艇可以长时间驻留在空中，对载荷的可靠性也有较高的要求，对于雷达系统来说需要考虑电源的调节系统，可以通过自检设计、安全性设计等实现电源子系统的完备自检监控，满足飞艇总体设计可靠性要求。
1 飞艇总体方案评估基本特征在总体方案设计时需要注意以下的几个条件，遵循基本原理的构成设定。
（1）飞艇形式考虑稳定性，机动性等，在设计上保留了低阻力气囊，包括内层气囊和围绕在外部的外层气囊。
浮力源主要采用氦气进行充实，内层气囊充入空气。
飞行的高度主要是通过调节内层气囊的空气来控制。
外表尺寸多为椭圆形球体，减少空气阻力。
（2）运动形式大多采用电动机驱动高空螺旋桨，通过螺旋桨的运行来带动飞艇的运动，为其提供行走和停留所需的动力。
（3）为保证燃料电池在恶劣多变的环境中具有高稳定性和可靠性，实现24h 能量平衡，设计了专用控制器对燃料电池进行控制。
（4）材料使用上多为轻质高强度的材料，确保在平流层空气稀薄、浮力小的状态下保持飞艇的浮力，同时要抗紫外线老化，密封性能好的特点，制作时采用高频热熔焊接。
2 若干单项技术指标描述2.1 结构材料考虑到平流层中空气浮力小，要克服飞艇自身重力带来的影响，需要合理选择飞艇内外囊体材料的密度。
经过研究计算，内外囊体材料的密度指标提升可以带来浮力方向上的最好收益，通常上来说，就是不断增加飞艇表面的面积，减少材料的质量，获得囊体材料面密度的大幅度降低，进而获得重量与浮力之间的矛盾减弱，取得最大收益的结构形式。
平流层飞艇艇务管理任务分析
系统 网络总线资源的分配 、 各系统工作任务 的变迁
等等。 艇务管理系统指令的收取 及下达示意图如图 ２
艇务管理 的任 务细分起来类别较多 ， 文章仅对 几项主要 的任务进行分析。
（）系统 自检 １
所示 。
（） ３ 信息收集与处理 飞艇在整个飞行 过程 中， 首先需要通过艇上 的
成：
②艇务管理各执行单元及内务下位机 ；
③艇上 网络及网络控制器 ；
①艇务管理 中心计算机 Ａ Ｂ 互为备份 ） 、（ ；
④艇务管理软件 。 组成图如图 １ 所示。
。
艇 上 网络 总 线
图 １ 艇 务管理子 系统结构 方框 图
计算机采用冗余同构型的 Ｃ Ｕ组合方式， 中 Ｐ 其 Ａ机与 Ｂ机均采用相 同的可重构 的功 能模块 复用
收稿 日期 ； Ｏ —３ ０ ２ ６ —１ ０
顶层意义上说 ， 飞艇的运行管理是在艇务管理系统 有序的、 可控的、 无竞争的工作状态。 艇务管理主要任务是实现飞艇各分系统正常工 作 的协调与管理控制 ， 同时完成遥控指令的下达 （ 甚 至是飞行指令模块的重组）飞艇工作状态 的实时监 、
维普资讯
第 ２ 卷第 ２ ７ 期
２ Ｏ 年 ０ 月 ０６ ６
航天返回与遥感
Ｓ Ａ Ｅ ＲＡ ＴＲＥ Ｏ Ｙ ＆ Ｒ Ｍ饥 ＇ ｓ ＮＳ Ｇ Ｐ Ｃ Ｃ Ｆ Ｃ Ⅵ Ｅ Ｅ Ｅ
平流层飞艇艇务 管理任务分析
曹 勇
（ 国防科学技术 大学 ， 长沙 ４０７ ） １０３
摘 要 针对平流层飞艇 的特点 ， 文章分析艇 务管理 的主要任务， 并对艇务 管理 的任务特点探 讨 了艇 务管理 系统在设计时可采用的各种技术， 为开展平流层飞艇 的研制提供设计思路 。
基于SuperMap的平流层飞艇航迹规划和显示系统设计与实现
２０２０年４月１０日第４卷第７期现代信息科技Modern Information Technology Apr.2020Vol.4 No.7492020.4基于ＳｕｐｅｒＭａｐ的平流层飞艇航迹规划和显示系统设计与实现桑明月，赵玉梅（中国电子科技集团公司第二十七研究所，河南 郑州 450047）摘 要：平流层飞艇与航天、航空飞行器相比，具有成本低、监视范围广、滞空时间长等优点，在很多军用和民用领域具有广阔的应用前景。
将平流层的空间位置实时传送到地面站是实现平流层飞艇监视、控制和返回的基础。
文章将地理信息系统技术应用到平流层飞行控制中，利用SuperMap Objects 组件包开发了平流层飞艇航迹规划和显示系统，有力支撑了平流层飞艇飞行试验的顺利开展。
关键词：平流层飞艇；航迹规划；地理信息系统；遥控信息；遥测信息中图分类号：V274；TN873 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）07-0049-03Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｒａｔｏｓｐｈｅｒｉｃ Ａｉｒｓｈｉｐ Ｔｒａｃｋ Ｐｌａｎｎｉｎｇａｎｄ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｓｙｓｔｅｍ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳｕｐｅｒＭａｐSANG Mingyue ，ZHAO Yumei（The 27th Research Institute of China Electronic Science and Technology Group Corporation ，Zhengzhou 450047）Abstract ：Compared with aerospace and aerospace vehicles ，stratospheric airship has the advantages of low cost ，wide surveillance range and long dwell time ，which has broad application prospects in military and civil fields such as battlefield situation awareness ，intelligence reconnaissance ，electronic countermeasures ，remote sensing earth observation ，natural disaster early warning and prediction ，relay communication ，etc. The real-time transmission of stratospheric space position to the ground station is the basis of stratospheric airship monitoring ，control and return. In this paper ，the technology of geographic information system is applied to stratospheric flight control ，and the stratospheric airship track planning and display system is developed by using SuperMap Objects component package. The system strongly supports the flight test of stratospheric airship.Keywords ：stratospheric airship ；track planning ；geographic information system ；remote control information ；telemetry information收稿日期：2020-03-210 引 言随着空天一体化的快速发展和逐步实现，临近空间的开发和利用引起各个航天大国越来越多的关注。
平流层演示验证飞艇可重构控制系统设计
一种平流层飞艇的制导控制一体化及控制分配方法[发明专利]
![一种平流层飞艇的制导控制一体化及控制分配方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/4adb29a069eae009591becba.png)
专利名称：一种平流层飞艇的制导控制一体化及控制分配方法专利类型：发明专利
发明人：郑泽伟,祝明
申请号：CN201510550743.0
申请日：20150915
公开号：CN105173051A
公开日：
20151223
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种平流层飞艇制导控制一体化及控制分配方法，步骤如下：（一）建立平流层飞艇数学模；（二）平面路径导航计算：给定期望平面路径？；计算位置跟踪误差；设计控制律；（三）给定期望速度跟踪值；计算速度误差；设计速度控制律；（四）给定期望俯仰角；计算俯仰角跟踪误差；设计俯仰姿态控制律；（五）给定期望滚转角；计算滚转角跟踪误差；设计滚转姿态控制律；（六）给定期望高度；计算高度跟踪误差；设计高度控制律；（七）综合求解步骤二至步骤六，求得系统上层控制律。
（八）建立下层控制分配的优化准则；（九）确定权重矩阵。
（十）求解控制分配的方程组，输出实际控制量；该方法可保证故障有效分配到无故障执行机构，完成飞行任务。
申请人：北京天航华创科技股份有限公司
地址：100085 北京市海淀区学清路9号汇智大厦A310b
国籍：CN
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平流层飞艇优化方法和设计参数敏感性分析
平流层飞艇优化方法和设计参数敏感性分析
平流层飞艇优化方法和设计参数敏感性分析
平流层飞艇优化设计对飞艇体积、重量、成本、工作能力、承载能力等有重要影响.提出采用总重最小的优化目标对平流层飞艇进行优化,给出了平流层飞艇总体参数估算方法,建立了平流层飞艇优化流程,编制了计算程序,并对平流层飞艇进行了尺寸优化.分析表明:(1)为达到最小代价(总重或成本)的目标,平流层飞艇设计不能片面追求阻力最小或者浮力最大,应综合考虑浮力与推力,进行尺寸优化;(2)平流层飞艇运行地理纬度、在一年中的运行时段、抗风能力、有效载荷重量、再生燃料电池比能量、蒙皮比重量等参数对飞艇优化设计尺寸有重要的影响.
作者：姚伟李勇王文隽郑威 YAO Wei LI Yong WANG Wen-jun ZHENG Wei 作者单位：中国空间技术研究院研究发展中心,北京,100094 刊名：宇航学报ISTIC PKU英文刊名：JOURNAL OF ASTRONAUTICS 年，卷(期)：2007 28(6) 分类号：V247 关键词：平流层飞艇总体优化参数分析。
风场中平流层飞艇高度组合控制方法
风场中平流层飞艇高度组合控制方法近年来，随着现代航空技术的发展，保证飞艇安全及高效的高度组合控制成为了重点问题之一。
将高度控制与风场中平流层飞行相结合，研究飞艇的高度组合控制方法，是当前有关研究的重点领域。
首先，介绍风场中平流层飞行技术。
平流层飞行是指在一定的空气环境中，飞艇在平流层的特殊条件下实现高度控制的技术。
在平流层飞行的空气流动状态中，飞艇在某一特定高度保持均匀的速度，并减少气动力抵抗。
其次，研究风场中平流层飞艇高度组合控制的原理及方法。
风场中的平流层飞行需要对飞艇所处范围内的风场数据进行处理，以便确定飞艇在各种不同高度层上的特有控制策略。
通过对风场动态数据和静态数据的监测和分析，设计飞艇的高度组合控制系统。
在飞行模型的研究方面，它采用双层飞行模型，即飞艇相对于平流层上层和下层的控制。
采用双层飞行模型，可以大大减少高度控制系统的复杂性，提高控制的精度。
在双层飞行模型的基础上，采用面向对象的规划理论，结合航行和飞行规划算法，设计控制飞行器的高度组合控制算法。
此外，本文探讨了在风场中的平流层飞行的情况下，针对具有多种传感器和多个控制通道的风场中平流层飞行控制系统，提出了一种集成控制方法。
该控制方法首先根据飞行器实际位置，和飞行器实际飞行性能，通过外标全局传感器和环境参数的数据处理，构建高度组合控制的系统模型，然后采用迭代学习技术，对模型参数进行参数估计和校正，进而使控制系统在复杂环境中获得较高精度。
本文以探索风场中平流层飞艇高度组合控制方法为研究内容，试图实现双层飞行模式和面向对象的飞行规划算法，以及集成控制方法来提高飞艇高度组合控制系统在复杂环境中的精度。
通过本文的研究得出，在风场中，针对具有多种传感器和多个控制通道的飞行器，采用双层飞行模型和面向对象的飞行规划，同时结合迭代学习技术，可以实现飞艇的高度组合控制，实现飞行器的安全精确飞行。
总之，随着现代航空技术的发展，在风场中平流层飞艇高度组合控制的研究及应用研究具有重要的意义。
风场中平流层飞艇高度组合控制方法
风场中平流层飞艇高度组合控制方法
风场中的平流层飞艇高度组合控制是一种有效的数学方法，用于提高在风场中的活动效率。
通常情况下，在风场中进行的活动都有受到风场中层结构的影响，如果控制不当，就会出现飞行安全状况恶化甚至出现飞行意外的风险。
因此，采用平流层飞艇高度组合控制技术来提高在风场中的活动效率是必不可少的。
平流层飞行器高度组合控制，是一种有效的控制技术，可以有效控制在风场中的活动效率，例如，在风场的指定区域，通过调节飞行器的飞行高度，实现有效的空间规划，从而更有效地利用风流。
此外，还可以通过平流层飞行器高度组合控制，对在风场中受影响最大的飞行器进行部署，从而实现更好的飞行吞吐量。
在实际应用中，平流层飞行器高度组合控制能够实现快速、准确、有效地控制飞行高度，有效控制风流、优化飞行空间利用率。
在某些具体情况下，采用平流层飞行器高度组合控制技术，在同一时刻内通过平流层壁面组织活动，使飞行器能够有效利用风流，实现快速精确的局部活动，从而提高活动效率。
在总的飞行安全状况控制中，平流层飞行器高度组合控制是一种不可或缺的技术。
在进行飞行计划和区域飞行活动时，要根据风流的特点，通过平流层飞行器高度组合控制技术，优化活动，以达到最优的飞行结果。
可以有效减少阻力和空速降低，更好地安全管理飞行，减少飞行意外的发生。
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艇 务管理 数据转换盒ｌｌ数据转换盒 Ｉ ｌ数据转换盒
其它 系统
图 １ 艇 务 管 理 分 系统 交 联 示 意 图
收 稿 日期 ：２０１５—１２—１６ 作者 简介 ：席 鹏（１９８０一），男 陕西耀州人 ，工程 师 ，研 究方 向为计 算机硬 件技 术。
第 ２期
席鹏 ，等 ：平流层飞艇艇务管理分 系统的设计与 实现
正常情况 下主控 ＣＰＵ进行 系统 控制 ，从 ＣＰＵ进行监 听 备份 ；主 ＣＰＵ故 障 时将 系统 任务 切 换 至从 ＣＰＵ运 行 ，由从 ＣＰＵ进行 系统控 制 ；然 后可通过强制切换功能将 系统任务 强
行 从从 ＣＰＵ切换至主 ＣＰＵ运行 。整个 系统工作状 态切换流 程 见 图 ３。
产 品上 电 ： 主 ＣＰＵ控 制禁 止 ；
从ＣＰＵ控制 禁止
从 ＣＰＵ监 控 ＼
＼ 阳 奎／ ／ ｉ． 主ＣＰＵ正常
主 ＣＰＵ故 障
主设 备控制 输 出 从设 备备 份
主 ＣＰＵ故 障
主设 备禁 止输 出 从设备 控制 输 出
图 ３ 艇 务 管理 计 算 机 工 作 状 态 切 换 图
２．２ 故障处理及切换 艇 务计 算机 上 电默 认 Ａ通 道控制 有效 ，Ａ通道 ＣＰＵ模
块检测到 以下条 件 ：看 门狗报警 、电源掉 电或软件 配置时 ，将 产生 Ａ—ＶＡＬＩＤ信号通知 Ｂ通道 ＣＰＵ，此 时 Ａ通道 ＣＰＵ模块 有 故障 。通过离散量信 号输入到 Ｂ通道 ＣＰＵ模 块 ＦＰＧＡ 中 采 集 ，当逻 辑电路判断 到该信 号处 于关断状 态 时 ，将 禁止 本 ＣＰＵ模块 的 ＬＢＥ总 线输 出 、ＲＳ４２２输入 输 出等 外 部输 出信 号 ，同时使 能 Ｂ通道 ＬＢＥ总线输 出 、ＲＳ４２２输入输 出等外 部 输 出信 号 ，实现 通道切 换功 能 ，通 道故 障逻辑 示 意 图如 图 ４ 所示 。
山西 电子技 术 ２０１６年 第 ２期
应用 实践
文章编 号 ：１６７４·４５７８（２０１６）０２－００２４—０２
平 流层 飞艇 艇 务 管理 分 系统 的设 计 与 实现
席 鹏 ，於二军
（航 空计算技 术研 究所 ，陕西 西安 ７１００６５）
摘 要 ：针 对平 流层 飞艇艇 务分 系统各类压 力传 感 器、阀 门分布 广泛 、监测数 据 处理要 求高等特 点 ，本文提 出 了分布式架构艇 务管理分 系统设计 思路 ，并对该 系统的组成结构 、工作 原理、容错 方法进行 了研 究和 设计 。 目前该 系统 已通过 了试飞验证 并交付使 用 ，艇务 管理 分 系统运行可靠。
关键词 ：平流层飞艇 ；艇 务管理 ；分布式 中图分类号 ：Ｖ２７４ 文献标识码 ：Ａ
平 流层飞艇作为一种现代特 种飞行器 ，具有 空中滞 留时 间长 、部署速度快 、飞行 高度 高等突 出优 点 ，其 在 民用 、军用 领域有着广泛 的应用价值 ，美 国、俄罗斯 、日本等 国都 将平 流 层飞艇平 台的研制作 为 占领 平流层 空 问的战 略 目标予 以高 度重视并 已相继开 展了相 关课题 的可行 性研 究论证 以及 飞 行验证试验 … 。根据各 国的发展 现状 ，平流层 飞艇的巨型化 是 目前各 国实 现飞艇在平 流层 环境长 时间运 行所采 用 的方 法 。这是 由于飞艇 工作 的平 流层 高度大 气密 度远低 于海 平 面 ，更低的密度意味着需要更 大的体积 。但更大 的体 积使 得 艇上各类 传感器 及 阀 门、灯 光等 将在 艇上 各 个部 位 进行 分 布 ，因此要求其 控 制 系统对 飞艇 的各 状 态参 数进 行 就 近采 集 、就近控制 。
图 ２ 艇务管理计算机结构图 ２．１ 艇务计算机双通道 ＣＰＵ主备工作模式
艇 务管理计算机双通道热备方式 。即双通道 同时加 电， 且均处 于工作状态 ；采 用热 备份 工作形 式 的两通 道 ＣＰＵ模 块 硬件软件配置完全一致 ，各通道均具有包括监控 、记 录 、通 讯 、控制功能在 内的完整独立功能。这两个通道 的输 出接 口 通过通道故 障逻 辑控制使其输 出使能 。
２ 艇 务计 算机 技术 特点
艇务管理计算机是艇 务管理 分 系统 的信 息处 理 和系统 管理中心 ，艇务管理计算 机为双机 容错 冗余 系统 ，主 ＣＰＵ模 块出现故障后可 自动 切换 到备份 ＣＰＵ模块 控 制系统 功 能 ， ＣＰＵ模块上提供数据处理 、ｌ０路外部 ＲＳ４２２接 口、以太 网接 口、ＬＢＥ底板 总线接 口功能 。
１．１ 艇务 管理 分系统的 网络拓扑 针对平 流层飞艇的特点 ，从 系统可靠性 、稳定性 、实 时性
以及整体性能 的优 化等多方面 出发 ，艇 务管理分系统采用 分 布式集 中网络结构。
艇务管理计算 机为系统的控制核心 ，艇务管理计算 机每 周期 接收 艇 载 通 信 管 理 器 发 出的 控 制 命 令 ，解 算 后 通 过 ＲＳ４２２总线与 ３个数据转换 盒进行数据命 令交互 ，将控 制指 令传 递给数据转换盒来 控制 各个空 气 阀、氦气 阀 、航行 灯等 设备 的工作状态 ，满 足飞艇的飞行要求 。
传统 的小型飞艇 由于任务 简单 ，体 积小 ，仅有 为数 不 多 的传 感器和执行机构需要管理 ，通常这些功能与其它 一些功 能例如导航集成在 一起 ，并不需 要单独 的艇 务控制 系统 ，因 此艇务控制 系统也是 伴随着 大型 飞艇 的出现而 产生 的一个 新的分布式架构 系统。
１ 系统 架构