专利名称：轻于空气(lta)的平台的系统和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及工作在同温层的无人驾驶的轻于空气的平台，更具体地， 涉及其终止和回收。
背景技术：
多年以来， 一直使用无人驾驶的轻于空气的气球进行诸如近太空研究 和气象测量等任务。这样的气球甚至可携带具有仪器设备的有效负载 (payload)，所述仪器设备有时候还具有无线传输能力。
直到以来，所有通信卫星都位于一个称为地球同步弧(geosynchronous arc)的轨道上，所述轨道在地球赤道上空22300英里。由于国际条约规定 卫星互相间隔两度，因此，在地球同步轨道上仅有180个位置。优化设计 的三级化学火箭典型地在发射时须^使用94%推进物才能到达地球同步轨 道，这样，在约5.6%的重量用于火箭之后，就只0.4%的初始发射重量留 给卫星。形象一点，具有相同性能的典型的3000磅汽车仅能够承载一个 200磅的人，其需要8400加仑的燃料箱，并且在一次旅行之后就被废弃！ 最后，尽管NASA的航天飞机可以以巨大代价为一些极低轨道的卫星提供维护，但是，大多数卫星在发射之后不能得到维护和升级。
目前，由于在地球同步轨道上仅有有限的位置，地球同步卫星的尺寸 和性能均正在提高，现在其能够直接向家庭广播电视信号。近来，已釆用 了另外的卫星网络，其不需要地球同步轨道。所有这些新网络将较小的通 信卫星发射到低得多的轨道，在这些轨道上存在没有数目限制的位置。由 于网络所需要的卫星数量更多，并且因为卫星较小，每支火箭已可发射最
多8颗卫星。尽管卫星变得更小、更多，但是在今天，卫星产业仍然没有 "个人卫星，，和大量的消费产品生产商。可以作出这样的估计，部署低地 球轨道的微卫星网络和地面设备以进行多颗微卫星之间的跟踪、发射、接 收、信号传递(signal handoff)以及用于语音网络的必须的系统网络需要 花费至少30亿美元。在部署系统的四年中，期望五百万个用户的每一个都 为所述设备投资3000美元，这导致用户对新设备的总联合投资约为150 亿美元。部署高级的通信卫星的低地球轨道的较小系统的费用估计为4亿 7千5百万美元。这样的系统可以为两到三百万用户提供服务，每个用户 的i殳备开销为300-1000美元。因而，用户对其i殳备的总投资可能至少需 要6亿美元。
目前存在一种用于收集天气信息的目的的工业相关的无线电探空仪 (radiosonde)。无线电探空仪是在气象气球上发射以收集气象数据的仪 器包。每天在格林威治标准时间的中午或午夜从世界各处的位置网络发射 无线电探空仪。随着所述气象服务无线电探空仪在两小时的飞行中从地球 表面上升到约100000英尺，其收集温度、湿度、压力以^X力的数据。然 后，此数据被输入到在超级计算机上运行的大气模型中。从上升的无线电 探空仪的网络收集到的所述信息在预测天气时十分关键。世界上的多数国 家受条约限制，从指定位置发射无线电探空仪，并与其它国家共享数据。 目前，全世界每年约发射800000个无线电探空仪。这个数字表示997个全 球气象站每年365天、每天发射两个无线电探空仪(727000)，再加上少 量用于研究目的而发射的无线电探空仪。约18%的无线电探空仪进4亍被回 收、检修和再生，使得每年新产生大约650000个气象收集无线电探空仪。当前用于跟踪气象气球的定位系统或者正在被停用(Omega，在2000 年之前开始，以及Loran-C， 2000年之后不久)，或者太陈旧，其运作和 维护都异常昂贵(雷达和无线电经炜仪)。
由于气象学家通过比较在数十年收集到的数据来研究气象趋势，无线 电探空仪系统的改变通常非常緩慢。因而，他们对于收集数据时任何可能 在数据中？ 1入新偏差的改变非常戒备。这也正是为什么在数字的助航设备 探空仪(navaid sonde)已经出现了许多年后，而主要用户，例如美国国家 气象局(NWS)，仍然使用通过无线电经絆仪跟踪的模拟无线电探空仪。 紧缩政府预算使得一些用户无力支付新技术所需要的费用。目前，在探空 仪界有一种希望转换为使用全球定位系统(GPS)来进行无线电探空仪上 的风力跟踪的推动力量。从1995年到1998年，NWS尝试说服美国国会资 助用以开发用于美国观测网络的GPS跟踪系统的项目，但是失败了。在无 线电探空仪的RF频谱被迅速重新分配到商业用途的同时，却不能获得必 要的新技术取代旧的和不被支持无线电高空测候基础设施。无线电探空仪 通常对于助航系统探空仪的发射频率是400MHz且对于无线电经纬4义探空 仪的发射频率是1680MHz。所述400MHz频带正被美国联邦通信委员会 (FCC)拍卖，以同时用于商业服务。因而，干扰正在增加，并且探空仪 可能被迫使用具有数字下行链路的较窄的带宽，而不是仍然普遍使用着的 具有模拟下行链路的宽频带。
非常大并且昂贵的NASA气球已经被单独地发射并且保持在飘浮高度 (floating altitude)以延长的时间。这些气球携带着数百磅的设备，每一 个都价值好几万美元。单个气球不具有对整个地理区域进行视线覆盖 (light—of-sight coverage)的能力。
个人通信业务(PCS)是数字服务的新类别，FCC于1994年开始拍 卖频语。PCS被分为两个类别宽带和窄带PCS。宽带类别主要用于语音 服务以及现在与传统蜂窝电话竟争的PCS宽带电话。窄带类别用于高级通 讯(advanced messaging)，其基本上是双向寻呼。寻呼产业将高级通讯 视为某人电子邮件帐户的移动扩展，正如已将蜂窝电话视为某人台式电话的移动扩展。全国范围窄带PCS (NPCS)是FCC拍卖的第一个频谱。已 经对约30个区域性的和全国范围的NPCS许可证进行了拍卖，将其卖给 了私人商业企业。拍卖频镨的事实的重大意义在于，使用此频语比使用 FCC许可的传统频镨的限制要少。在拍卖前，FCC逐个批准频谱，而公 司需要证明他们将波段用于"公共利益"。通常，关于怎样使用频率，有 非常明确的联邦规定。由于公司对于其PCS许可证支付了费用，他们基本 上拥有所述频镨。FCC仅施加所需的最低规定，以防止系统与其它栽波的 和其它国家的系统发生干扰。另夕卜，FCC与加拿大工业部达成了被称为"地 面无线通信协议和协定(Terrestrial Radio Communication Agreement and Arrangement)"，其中，加拿大为NPCS分配了相同的频率，该NPCS 具有与美国的NPCS的拍卖的频率相同的信道结构。这使得跨边界NPCS 成为可能，并且，在1996年，至少一个寻呼系统公司获得了加拿大的NPCS 许可证，其工作频率与其美国许可证中规定的相同。墨西哥也规定了与美 国所使用的相同的频率间隔。
FCC的目标之一是鼓励以可承受的价格向农村地区的消费者提供射 频(RF)通信服务。由于向人口稀少的地区提供无线通信的投资回报渐减， 大通信公司基本上忽略了这个市场。这些无线服务包括寻呼、高级通讯、 遥测、语音等。尽管利用卫星系统在农村地区可得到语音和通讯服务，费 用通常是每个单元几千美元，远远超出大多数消费者的承受能力。另外， 由于缺乏提供建筑物穿透所需的信号强度，卫星系统在向农村地区提供服 务方面存在问题。
发明内容
本发明涉及一种上升速度控制系统，用于控制自由飘浮的轻于空气的 平台的上升速度，其包括排气致动器(vent actuator)、高度传感器以 及当所述上升速度大于预定上升速度时控制所述排气致动器的装置。优选 地，所述高度传感器确定所述自由飘浮的平台的高度和所迷上升速度，所 述装置确定所述上升速度，并且所述装置位于所述自由飘浮的平台上。所述系统可以进一步包括压抢物容器、压舱物以及压舱物放出致动器，当 所述上升速度低于特定上升速度时，所述压枪物放出致动器控制从所述压 輪物容器中放出(discharge)所述压舱物。
另一个实施例是一种通过上升速度控制系统控制自由飘浮的轻于空气 的平台的上升速度的方法，所述上升速度控制系统包括排气致动器、高 度传感器以及在所述上升速度大于预定上升速度时控制所述排气致动器的 装置，所述方法包括确定所述上升速度以及控制所述上升速度。优选地， 控制所述上升速度包括通过所述装置使得所述排气致动器排气。优选地， 所述上升速度控制系统进一步包括压舱物容器、压舱物以M舱物放出 致动器，当所述上升速度低于特定上升速度时，所述压舱物放出致动器控 制从所述压抢物容器中放出所述压艙物，并且其中，控制所述上升速度包 括从所述压艙物容器中放出所述压舱物。
另一个实施例是一种利用多个自由飘浮的轻于空气的平台确定发射无 线信号的装置的位置的方法，其包括从所述多个自由飘浮的轻于空气的 平台进行信号通道延迟测量，并基于所述信号通道延迟测量确定所述发射 无线信号的装置的位置，其中所述多个自由飘浮的轻于空气的平台具有低 于每小时100英里的相对于地球表面的速度，并飘浮在60000到140000 英尺的高度，其中所述方法不需要进行多普勒频移校正。优选地，通过测 量在所述发射无线信号的装置的无线信号到达时间和标准时间之间的差来 进行所述信号通道延迟测量，并且基于来自至少三个独立的自由飘浮的轻 于空气的平台的信号通道延迟测量来确定所述发射无线信号的装置的位 置。在一个实施例中，所述发射无线信号的装置位于(a)已降落在地球上 的自由飘浮的轻于空气的平台上；或者(b )陆基(ground-based )车辆上， 并且，所述装置^1射机或M机。在一个变型中，基于所述信号通道延 迟测量来确定所迷发射无线信号的装置的位置包括确定从所述装置到所 述多个自由飘浮的轻于空气的平台的距离，基于所i^J巨离在地球上描绘出 近似圆，并确定所述圆的交点，所述交点基本上就是所述发射无线信号的 装置的位置。在一个变型中，所述进行信号通道延迟测量进行仅两个信号通道延迟的测量(only two signal path delay measurement)， 而在另一个 变型中，通过扇形或定向天线进行所述信号通道延迟测量。
另一个实施例是一种用于确定包括发射无线信号的装置以及GPS单 元的有效负载的位置的方法，所述方法包括通过所述GPS单元测量所述 发射无线信号的装置的位置，检查所述发射无线信号的装置的位置移动， 以及将所述有效负载的位置传送给自由飘浮的轻于空气的平台。优选地， 所述有效负载降落在地球上，而所述自由飘浮的轻于空气的平台飘浮在约 60000-140000英尺的高度，其中，所述方法不需要进行多普勒频移校正。
另一个实施例是一种用于定位和确定陆基车辆的使用的系统，所述路 基车辆包括与所述陆基车辆的轮毂相连的外壳，所述外壳包括GPS单元、 发射无线信号的装置以及电源。所述外壳可进一步包括轮胎换位传感器。 所述系统可进一步包括自由飘浮的轻于空气的平台，所述平台包括接收 无线信号的装置，其接收来自所述发射无线信号的装置的信号。优选地， 所述电源是太阳能电源、电池、发电机或其组合。
另 一个实施例是一种用于操纵可操纵系统(steerable system)的方法， 其包括使得所述可操纵系统在相对于在所述可操纵系统处的地方性风 (local wind)的圆中飞行，从而使所述可操纵系统的飞行向量(flight vector)为零并且无需利用从指南针或空速指示器得到的数据即可确定所 述地方性风关于地球上的位置的地方性风向量。优选地，所述可操纵系统 是自主的GPS引导的可操纵系统，不需要在所述可操纵系统上装栽指南针 或空速指示器。进一步优选地，基于所述可操纵系统的地面轨迹向量确定 所述地方性风向量。此外，可以从位于所述可操纵系统上的GPS单元获得 所述地面轨迹向量。优选地，所述可操纵系统是飘浮在约60000到140000 英尺高度的自由飘浮的轻于空气的平台的组成部分。
另 一个实施例是一种用于利用一个或多个自由飘浮的轻于空气的平台 确定发射无线信号的装置的位置的方法，其包括在不同的时间间隔从所 述一个或多个自由飘浮的轻于空气的平台进行信号通道延迟测量，并基于 所述信号通道延迟测量确定所述发射无线信号的装置的位置，其中，所述一个或多个自由飘浮的轻于空气的平台具有低于每小时100英里的相对于 地球表面的速度，并飘浮在60000到140000英尺的高度，其中所述方法不 需要进行多普勒频移校正。优选地，所述一个或多个自由飘浮的轻于空气 的平台具有一个自由飘浮的轻于空气的平台。并且，所述一个或多个自由 飘浮的轻于空气的平台可以有两个自由飘浮的轻于空气的平台。
另 一个实施例是一种用于定位和确定陆基车辆的使用的系统，所述陆 基车辆包括外壳，所述外壳包括GPS单元、发射无线信号的装置以及电源， 所述系统进一步包括 一个或多个自由飘浮的轻于空气的平台，所述平台 包括接收无线信号的装置，其接收来自所述发射无线信号的装置的信号。 优选地，所述一个或多个自由飘浮的轻于空气的平台具有低于100每小时 英里的相对于地球表面的速度，并飘浮在60000到140000英尺的高度，其 中所述系统不需要用于多普勒频移校正的仪器。
参照附图连同以下的详细描述，可以更好地理解本发明，其中，类似 的数字表示类似的部件，并且其中
图1示意性地描述了通过处理器或控制器进行终止决定的组合的方法 的流程图，其包括终止条件、通过传感地理位置和速度的条件检测，以及 才艮据本发明某些方面的工作元件；
图2a和2b示意性地描述了根据本发明某些方面的用于压舱物的受控 释放的机构；
图3是利用绳索在气球和有效负载之间连接的平台的颈部的示意性的 部分正视图，并描述了所述构造以及从所述有效负载平台释放气球的方法；
与图3—样，图4是在气球和有效负栽之间连接的平台的颈部的示意 性的部分正视图，其进一步描述了从所述有效负栽平台释放气球；
图5是电池放电和颈部释放电路的示意图6、 7和8分别是才艮据本发明一些方面的一个实施例的、与平台底部 相连的",种子"下降机构的正、侧和端视图；图9是已着陆终止的平台(具有或不具有气球)的示意性描述，其向 飘浮平台的收发机发射定位信号，所述收发机将所述定位信息转发给地面 站，以促进所述已终止平台的回收；
图10是示意图，其示出了所述切换机制；以及
图11是利用销钉在气球和有效负载之间连接的平台的颈部的示意性 的部分正视图，其描述了所迷构造以及从所述有效负栽平台释放气球的方 法；
图12是多个空中平台(airborne platform)的示意性描述，其表示在 邻接地理区域上的平台的星座、发射设施以及通信终端，它们通过地面线 路，或者可选地，通过轨道卫星通信信号与网络操作中心网络网络连接在 一起；
图13是多个空中平台、单个可移动发射点以及与多个地面终端和个人 通信装置的网络操作中心具有网络连接的通信终端的放大视图14是平台间通信的示意性描述，所述通信随后向地面终端和网络操 作中心(NOC )进行发送；
图15是平台到空间卫星的通信链路的示意性描述，其用于提供与网络 操作中心(NOC)相互连的网络；
图16是"中心辐射"网络通信链路拓朴结构的示意性描述；
图17是网状网络通信链路拓朴结构的示意性描述；
图18示意性描述了邻接的地理区域，具体而言是美国，其中具有空中 SNS平台发射点，并示出了初始覆盖区域SAS圆，叠加在所述地理区域的 地图上，并显示出了每个SNS平台的视线覆盖区域，从而使得，所述整个 地理区域基本上处于一个或多个空中平台的接收范围的包围之中；
图19是在所述空中平台自由飘浮于规定高度一段时间之后空中平台 移动的例子的示意性描述，并且还描述了额外的空隙填补发射点，其由移 动发射器提供，以利用额外发射的空中通信平台补充和完整覆盖的连续性；
图20是空中平台的示意性側视图，其中，轻于空气的气包体，例如气 球，与盛有电子控制机构、通信装置、传感器以及气象数据收集包的盒子相连；
图2l是空中平台的放大的部分截面图，根据本发明的一个实施例，其 包括固定在轻于空气的气包体或气球上的所述控制和通信盒；
图22是才艮据本发明一个实施例的图17的所述空中控制和通信平台的 侧面的部分截面视图23是控制和通信平台的可选实施例的部分截面侧视图，其中，可选 的电源包括氩/氧供电燃料电池，其用于代替图18的实施例的电池；
图24是根据本发明一个实施例的用于控制、传感以及通信的电子电路 的示意性;瞎图25示出了与陆基M机进行双向通信的轻于空气的平台； 图26示出了从地面上的轻于空气的平台的相等传播延迟的环； 图27示出了从两个单独的轻于空气的平台的相等传播延迟的环； 图28示出了附加在半拖车的车轮的轮毂上的耐天气变化的外壳，用于 测量所述半拖车的使用和位置； 图29示出了地面轨迹向量； 图30示出了地面轨迹向量和飞行向量； 图31示出了地面轨迹向量、飞行向量以及计算得到的风向量； 图32示出了无风时的全圓过程，用于有效地使所述飞行向量为零； 图33示出了有风时的全圆过程，用于有效地使所述飞行向量为零。
具体实施例方式
本发明通过使用小的并且相对便宜的微电子器件将现有通信卫星所提 供的大多数功能集成于小的轻于空气的通信平台中，可以克服现有通信卫 星的缺陷。特别地，将多个轻于空气的气珎4殳计为将^L电子通信装置携带 到称为同温层的地球大气层的层次。这些平台的重量大约比目前发射到非 地球同步轨道中的微卫星轻100到1000倍。为便于参考，有时候将携带电 子通信及控制装置的有效负栽的空中通信平台或气5求称为"同温层纳型卫 星"或简称为"SNS"。在公制系统中，前缀"纳，，表示比前缀"」微"小1000倍的单元。所述SNS发明消除了通过火箭将卫星推进到轨道的需要。 在间隔(spaced-apart)的地理位置同步空运发射多个SNS平台，可以提 供低成本的卫星星座(constellation )。在发射到得到可控的、可调整的高 度后，所述SNS平台上升，其根据上升大气和同温层气象条件尤其是风， 在所述地理区域上方移动。为了抓住有利于保持所述SNS平台均匀地间隔 的盛行风，可通过气体排放或压舱物落下来上升或者降低所述SNS平台的 高度。当不再被需要时，可以使所述平台快速下降。
为陆地无线通信设计的已有用户设备可以与本发明的SNS系统一起工 作。由于或者所述通信卫星距离用户非常远(对于地球同步卫星超过22000 英里)使得没有专门的用户设备时信号太弱，或者所述卫星相对于地面上 的用户高速运动(对于低地轨道卫星超过约36000mph)导致接收机中的 相位误差，这与传统的通信卫星产业的情况不同。取决于高度和覆盖所述 地理区域的多个平台中的特定平台的半径覆盖范围，所述SNS平台距离所 述地面用户最多约175英里(280公里)。此外，所述空中平台以近似于 汽车速度的速度(约0到60mph之间)在其飘浮高度移动。与已有的无线 通信系统相比，其具有显著优点，这是因为，当采用新通信系统时，所述 用户设备投资总是所需要的最大总投资。
与轨道卫星系统的大部署和新设备成本相比，本发明提供了低成本的 选择方案，其不需要新的用户i殳备。因而，所述SNS系统的优点在于高级 通讯SNS网络，其与已经存在并且已经用于塔基(tower-based) M机网 络的标准单向和双向寻呼机兼容。即使不考虑部署所述SNS系统，市场分 析师预测到2003年将有3千5百万用户携带兼容的标准双向寻呼装置。例 如，以100美元/单位，这意味着超过35亿美元的用户投资。通过简单地 选择支付每月增加的使用费，这些用户可以接收所述发明的SNS平台网络 的增强覆盖，作为他们当前服务的延伸。与具有当前卫星寻呼机的情况一 样，没有新用户设备或培训的先期成本，不需要改变用户的习惯，不需要 麻烦用户携带多于一个的寻呼机或者其它通信装置。
此外，当进行先进通讯时，所述发明的SNS系统使用国际上釆用的通信或寻呼协议。所述新系统的国际化机遇至少等于在美国的可能性。所述
SNS系统也可以4吏用其它通行的寻呼协议。所述系统不仅用于个人寻呼， 其还用于其它通信、远程、成像、红外线扫描、装置跟踪以及气象数据收 集服务。
考虑利用目前的SNS发明作为替代系统，在SNS平台上升时，其能 够向国家气象局(NWS)提供所需要的信息，这对于NWS^艮有裨益。可 所述SNS平台获得的GPS信息也能够提供NWS所需要但负担不起的风信 息。已有的NWS发射设施甚至可以被用作为SNS发射、跟踪以及通信站 点。在上升并且将气象数据发送给NWS之后，可以控制所述平台飘浮在 规定的高度，并提供其它的商业通信服务。在完成上升，并且将所需要的 信息发送给NWS之后，可以移除附带的NWS探空仪，将其作为压舱物丢 落。为了保证数据与当前的无线电探空仪的数据一致，所述附带的无线电 探空仪可以使用目前的无线电探空仪所使用的相同传感器。
所发明的SNS网络的独特设计使其可覆盖大范围区域，并且可l吏用国 家的，并且理想地，在接Jt衮国家之间国际性的专用频率。由于每个SNS空 中平台的大覆盖圆，其有利于向所述SNS系统分配全国性的，或者理想地， 国际性的专用频率。不对信号进行时间复用，而重叠使用相同的频率很可 能导致在接收机的干扰。所述系统优化地工作在指定为"窄带个人通信服 务，，或"NPCS"频谦的频率范围内。此外，美国的整个NPCS产业普遍 认同称为"REFLEX"的标准双向通信协议。REFLEX是采用时分复用 (TDMA)的协议。REFLEX协议是Motorola设计的FLEX协议的延伸， 它是一种同步协议，在四分钟的周期内有128帧。利用GPS计时技术对每 帧的开始和结束进行全国性的协调(coordinate)。这将允许，通过在每四 分钟的周期内简单地为每个网络分配一定数目的帧，使得在本发明的SNS 网络和已有的地面卫星网络之间共享单个频率。因而，所公开的SNS系统 既可以工作于其专用频率也可以和地面系统在相同的信道上一起工作，并 且发送时不会互相叠加。这是REFLEX的独特之处，优选地，可以将其整 合到新的SNS系统之中。所述SNS也可以使用利用码分复用(CDMA)的其它协议进行工作。
相比于在大范围频率上使用许多不同协议的大多数多数语音和寻呼网
络，NPCS包含邻近的一组全国性的频率，在其中，全国性的窄带PCS被 许可人已采用了所述FLEX/REFLEX协议。
所述当前发明的SNS系统受益于频率和协议的全国一致性，从而如果 需要，其可以相对方便地在任何或所有全国性的电信商(carrier)所拥有 的所有NPCS信道上进行工作。NPCS频带的最小政府规则也允许在起草 NPCS规则时还未知的新的SNS系统无需违反当前的规则即可在所述 NPCS频带上工作。由于所述NPCS被许可人基本上拥有拍卖时购买的频 率，并且在得到购买者的允许后，所述发明的SNS系统可以兼容地使用相 同的频率，因而并不需要来自FCC的额外许可。这种独特的特点可以使得 投产期(start-叩time)节省有时候为获得单独的许可所需要的两到三年时 间。
如上简要讨论，除了最小化所述规则性的障碍之外，新的SNS网络的 一个巨大的优势在于其不需要新的专用用户设备。预计可能有六百到一千 五百万个单位的兼容用户设备工作在已有的地面卫星网络之外。这些都可
以简单地利用廉价的系统编程加入到所述新的SNS系统，并从而接收由根 据本发明的飘浮通信平台的星座所提供的扩展的、更完善的邻近地理区域 覆盖。对于NPCS电信商而言，所述新系统可以提供完全的通信覆盖，尤 其是对偏远农村的覆盖。
由于通过其已有的电信商，已有的寻呼设备拥有者和用户可以获得本 发明提供的所述扩展的覆盖，决定扩展覆盖就像检查其每个月帐单上的加 框文字(box)—样简单。他们可以保留当前的寻呼系统公司，可简单地得 到由SNS提供的偏远地区覆盖的好处。不需要新设备，也不需要在开始时 花费时间学习新电子装置的特性。无需改变设备，用户就可轻易地得到改 进的覆盖。所述发明的SNS网络的非常重要的优点在于对整个偏远地区地 理覆盖的显著改进。目前，无线数据覆盖是已覆盖的主要在大城市区域附 近的高人口密度区域的拼凑(patchwork)。所述SNS网络与已有的覆盖区域协同工作，并填补所有低人口密度并且因而低通信流量的区域，其都
使用相同的用户装置。调整NPCS系统的政府规则要求用于所有被许可人 的最小的系统扩建。例如，到约1999年时，提供NPCS的4皮许可人必须 为至少37.5%的美国人口或者750000平方^^里提供服务，而到2004年， NPCS被许可人必须为至少75%的美国人口或者1500000平方公里提供服 务。由于人口非常集中，现有的系统只需要建设用于在占整个大陆很小百 分比的面积上进行覆盖的发射塔。实际上，所述1999年和所述2004年的 人口服务限制的最小区域要求分别对应于整个美国大陆面积的约8%和 16%。由于美国城市的高人口密度。例如，覆盖卯％的人口仅要求电信商 扩建国家整个大陆面积约20%的区域覆盖。由于塔发射机/收发机的短程 性，使得每个潜在消费者需要更多设备，因而对于现有系统，为低人口密 度区域提供服务花费更大。因而，由于回报递减，现有的电信商很少具有 覆盖超过卯％人口的系统。许多已经建立的无线数据电信商仅扩建到约 70%-80%。
本发明被设计为提供几乎100%的覆盖，并且可与已有的高密度无线 载波系统和网络兼容地结合，从而使得由现有的寻呼系统电信商建立的高 密度系统网络负责高人口密度地理区域，而所发明的SNS系统负责选取和 处理可能位于邻接的地理区域之中的低人口密度或偏远区域。所述SNS系 统是对于高密JLiC射塔寻呼系统的补充。因而，尽管与高人口密M射塔 系统相比，所述SNS系统具有较低的总信号处理能力，但是其能够提供完 整的地理覆盖，从而可以为处于偏远区域或在偏远区域旅行的用户提供所 述SNS系统的额外覆盖。用户通常处于使用单个装置的寻呼服务或其它可 兼容通信服务的范围之内。通过发射更多的SNS平台或通过在邻近平台之 间动态地重新分配频率使用，所述SNS系统也可以基于区域重新分配容量。
所述SNS系统不止用于个人寻呼，其还用于其它通信、语音、远程成 像、红外线扫描、装置跟踪以及气象数据收集服务。去年已进入市场的宽 带PCS (BPCS )电话都提供了称为短消息服务(SMS )的高级通讯服务。 当电话超出所述BPCS电话服务区域时，所述SNS系统可以寻呼用户的电话。也可以利用SNS系统实现BPCS语音服务。SNS技术的另一种潜在应 用是远程成像市场。政府、城市规划部门、农民、环境保护主义者、地图 制作者以及房地产开发商都依靠航摄或卫星照片。世界范围地，这个市场 超过14亿美元。由于SNS距离目标比卫星近超过二十倍，SNS可以仅利 用0.75英寸直径的镜头实现一米的分辨率。在当前的无线电探空仪不具有 保持飘浮高度的能力时，所述SNS平台可收集和报告来自同温层中的持续 的停留的气象数据。
本发明的 一 个实施例是一种具有发射、跟踪以及通信终端的地面网络 的小空中通信平台的星座。尽管主要以寻呼系统的形式在通信方面描述整 个系统，也可以很容易地包括其它通信，例如，语音通信、紧急道路服务、 搜救、紧急医疗、远程成像、环境监控、工业&公用设施监控、远程资产 管理、照片数据、IR扫描、设备跟踪、货车车厢和集装箱跟踪、车辆安全、 个人安全、危险物质、海关和国际船运安全、儿童安全、野生生物多艮踪、 个人通讯、残疾人士通信、SCADA、货车运输通信和船运跟踪以及i午多其 它适当的通信。如在此所使用的，寻呼包括传统的单向寻呼，以及较新的 高级通讯服务(例如，双向寻呼和语音通讯(voice messaging))。通信 平台和地面支持系统的空中星座扩展了当前寻呼网络的有限的覆盖，以在 整个邻近地理区域上提供完全的通信覆盖。例如，在美国，其确实提供了 全国范围的覆盖。所述已经在适当位置的陆基发射塔系统提供了城市区域 所需要的覆盖，而所述SNS系统提供了对低人口密度的农村区域的覆盖。 因而，利用相同的手持寻呼装置，用户可以获得完全的全国范围的覆盖。 与传统的仅覆盖有限区域的陆基通信发射塔系统相反，或者与轨道运行非 常昂贵、高度或高或低的卫星通信系统相反，所述发明的系统通过提供均 匀间隔、高度较高的空中通信平台，例如，气球携带的寻呼M机进行此 项工作。
为形成所述空中通信平台的星座，寻呼收发机#_附加到轻于空气的载 体上，诸如类似国家气象局(NWS)所使用的高空气球，并对其进4亍改进 以利用诸如气体排放和压舱物丢落的方法提供规定的可调的高度控制。在此申请中，所述轻于空气的栽体或气球以及所附加的通信装置被称为同温
层納型卫星平台(SNS平台)。为覆盖由美国大陆部分组成的邻近地理区 域，可以以有规律的间隔周期地发射SNS平台，或者如果需要，则从全美 国的约50到100个地点发射SNS平台。选择这些发射地点，以发射所述 气球承栽收发机，使其上升到约60000到140000英尺的规定飘浮同温层高 度。使用了计算机调整的高度控制和计算机化跟踪。调整所述SNS平台， 使得当其随着已有的风流漂移时，在例如地球上空的同温层中，在预定高 度范围内维持所希望的高度。当所述平台以不同速度漂移时，当它们放松 浮力时，或者当它们突然爆裂或出现故障时，可发射新的SNS平台以填补 可能发生在覆盖中的任何空隙。随着需求增长，也可以发射新的SNS平台 以提供额外的通信容量。在上升到规定高度期间，新发射的SNS平台可收 集、记录以H送气象数据。可经由无线电向地面有利地传送这些数据， 以供国家气象局(NWS)使用。由于天气条件经常变化，建模以及基于连 续来预测SNS平台网络的覆盖的过程是一件复杂的任务。通过利用记录的
相对于地面发射和跟踪终端的运动，可以促进此项任务。也可以使用此数 据控制单个SNS的高度，从而捕捉有利的盛行风以帮助填补覆盖空隙。在 同温层高度的每一个飘浮卫星将具有从下挂的天线向所有方向以半径约 175英里(280公里)的视线的无线电通信覆盖范围，并且形成所述通信平 台的一部分。
形成所述星座的多个SNS平台的陆基支持包括至少 一个网络操作中心 (NOC)以及多个发射和跟踪终端。所述NOC优选地是用于所述SNS系 统的高速、高容量的计算、通信及操作中心。所述NOC可负责每个通信 平台的飞行和操作的所有可控制方面。这些控制包括平台发射、飘浮高度、 跟踪、所有寻呼通信和控制信号发送，以及与伙伴寻呼公司的通信。典型 地，所述SNS地面终端包括发射设施、跟踪和通信设备以及通信天线。所 述共同放置的发射设施和地面终端也有利地与约70个NWS气球发射设施 的已有位置相一致，其中所述发射设施被设计以监控全国范围的天气条件。还存在类似的气象站，其由基本上世界范围的条约维持着。这些地面终端 可以是自动化的。当需要填补在飘浮平台的重叠圆形覆盖图之间所产生的 预期的覆盖空隙时，也可以使用便携式或移动的发射及跟踪地面终端。当 同温层的风基于季节改变时，这些便携式或移动的发射及跟踪地面终端也 可以季节性地移动，以提供额外的发射地点。最可能地是沿着海岸线或所 述覆盖区域的边缘部署这些终端。这些地面终端可以有利地跟踪飘浮在其
位置附近的一些SNS平台，并可以向该终端范围的每一个平台提供所有通 信的上行链路和下行链路，包括寻呼和控制数据。可通过所述NOC将来 自预订的寻呼公司的寻呼信号发送到所述SNS系统。所述NOC确定哪个 SNS平台当前位于呼叫的寻呼机上空，并向跟踪此SNS平台的地面终端发 送所述寻呼消息。所述地面终端接收来自NOC的寻呼消息，并将其转发 给SNS平台。然后，所述SNS平台将所述寻呼消息向下发送到所述个别 的寻呼机。由双向寻呼机发送的任何消息被最近的SNS平台接收，并被向 下转发给地面终端。所述地面终端向NOC发送所述消息，NOC将所述消 息转发给适当的预订的寻呼电信商。所述NOC还保持跟踪所有计费信息 和用户位置信息。所述SNS系统被有利地设计为无需修改寻呼机，即可与 FLEX(单向寻呼机)以及REFLEX (双向寻呼机)完全兼容。无论与NWS 发射设施共同放置还是将其单独放置在其它选择的地面地点，所述发射设 施可由全自动化的发射机和地面终端组成。 一个地面终端可以同时控制多 个SNS平台。可以使用从一个地面位置连接到另一个地面位置的陆线、卫 星链路或其它高信号容量网络通信，将所述多个发射地点和地面终端相互 连接或者与所述NOC相连接。
本发明的 一个实施例是一种包括自由飘浮的平台和与所述平台分离的 通信装置的系统，所述平台包括轻于空气的气包体(gas enclosure)和有 效负载，所述有效负载包括处理器和收发机，其中，所述处理器能够决定 终止平台的飞行，所述收发机能够接收来自通信装置的信号，并且所述通 信装置能够将所述信号切换(hand off)到另一个自由飘浮平台的另一个收 发机。所述有效负栽可进一步包括高度传感器、位置传感器以及电源。典型地，所述有效负栽在所述轻于空气的气包体的500英尺以内。
所述决定至少部分地基于以下几点(a)如果确定所述平台将在指定 的地理边界之外；(b)如果所述平台在指定的高度范围以外；(c)如果 所述平台具有指定范围之外的横向或垂直速度；(d)如果所述处理器出现 故障；(e)如果电源出现故障；(f)如果命令和控制通信链路出现故障。
所述决定可以是释放压抢物、停止到放电电路的信号以防止电池放电、 从所述有效负栽释放所述平台，或者其组合。
本发明的另一个实施例是一种终止自由飘浮平台的飞行的方法，其中， 所述平台包括收发机，其能够接收来自与所述平台分离的通信装置的信号， 所述方法包括确定地理位置和/或所述平台的速度，利用所述平台上的处 理器作出决定以终止所述平台的飞行，将所述信号切换到另一个自由飘浮 平台的另一个M机，以及终止所述平台的飞行。
再一个实施例是一种用于升高或减緩自由飘浮平台的降落的系统，其 包括轻于空气的气包体和压舱物，所述压舱物包括反应物，当混合所述反 应物时形成比空气轻的气体。所述气体可以是氩气，而所述反应物可以包 括水和Ca或Na的氬化物。至少一种所迷反应物比空气重。例如，至少一 种反应物是碳氢化合物。所述系统可进一步包括用于重整所述反应物中至 少一种的催化剂。
本发明的另 一个实施例是一种用于升高或减緩自由飘浮平台的降落的 方法，所述方法包括使存储在所述平台上的反应物发生反应以形成用过 的反应物和轻于空气的气体，将所述气体引入到轻于空气的气包体，并丢 落所述用过的反应物。
本发明的另 一个实施例是一种用于终止自由飘浮平台的飞行的系统， 其包括轻于空气的气包体、有效负栽以及元件，其中所述元件能够将所 述气包体与所述有效负栽分离。所述元件包括线路和能够切断所述线路的 组件。所述系统可进一步包括两个轴向排列的管子，其将所述有效负载连 接到所述气包体。在优选实施例中，所述元件可以是销钉(pin)。
本发明的再一个实施例是一种用于终止自由飘浮平台的飞行的方法，所述平台包括轻于空气的气包体、有效负栽以及元件，其中所述方法包括 通过所述元件的动作将所述轻于空气的气包体从所述有效负栽分离。所述 方法可进一步包括通过所述元件通过电流。
本发明的另一个实施例是一种供电系统，其包括电池、处理器以;s^文 电电路，其中所述处理器间歇地向所a电电路发送信号以防止所述电池 放电。优选地，当所述供电系统降落在地面或水上时，所述处理器4亭止发 送所述信号。
本发明的再一个实施例是一种回收自由飘浮平台的方法，其包括将
所述平台降落在地面或水上，并将所述平台的位置发送给位于另一个自由
飘浮平台的收发机。所述方法可进一步包括从位于另一个自由飘浮平台 的 _机向位于地面站中的 _机发送所述位置。
本发明的另一个实施例是一种用于终止自由飘浮平台的飞行的系统， 其包括:轻于空气的气包体、有效负载以及用于从所述有效负栽释i文所述 气包体的装置。在说明书中公开的那些用于释放所述气包体的装置及其等 同。
已经发现无人驾驶的轻于空气的气球在前的最大用途是世界上的各种 气象服务。出于气象数据获取的目的，小乳胶气象气球携带称为无线电探 空仪的仪器包来收集气象数据。每天在格林威治标准时间的中午或午夜从 世界各处的地点网络发射这些气象气球。在这些气象服务无线电探空仪经 过两小时的升空从地球表面上升到约100000英尺期间，其收集温度、湿度、 压力以及风的数据。在约100000英尺处，所述气象气球爆裂，而所述无线 电探空仪有效负载则随着降落伞降落到地面。在所述上升期间获取的数据 被输入到在超级计算机上运行的大气模型中，以加速气象预测。由于其仅 表示每l2个小时所述气球上升期间所获得的气象数据的快照(snapshot), 所述输入数据是有限的。所述上升和下降;f艮快，几乎都降落在初始国家的 边界以内，从而使得短时期无线电发送和物理地跨越边界不是主要问题。 并且，受到条约限制，世界上大多数国家都从指定地点发射携带无线电探 空仪的气球，并且与其它国家共享所述数据。目前全世界每年发射约800000个无线电探空仪。也发射了少量的用于 研究目的研究气球。所述研究气球可能非常大，并且典型地，其利用特殊 频率并且在国际的或单个国家的边境跨越许可下进行飞行。每年飞4亍的气 球总数主要包括每年365天、每天发射两个无线电探空仪的997个全球气 象站(727000)。这些无线电探空仪中仅有18%是可回收、可修复和可再 生的，导致每年新产生约650000个气象收集无线电探空仪。
联邦通信委员会(FCC)禁止不受控制的发射机，因为它们可能干扰 同一频率或其它临近频率的用户。FCC频i普许可通常禁止美国许可的发射 机在离开美国边界时进行发射。
已经发现，为了在提升用气体溢出气球膜而损失时以及当夜晚来临太 阳的热效应失去时保持高度，大多数保持高度的轻于空气的平台必须丢弃 压舱物。联邦航空局(FAA)规则101.7规定禁止无人驾驶的气球飞行器 (ballooncraft)进行可能发生危险的丢弃物体或^^作。
101.7危险操作。
(a) 不许以对他人或者他人财产产生危险的方式操作任何系泊的 气球、风筝、无人驾驶的火箭，或者无人驾驶的自由气球。
(b) 不许在操作任何系泊的气球、风筝、无人驾驶的火箭、或者 无人驾驶的自由气球时使得物体从其上丢落下来，如果这样的动作可能对 他人或者他人财产产生危险。
(6 (c)，交通部法规(49 U.S.C.1655 (c))) [DocNo,12800， Amdt. 101-4， 39 FR 22252， June 21， 1974
影响轻于空气的平台的尺寸和成本的主要因素是有效负载的重量。对 于诸如气象气球的小气球飞行器而言，如果总的有效负载重量保持在6磅 以下，并且最小侧的密度小于每平方英寸3盎司或更少时，它们可能免于 某些FAA报告、点火以^L1射要求。 101.1 (4)适用性
此部分规定了用于规制在美国进行的操作的规则，如下(4)除了 101.7中所规定的，任何无人驾驶的自由气球
(i) 携带了重量超过四磅的有效负栽包，并且在所述包的任何表面上 的重量/尺寸比超过三盎司每平方英寸，其中通过将所述有效负栽包的总重 量的盎司数除以其最小表面的面积的平方英寸数进行确定；
(ii) 携带重量超过六磅的有效负载包； * pi /180
Longitude—change一( 弧度) = [Start—longitude—( 小数 )— End—longitude—(小数)* pi /180
将在一次完整旋转内的绵度和经度变化转换为所述地方性风的以米/ 秒计量的北向和东向分量需要所述非球形地球模型将绵度和经度变化转换 为实际距离和速度。公式总结如下
地球在某炜度的半径(Rn) = Ravg / (1 — Eccent * (sin(latitude一change一(弧度))A2》
其中，Ravg是地球的平均半径=6378137米
且Eccent是地球的偏心率=0.00669437999014138
Local—Winds一North一(m/s) = Rn * Latitude—change—(弧度)/ (End_Time — Start—Time)
Local—Winds—East—(m/s) = Rn * cos((Start一Latitude一(小数)+ End—Latitude—(小数)/ 2 ) * pi / 180) * (Longitude—change—(弧度)/ (End—Time — Start_Time)
将所述地方性风分量转换为向量(地方性风向量)。Local一Winds—direction(度)=ArcTAN(Local_winds_North—(m/s) / Local—Winds—East—(m/s))
如果所述地方性风方向为负，加上360度。
Local_winds_speed—(m/s) = SQRT(Local Winds—North—(m/s)A2 + (Local—Winds—East—(m/s))A2)
从来自GPS的所述地面轨迹向量和所述地方性风向量，可以确定所述 飞行向量。当首先将两个向量转换为北向和东向分量时，可以容易地从所 述地面轨迹向量中减去所述地方性风向量
将所述地面轨迹向量转换为其北向和东向分量。 Ground—Track_North—(m/s) = cos(Start—GroundVector—Direction—(度)
* Pi /180) * Start—Ground—Vector—Speed_(m/s)
Ground—Track—East—(m/s) = sin(Start—Ground Vector—Direction—(度)
* Pi /180) * Start—Ground一Vector一Speed—(m/s)
从所述地面跟踪分量中减去所述地方性风分量，以得到飞行分量。
Flight—North_(m/s) = Ground—Track—North—(m/s) — Local—Winds—North—(m/s)
Flight—East—(m/s) = Ground—Track—East—(m/s) —
Local—Winds—East (m/s)
将所述飞行分量转换为向量(飞行向量)
飞行向量方向(度) =ArcTAN(Flight—North—(m/s) / Flight_East—(m/s))
如果飞行方向为负，加上360度。
飞行向量速度(m/s ) = SQRT((Flight_North_(m/s))A2 -(Flight—East—(m/s)A2)
现在已经从所述地面轨迹向量中分离出了所述飞行向量和所述地方性 风向量，所述操纵控制算法可以使用它们的分量。
可以在诸如自主的、GPS导航的可操纵降落伞或滑翔机的自主回收系 统的控制系统中实现以上的软件功能。典型的系统包括至少可操纵的降落伞或滑翔机， 一个或多个操纵致动器，用于位置数据、地面跟踪以及时
间的GPS单元，执行上述算法的处理器以及用于所述处理器和致动器的电 源。不需要空速传感器或指南针。
可操纵的降落伞包括可拉紧或放松以影响所述回收系统的旋转的操纵 控制绳(steering controlline)。诸如绞盘的操纵致动器可以向一个方向转 动以拽拉右转操纵控制绳，而向另一个方向转动以拽拉左转操纵控制绳。 所述处理器控制所述致动器以在任何方向上进行操纵。所述处理器接收来 自所述GPS单元的地面轨迹向量、位置数据以及时间。所述处理器如上所 述开始整个圆，接收来自GPS的信息，并应用上述算法确定当前的飞行和 地方性风向量。然后，所述处理器适当地控制所述致动器以基于其操纵算 法结束或者继续所述旋转，从而到达目标降落位置。
也可以使用单独的控制绳来操纵所述降落伞。这使得降落伞主要在一 个方向(方向A)旋转。所述降落伞以方向A旋转，或者在处理器控制下 由所述致动器调节为直线飞行(通过保持恒定的地面跟踪方向)。所述可 操纵的降落伞可被设计为在操纵绳完全松弛时具有向方向A的相反方向 (方向B)的轻微旋转的自然倾向。轻微调节(拉)所述控制绳将^f吏得所 述降落伞按照所述处理器的指示以恒定的地面跟踪方向直线飞行。进一步 拉所述控制绳将使得所述降落伞转向为方向A。在校正降落伞中的个别错 误时，很需要这种可将所述降落伞调整为直线飞行的能力。
因为所述地方性风随着所述回收系统的降落可能变为不同的风，偶尔 需要重新计算所述飞行和地方性风向量，以处理新的地方性风以及由于空 气密度变化或其它因素而引起的飞行向量的变化。由于在开始测量和结束 测量之间的风的不同，可能引起其它的误差。为了使所述飞行向量达到期 望的准确度，需要经常进行上述的完整圆周过程。更频繁进行所述完整圓 周过程的主要缺点在于在所述完整圆周过程中不能使用所述回收系统的有 效前向运动。
表l示出了本发明的方法的例子，其无需使用指南针或空速指示器即 可确定地方性风和飞行向量。读完本^>开后，对于本领域普通技术人员，本发明的其它变化和修改 将变得很明显，并且在此公开的发明的范围仅由所附权利要求的最广义的 解释进行限制，发明人对所附权利要求的有法律上的权利。
表l
可操纵回收系统例子
图例白底黑字的值由GPS单元提供
灰底黑字的值由处理器通过公式计算得到
开始地面向量方向(度)61
开始地面向量速度(m/s)12
开始纬度(小数)33.11
开始经度(小数)111.858
开始时间(GPS秒)908311
结束绵度(小数)33.09
结束经度(小数)111.87
结束时间(GPS秒)908406
期望的旋转的额外度数21
地方性风所引起的绵度和经度的每秒改变
Latitude—change—(弧度) -0.0003491 Longitude—change—(弧度)-0.0002094
将炜度方向和经度方向的风转换为以米/秒计量的北向分量及以米/秒计量 的东向分量需要非球形地球才莫型。公式总结如下'
Ravg 6378137米
Eccent 0.00669438
地球在某绰度的半径(Rn ) 6378137米Local North _winds —(m/s) -23.44 Local— East winds— (m/s) -4.23 从所述北向和东向风分量计算所述地方性风向量的方向和速度。 Local一Winds一direction—(度) 1亂24 Local—winds—speed (m/s) 23.82
从所述地方性风向量和来自GPS的所述地面轨迹向量，可以如下确定飞4亍 向量
将所述地面轨迹向量转换为北向和东向分量。 Ground track North (m/s) 5.82 Ground track East (m/s) 10.50
从所述地面轨迹向量的北向分量和东向分量中减去所述地方性风向量 的北向分量和东向分量，以得到飞行分量。之所以这样做是因为所述地面 轨迹向量是所述地方性风向量和所述飞4于向量之和。
Flight North (m/s) 29.25
Flight East (m/s) 14.73
将所述飞行北向和东向分量转换为向量
飞行向量方向(度) 26.73
飞行向量速度(m/s ) 32.75
计算相对于初始方向的改变
为继续旋转到新的飞行向量方向，在转出所述旋转之前，继续旋转以 下计算得到的秒数
以相同的倾斜角继续方走转5.5秒
权利要求
1. 一种上升速度控制系统，其控制自由飘浮的轻于空气的平台的上升速度，所述系统包括排气致动器、高度传感器以及在所述上升速度大于预定上升速度时控制所述排气致动器的装置。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述高度传感器确定所述自 由飘浮的平台的高度和所述上升速度。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中，所述装置确定所述上升速度。
4. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述装置位于所述自由飘浮 的平台上。
5. 根据权利要求l所述的系统，进一步包括压抢物容器、压舱物 以及压舱物放出致动器，当所述上升速度低于特定上升速度时，所述压舱 物放出致动器控制从所述压舱物容器中放出所述压舱物。
6. —种通过上升速度控制系统控制自由飘浮的轻于空气的平台的 上升速度的方法，所述上升速度控制系统包括排气致动器、高度传感器 以及在所述上升速度大于预定上升速度时控制所迷排气致动器的装置，所 述方法包括确定所述上升速度以及控制所述上升速度。
7. 根据权利要求6所迷的方法，其中，控制所述上升速度包括通 过所述装置使得所述排气致动器排气。
8. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述高度传感器或所述装置 确定所述上升速度。
9. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述装置位于所述自由飘浮 的平台上。
10. 根据权利要求6所述的方法，其中，所述上升速度控制系统进一 步包括压舱物容器、压舱物以及压舱物放出致动器，当所述上升速度低 于特定上升速度时，所述压舱物放出致动器控制从所述压舱物容器中放出 所述压舱物，并且其中，控制所述上升速度包括从所述压艙物容器中放出 所迷压舱物。
11. 一种利用多个自由飘浮的轻于空气的平台确定发射无线信号的装置的位置的方法，其包括从所述多个自由飘浮的轻于空气的平台进行 信号通道延迟测量，并基于所述信号通道延迟测量确定所述发射无线信号 的装置的位置，其中所述多个自由飘浮的轻于空气的平台具有低于每小时 100英里的相对于地球表面的速度，其飘浮在60000到140000英尺的高度， 其中所述方法不需要进行多普勒频移校正。
12. 根据权利要求11所述的方法，其中，通过测量在所述发射无线 信号的装置的无线信号到达时间和标准时间之间的差来进行所述信号通道 延迟测量。
13. 根据权利要求11所述的方法，其中，基于来自至少三个独立的 自由飘浮的轻于空气的平台的信号通道延迟测量来确定所述发射无线信号 的装置的位置。
14. 根据权利要求11所述的方法，其中，所述发射无线信号的装置 位于(a)已降落在地球上的自由飘浮的轻于空气的平台上；或者(b)陆 基车辆上，并且，所述装置是发射机或收发机。
15. 根据权利要求11所述的方法，其中，基于所述信号通道延迟测 量来确定所述发射无线信号的装置的位置包括确定从所述装置到所述多 个自由飘浮的轻于空气的平台的距离，基于所iil巨离在地球上描绘出近似 圆，并确定所迷圆的交点，所述交点基本上就是所述发射无线信号的装置 的位置。
16. —种用于确定包括发射无线信号的装置以及GPS单元的有效负 栽的位置的方法，所述方法包括通过所述GPS单元测量所述发射无线信 号的装置的位置，检查所述发射无线信号的装置的位置移动，以及将所述 有效负载的位置传送给自由飘浮的轻于空气的平台。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，所述有效负栽降落在地球 上，而所述自由飘浮的轻于空气的平台飘浮在约60000-140000英尺的高 度，其中，所述方法不需要进行多普勒频移校正。
18. —种用于定位和确定陆基车辆的使用的系统，所述陆基车辆包括与所述陆基车辆的轮毂相连的外壳，所述外壳包括GPS单元、发射无线信 号的装置以及电源。
19. 才艮据权利要求18所述的系统，进一步包括自由飘浮的轻于空气 的平台，所述平台包括接收无线信号的装置，其接收来自所述发射无线 信号的装置的信号。
20. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述电源是太阳能电源、 电池、发电机或其组合。
21. —种用于操纵可操纵系统的方法，其包括使得所述可操纵系统 在相对于在所述可操纵系统处的地方性风的圆中飞行，从而使所述可操纵 系统的飞行向量为零，并且无需利用从指南针或空速指示器得到的数据即 可确定所述地方性风关于地球上的位置的地方性风向量。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中，所述可操纵系统是自主的 GPS引导的可操纵系统，不需要在所述可操纵系统上装载所述指南针或所 述空速指示器。
23. 根据权利要求21所述的方法，其中，基于所述可操纵系统的地 面轨迹向量确定所述地方性风向量。
24. 根据权利要求23所述的方法，其中，从位于所述可操纵系统上 的GPS单元获得所述地面轨迹向量。
25. 根据权利要求21所述的方法，其中，所述可操纵系统是飘浮在 约60000到140000英尺高度的自由飘浮的轻于空气的平台的组成部分。
26. —种用于利用一个或多个自由飘浮的轻于空气的平台确定发射 无线信号的装置的位置的方法，其包括在不同的时间间隔从所述一个或 多个自由飘浮的轻于空气的平台进行信号通道延迟测量，并基于所述信号 通道延迟测量确定所述发射无线信号的装置的位置，其中，所述一个或多 个自由飘浮的轻于空气的平台具有低于每小时100英里的相对于地球表面 的速度，并且飘浮在60000到140000英尺的高度，其中所述方法不需要进 行多普勒频移校正。
27. 根据权利要求26所述的方法，其中，所述一个或多个自由飘浮的轻于空气的平台具有一个自由飘浮的轻于空气的平台。
28. 根据权利要求26所述的方法，其中，所述一个或多个自由飘浮 的轻于空气的平台具有两个自由飘浮的轻于空气的平台。
29. 根据权利要求15所述的方法，其中，所述进行信号通道延迟测 量进行仅两个信号通道延迟的测量。
30. 根据权利要求15所述的方法，其中，通过扇形或定向天线进行 所述信号通道延迟测量。
31. 根据权利要求18所述的方法，其中，所述外壳进一步包括轮胎 转动传感器。
32. —种用于定位和确定陆基车辆的使用的系统，所述陆基车辆包括 外壳，所述外壳包括GPS单元、发射无线信号的装置以及电源，所述系统 进一步包括 一个或多个自由飘浮的轻于空气的平台，所述平台包括接收 无线信号的装置，其接收来自所述发射无线信号的装置的信号。
33. 根据权利要求32所述的系统，其中，所述一个或多个自由飘浮 的轻于空气的平台具有低于100每小时英里的相对于地球表面的速度，并 飘浮在60000到140000英尺的高度，其中所述系统不需要用于多普勒频移 校正的仪器。
全文摘要
提供了一种具有创新性的新方法，其相关于促进合法发射操作的轻于空气的(LTA)自由飘浮的平台、在适当时候的平台飞行终止、环境可接受的着陆以及这些装置的回收。所述新系统和方法涉及上升速度控制、从包括已着陆的有效负载的LTA平台和陆基车辆的位置进行地理定位，以及可操纵的回收系统。
文档编号H04B7/185GK101415602SQ200480035444
公开日2009年4月22日 申请日期2004年9月30日 优先权日2003年9月30日
发明者B·A·巴克利, E·A·弗里舍, G·M·科诺布拉赫 申请人:空间数据公司