[发明专利]一种中低空气球飞行航迹预测方法

说明书

本发明属于气球航迹规划技术领域，公开了一种中低空气球飞行航迹预测方法，包括：获取气球系统参数，以及气球的预定任务飞行高度和降落点；插值得到气球从地面到预定任务飞行高度之间任意高度的环境参数；计算气球在地面放飞时的配重；建立气球上升过程中的热力学方程；动力学方程；运动学方程；预测得到气球的放飞点，气球从地面到平飞阶段起点的上升轨迹，以及气球平飞阶段的运动轨迹；解决气球飞行轨迹预测及规划，能够使气球根据规划航迹及高度圆满完成飞行任务，实现了中低空气球飞行轨迹的高精度预测。

技术领域

本发明属于气球航迹规划技术领域，尤其涉及一种中低空气球飞行航迹预测方法。

背景技术

目前，国内对中低空气球飞行轨迹预测方法的研究较少，对于气球的轨迹预测方法以理论研究为主，应用不多，大部分研究针对高空气球单独上升过程或者下降过程进行仿真分析，在进行全过程飞行仿真时，国内主要研究了气球参数、高度和速度的变化，对执行任务区域没有要求，难以达到预定目标位置和高度。

气球系统通过携带光学、微波等遥感载荷和无线通信载荷，为空天预警、战场侦察监视、实时监视、反恐维稳、防灾减灾、环境监测和高速通信等应用需求提供崭新的技术手段。如若飞行轨迹规划不准，气球放飞后无迹可寻，高度及位置难以达到标准，将直接导致任务失败。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种中低空气球飞行航迹预测方法，解决气球飞行轨迹预测及规划，能够使气球根据规划航迹及高度圆满完成飞行任务，达到飞行轨迹及高度精准可控。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种中低空气球飞行航迹预测方法，所述方法包括：

S1，获取气球系统参数，以及气球的预定任务飞行高度和降落点；

S2，据给定的实际放飞区域的环境参数，插值得到气球从地面到预定任务飞行高度之间任意高度的环境参数；

S3，根据气球到达所述预定任务飞行高度时需处于重浮力平衡状态，计算气球在地面放飞时的配重；

S4，建立气球上升过程中的热力学方程；

S5，建立气球上升过程中的动力学方程；

S6，建立气球上升过程中的运动学方程；

S7，根据气球的预定任务飞行高度和降落点、气球从地面到预定任务飞行高度之间任意高度的环境参数、气球在地面放飞时的配重、气球上升过程中的热力学方程、气球上升过程中的动力学方程以及气球上升过程中的运动学方程，反推得到气球的放飞点，气球从地面到平飞阶段起点的上升轨迹，以及气球平飞阶段的运动轨迹。

本发明技术方案的特点和进一步的改进为：

(1)S1中所述气球系统参数至少包括：气球上升目标海拔高度，气球放飞点目标海拔高度，预定任务飞行高度与气球放飞点之间的压力差，升力球压差，升力球直径，升力球质量，任务载荷总质量以及升力球实际体积。

(2)S2中所述某一高度的环境参数至少包括：该高度的气压、温度、露点温度、风向以及风速。

(3)S3中，计算气球在地面放飞时的配重具体为：

气球配重＝(ρ_{h_air}-ρ_{h_He})*V-m

式中ρ_{h_air}为气球上升至预定任务飞行高度后的空气密度，ρ_{h_He}为气球上升至预定任务飞行高度后的氦气密度，V为气球上升至预定高度后的体积，m为气球整体的质量。

(4)S4中，将太阳辐射公式作为气球上升过程中的热力学模型；

太阳辐射公式表示为：