[发明专利]一种用于无人热气球的飞行高度控制系统

权利要求书

1.一种用于无人热气球的飞行高度控制系统,其特征在于,所述系统包括:飞控计算机、GNSS接收机、数传电台、主驱动器；

所述GNSS接收机设置在无人热气球吊舱内，用于接收热气球当前的经度、纬度、高度和速度数据，并将接收的数据传递至飞控计算机；所述数传电台设置在无人热气球吊舱内，飞控计算机通过数传电台与地面控制站通信；

所述主驱动器设置在吊舱内，包括：燃料罐、燃烧器、点火器；所述燃料罐用于存储并为燃烧器供给燃料；所述点火器用于点燃燃烧器，所述燃烧器用于加热热气球内空气；

飞控计算机接收地面控制站发送的高度指令并与无人热气球当前高度比较，根据比较结果控制燃烧器燃烧时间，从而控制无人热气球飞行高度。

2.根据权利要求1所述的飞行高度控制系统,其特征在于,所述主驱动器还包括：第一电磁阀和第二电磁阀；所述第一电磁阀和第二电磁阀并联设置在燃料罐和燃烧器之间；

所述第一电磁阀为常火电磁阀，第二电磁阀为大火电磁阀，且第一电磁阀燃气流量小于第二电磁阀；

所述第一电磁阀用于维持燃烧器处于小火燃烧状态；所述第二电磁阀用于维持燃烧器处于大火燃烧状态以快速加热热气球内空气。

3.根据权利要求2所述的飞行高度控制系统,其特征在于,所述系统还包括：备驱动器；所述备驱动器与主驱动器相同且互为备份。

4.根据权利要求2所述的飞行高度控制系统,其特征在于,所述系统还包括：气压高度计；所述气压高度计设置在无人热气球上，用于采集无人热气球周围环境的气压并根据气压计算气压高度后发送至飞控计算机；

所述飞控计算机根据气压高度计测量的气压高度和GNSS测量的高度计算融合高度，并将融合高度作为无人热气球当前高度。

5.根据权利要求4所述的飞行高度控制系统,其特征在于,所述系统还包括：环境温度传感器；

所述环境温度传感器设置在无人热气球上，用于测量周围环境温度并将环境温度数据传递至飞控计算机；飞控计算机根据周围环境温度对燃烧器燃烧时间进行修正。

6.根据权利要求5所述的飞行高度控制系统,其特征在于,所述环境温度传感器包括：顶部温度传感器和吊舱温度传感器；

所述顶部温度传感器设置在热气球顶部，吊舱温度传感器设置在吊舱外；飞控计算机根据顶部温度传感器和吊舱温度传感器的温度差值对燃烧器燃烧时间进行修正。

7.一种用于无人热气球的飞行高度控制方法，所述方法用于权利要求1-6中任一权利要求所述的系统，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一：飞控计算机通过数传电台接收地面站的设定高度；

步骤二：飞控计算机将气压高度Hp和GNSS高度Hg融合得到融合高度；

步骤三：飞控计算机将设定高度与融合高度比较后的高度差传递至高度控制回路控制器；

步骤四：高度控制回路控制器根据高度差进行高度PID控制生成升降速度制令，并将升降速度制令传递至升降速度控制回路控制器；

步骤五：飞控计算机对气压高度Hp进行微分得到无人热气球当前升降速度传递至升降速度控制回路控制器；

步骤六：升降速度控制回路控制器根据升降速度制令和当前升降速度进行速度PID控制生成主驱动器控制量或副驱动器控制量；

步骤七：飞控计算机将主驱动器控制量或副驱动器控制量转换为脉冲输出信号，控制第二电磁阀开关，从而控制燃烧器大火燃烧时间。

8.根据权利要求7所述的飞行高度控制方法，其特征在于，所述步骤六中，飞控计算机还将顶部温度传感器和吊舱温度传感器测量得到的温度差值作为速度PID控制的前馈增益。