近些年,雪灾、洪灾、泥石流和地震灾害时常在我国发生,这些自然灾害对我国人民生命和财产安全造成了巨大的损失。受灾地区的通信基础设施往往在灾害中被大规模损坏,灾区的通信长时间处于中断状态。因此,在灾害发生后为通信中断的受灾区域提供通信保障具有十分重要的意义。目前,常见的应急通信方式有应急通信车、卫星通信、固定翼无人机通信和系留多旋翼无人机通信等。但它们都存在各自的缺点:1,应急通信车天线高度较低,信号覆盖范围较小,在复杂的环境下使用效果不佳;2,卫星通信常常用于点对点的通信,且单个终端设备成本较高,不适宜作为大范围的通信覆盖方式;3,固定翼无人机通信需要专门的升降场地,持续工作时间短,且无法在固定点悬停,为特定区域提供通信服务;4,系留多旋翼无人机通信有效载重较小,气候条件要求高,螺旋桨易与线缆发生缠绕,且无人机控制信号易受干扰。而应用系留气球应急通信在球体充入氦气,稳定性高,滞空时间长,滞空高度高,覆盖范围广,带载能力强,价格相对低廉,能够适应多种气候环境,是一个综合性能比较优秀的空中任务中继平台。本文采用系留气球作为升空载体,设计了高度可控的应用系留气球应急通信控制系统。系留气球搭载通信中继设备和视频监控设备升空,可以悬停在空中执行通信保障和实时监控任务。利用光电复合缆作为系留气球任务仓内设备的供电线路和通信线路,可以保证设备长时间工作。系留气球任务仓搭载多种传感器,可以实时监测环境信息,系留气球高度信息和运动状态信息。由于在不同工作状况下,系留气球需要升到不同的高度,为了实现系留气球的高度的精确控制,同时将任务仓采集的环境数据发送到地面,任务仓设置一个STM32F103C8T6微控制器收集任务仓内传感器数据,再利用LoRa通信模块将数据发送到地面控制端的STM32微控制器。地面控制端的微控制器将接收到的数据处理后传输给上位机,并在上位机上显示。同时,它也接收上位机键入的高度命令,经过判断后,通过电机驱动电路控制直流电机转动方向,电机再控制绞盘总成转动,以控制系留气球高度。这一系统可以用于灾害救助等应急情况下的通信网络保障,并且可以实现对设备高度的精确控制,搭载的实时图像监控设备和其他环境监测传感器可以收集现场实时信息,对于现场情况处置和后端指挥都有巨大的价值。本系统也可以为人员密集的大型活动现场提供网络保障,解决由于人口聚集,造成的网络拥堵和通信不畅的问题。在此基础上,本文主要工作如下:1、阐明本文的立题背景和应急通信国内外研究现状,通过对比几种现在常采用的应急通信方式的优缺点,提出利用系留气球作为升空平台,执行相应的任务,同时阐明本课题的主要研究内容和文章结构。2、分析系统功能需求,基于此提出系统设计原则,明确设计过程和设计目标。整个系统主要分为供电部分、系留气球部分、实时图像监测部分、中继通信组网部分和控制系统部分。在系统总体方案设计中,对供电部分、系留气球部分、实时图像监测部分和中继通信组网部分进行了设计。分析了天线升高对于信号覆盖范围和信号传输能力的影响,同时分析了系留气球搭载实时图像监测设备对监测范围的影响,并给出它们各自的计算模型。3、传感器模块和LoRa通信模块的设计包含在控制系统部分。控制系统部分主要分为硬件设计和软件设计两部分。硬件设计部分,对系留气球任务仓和地面控制端的STM32微控制器、电机驱动模块、LoRa通信模块、传感器模块和相关电源模块的电路进行了设计。软件设计部分,先设计系留气球高度控制的主体程序逻辑,再设计各个组成模块的工作程序,同时对上位机的控制程序和界面进行了设计。4、根据系统设计指标,对控制系统的硬件部分和软件部分分别进行测试,得到测试结果,该系统达到预期技术指标,满足系统设计需求。