CN104316814B - 一种飞行器电缆插接状态自动化检测系统 - Google Patents

Abstract

一种飞行器电缆插接状态自动化检测系统，包含地面检测设备，工程遥测接口单元，分系统设备管理器和分系统设备电缆插接状态检测电路。地面检测设备采用干电池为检测系统供电；分系统设备、分系统设备管理器采用电缆插接状态检测电路将设备电缆插接状态信息转化为一个模拟信号。分系统设备管理器将分系统设备管理器、分系统设备的电缆插接状态信号、分系统遥测信号合路到遥测输出电缆中，工程遥测接口单元依次将分系统设备、分系统设备管理器的电缆插接状态模拟信号转化为数字信号，通过星地电缆将信息传递到地面检测设备，地面检测设备自动判读飞行器电缆插接状态的正确性。该系统在飞行器不加电的条件下，实现飞行器电缆插接状态自动化检测。

Description

一种飞行器电缆插接状态自动化检测系统

技术领域

本发明涉及一种飞行器电缆插接状态自动化检测系统，适用于卫星、飞船、火箭等飞行器系统集成领域，用于除总线电缆、LVDS电缆、射频电缆外的飞行器电缆插接状态正确性自动化检测。

背景技术

飞行器研制包括初样阶段和正样阶段，由于设备成熟度、研制周期等差异，在每个阶段都分批安装星载设备；由于接口不匹配、用户需求变更等原因，需要拆除星上设备并修改硬件、升级软件；飞行器系统测试过程中还需要安排力学试验、热试验、专项试验等。上述原因导致飞行器系统集成过程中频繁进行电缆总装操作。不同测试状态下参试电缆的插接状态存在着极大的差异，目前采取人工方法进行数百台设备、成百上千根电缆的插接状态检查。人工确认飞行器电缆插接状态具有四个缺陷：(1)电缆插接状态确认费时、费力，耗费了大量的人力资源，延长了系统测试周期；(2)由于飞行器设备布局紧凑，某些设备的电缆插接状态在视线上不可达，增加了技术状态确认的难度和风险；(3)大量人员在星旁确认技术状态，存在星上设备磕碰的质量隐患；(4)人工疏忽导致的电缆技术状态确认错误，轻则耽误测试进度，重则损坏星上设备。随着我国飞行器研制任务飞速增长，市场竞争不断加剧，快速、准确地自动化检测飞行器系统集成每个阶段的电缆插接状态具有重要意义。

中国专利CN101701994A名称为一种车载线束通断检测设备，包括单片机、蜂鸣器、译码器、电压放大电路、分压电路、开关电路和电压采集电路等，单片机信号输出端与译码器连接，译码器信号输出端与电压放大电路输入端连接，电压放大电路输出端一路通过三极管与车载线束端子配套接插件Ⅰ连接，另一路依次通过分压电路、三极管和发光二级管与车载线束端子配套接插件Ⅱ连接，实现涵盖包括检测车载线束两端接插件的接触性在内的车载线束通断检测。该专利适用于单根车载线束检测，无法自动化检测数百根飞行器电缆的插接状态。中国专利CN202189106U名称为卫星低频信号接口自动测试系统，由接点切换装置、示波器、数字万用表、监控计算机和转接电缆组成。接点切换装置通过转接电缆与星上设备连接正确后，监控计算机分别向接点切换装置、示波器和万用表发送指令，接点切换装置返回继电器状态信息，示波器和万用表返回星上设备的测试数据。该专利适用于电缆导线的导通绝缘测试，但无法自动化检测星上数百根飞行器电缆的插接状态。

目前，我国承制的卫星尚没有电缆插接状态自动化检测能力，在型号研制过程中，依赖人工进行电缆插接状态的检查，发生过多起电缆插错导致的设备损坏质量事故，亟待设计一种与飞行器电缆接插状态的自动化检测系统，避免飞行器电缆接插状态确认耗费宝贵的人力资源。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种飞行器电缆插接状态自动化检测系统，避免了人工确认方法费时、费力的不足。

本发明的技术方案是：一种飞行器电缆插接状态自动化检测系统，包括地面检测系统、分系统设备管理器、K个分系统设备、工程遥测接口单元；每个分系统设备均配置有电缆插接状态检测模块；分系统设备管理器也配置有电缆插接状态检测模块；地面检测系统通过星地电缆为整个系统供电；K个分系统设备上的电缆插接状态检测模块检测各自分系统设备上的电缆插接状态，并将各自的电缆插接状态转化为模拟电压信号后，经由分系统设备遥测插头送至分系统设备管理器的遥测输出插头；分系统设备管理器汇集K个分系统设备发送来的K个模拟电压信号，与分系统设备管理器上的电缆插接状态检测模块检测到的模拟电压信号合成一路后，经由分系统设备管理器上的遥测输入插头送至工程遥测接口单元；所述的工程遥测接口单元包括多路开关模块、模数转换模块、控制电路和星地接口模块，控制电路控制多路开关模块依次将K+1个插头检测到的模拟电压信号转化为数字信号，并将数字化电缆插接状态信息经星地电缆传递到地面检测系统；地面检测系统解析下行的数字信号，依次判读每一路数字信号代表的电压值，从而自动判读星上电缆插接状态的正确性；所述的K为大于2的正整数。

所述的电缆插接状态检测模块包括电缆插接逻辑电路和电阻网络；电缆插接逻辑电路提供分系统设备插头的插接状态，经电阻网络变换为一个模拟电压信号，该模拟电压信号经分系统设备的遥测输出插头，将检测到的电缆插接状态输出给分系统管理器；

所述电缆插接逻辑电路在设备上的电连接器和该电连接器对应的电缆上实现；设备电连接器预留两个检测接点，其中一个作为检测接点正端test，另一个检测点与GND_test相连；与该电连接器连接的电缆端预留两个信号线，电缆端两个信号线与设备电连接器两个检测点一一对应，并在电缆端短接；当电缆采用正确的方式与电连接器连接时，检测接点正端与GND_test短接；当电缆未插接时，检测接点正端与GND_test不短接；所述的GND_test表示检测电路地；

所述电阻网络包括串接在检测电源和检测电路地之间的n+1个电阻，记作R₁，R₂，……，R_n+1；其中n+1个电阻互联点记作node₁，node₂，……，node_n；在node₁和test₁之间串联分流电阻R_b₁，在node₂和test₂之间串联电阻R_b₂，……，在node_n和test_n之间串联分流电阻R_b_n；在node1和Vdd_test之间串联上拉电阻R_up₁，在node₂和Vdd_test之间串联电阻上拉电阻R_up₂，……，在node_n和Vdd_test之间串联电阻上拉电阻R_up_n；所述的Vdd_test表示检测电源；n表示设备中需要检测插接状态的电连接器个数；test₁，test₂，……，test_n表示n个电连接器的检测点正端。

所述的电阻R₁选择2KΩ电阻，电阻R₂，……，R_n+₁选择1KΩ电阻，R_b₁，R_b₂，……，R_b_n选择2KΩ电阻，R_up₁，R_up₂，……，R_up_n选择1KΩ电阻。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)实现了飞行器电缆插接状态自动化检测。自动化检测系统自主采集、传输、处理、判读飞行器电缆插接状态，将电缆插接状态确认的时间由数小时缩短到数秒钟，避免了人工确认方法费时、费力的不足；避免了设备布局紧、某些电缆插接状态视线不可达导致的技术状态确认难度和风险，避免了大量人员确认电缆插拔状态带来的星上设备磕碰质量隐患。

(2)确保了飞行器电性能测试过程安全。自动化检测系统工作电路、供电电路与飞行器设备信号完全隔离，并采用干电池通过地面检测系统为自动化检测系统供电，飞行器上电前就可以完成电缆插接状态的自动化检测，避免了人工疏忽导致的测试进度耽误、甚至损坏飞行器设备。

(3)检测电路电缆不增加飞行器电缆分支，工程实施代价低。设备电缆插接状态信号、遥测信号合路到同一个电缆分支后输出；分系统设备管理器将分系统设备的电缆插接状态模拟信号、分系统遥测信号合路到同一个电缆分支后输出；工程遥测接口单元将电缆接插状态模拟信号转化为串行数字信号，通过星箭电缆将飞行器全部电缆的插接状态信息传递到地面检测系统。通过共用电缆分支，避免了检测电路增加额外的电缆分支，降低了接口复杂度。

附图说明

图1为本发明电缆插接状态检测系统的结构图；

图2为本发明的单机设备电缆接插状态检测设计图。

具体实施方式

如图1所示系统原理图，飞行器电缆插接状态自动化检测系统由多个分布式功能模块组成，包括地面检测设备，工程遥测接口单元，分系统设备管理器和K个分系统设备的电缆插接状态检测模块，一般K是大于2的整数。

地面检测设备配置干电池，通过星地电缆为检测系统提供供电电源，供电对象包括工程遥测接口单元包含的星地接口模块、控制电路、模数转换模块、多路开关模块等，K台分系统设备和分系统设备管理器包含的K+1个电缆插接检测模块。供电线路与星上电路完全隔离。

分系统设备均配置电缆插接状态检测模块，将与该设备相连的电缆插接状态转化为一个模拟电压信号，并通过遥测插头将该模拟电压信号输出。

分系统设备管理器配置电缆插接状态检测模块，将与该设备相连的电缆插接状态转化为一个模拟电压信号，通过遥测输出插头接收该分系统包含的K台设备的插头检测信号，将K+1个模拟电压信号合路后，通过遥测输入插头将K+1个插头检测模拟电压信号传递给工程遥测接口单元。

工程遥测接口单元配置多路开关模块、模数转换模块、控制电路和星地接口模块，控制电路控制多路开关模块依次将K台分系统设备、分系统设备管理器的总计K+1个插头检测模拟电压信号转化为数字信号，采用串行接口电路将数字化电缆插接状态信息经星地电缆传递到地面检测系统。

采用Perl程序生成各种插头组合模式下的电阻网表文件，采用Hspice程序计算各种插头组合模式下的检测信号电压，最终生成各种电缆插接状态下的电压判读数据。将判读数据配置在地面系统，地面检测设备解析下行的数字信号，依次判读每一路数字信号代表的电压值，自动判读星上电缆的插接状态。

如图2所示的电缆插接状态检测电路，包括电缆插接逻辑电路1，电阻网络2和输入输出电路3。电缆插接逻辑电路提供设备插头的插接状态，经电阻网络变换为一个模拟电压信号，该模拟电压信号经分系统设备的遥测输出插头，将检测到的电缆插接状态输出给分系统管理器。

为方便描述，检测电源记作Vdd_test，检测电路地GND_test；设备中需要检测插接状态的电连接器个数记作n，n为正整数；电连接器的检测点正端记作test₁，test₂，……，test_n。

所述电缆插接逻辑电路1在设备电连接器和该电连接器对应的电缆上实现。设备电连接器预留两个检测接点，其中一个是检测接点正端test_i(i＝1～n)，另一个检测点与GND_test相连；与该电连接器连接的电缆端预留两个信号线，电缆端两个信号线与设备电连接器两个检测点一一对应，并在电缆端短接。当电缆采用正确的方式与设备电连接器连接时，检测接点正端与GND_test短接；当电缆未插接时，检测接点正端与GND_test不短接。选取电连接器接点进行通断状态检测时，满足以下要求：

●一般电连接器信号分配：每台单机包含的相同类型的电连接器，用于检测电缆插接状态的两个接点分配必须不同；为了防止接插不牢靠等现象，对于安全、功能影响重大的电缆，选择位于对角线上的接点作为插接状态检测信号。

●遥测信号电连接器信号分配：预留3个点，其中2个点用于提供电源(含正线和回线)，另1个点用于输出代表该设备电缆插接状态的模拟电压信号。

●单机保护设计：单机接口电路采取限流、限压保护设计。当同一台单机相同类型的接插件互换时，单机不因过流、过压、极性差错导致受损。

所述电阻网络2由若干个电阻连接形成。在检测电源Vdd_test、检测电路地GND_test之间串接n+1个电阻，记作R₁，R₂，……，R_n+1，n个电阻互联点记作node₁，node₂，……，node_n。在node₁和test₁之间串联电阻R_b₁，在node₂和test₂之间串联电阻R_b₂，……，在node_n和test_n之间串联电阻R_b_n；在node1和Vdd_test之间上拉电阻R_up₁，在node₂和Vdd_test之间串联上拉电阻R_up₂，……，在node_n和Vdd_test之间串联电阻上拉电阻R_up_n。

为了简化实现，电阻网络中只选择两种阻值的电阻。R₁选择2KΩ电阻，R₂，……，R_n+1选择1KΩ电阻，R_b₁，R_b₂，……，R_b_n选择2KΩ电阻，R_up₁，R_up₂，……，R_up_n选择1KΩ电阻。“电缆插接逻辑电路”差异导致检测信号电压也存在显著差异。例如，当n＝2时，当全部电缆的插接状态均正确时，检测信号为0.25Vdd_test；当其中某根电缆未插接时，则检测电源通过上拉电阻提升检测点的电压，例如，当电连接器1未插电缆时，检测信号电压为0.36Vdd。

所述输入输出电路3，采用遥测输出插头上的第一个接点做输入信号，将分系统管理器提供的检测电源正端信号连接到电阻网络2的检测电源Vdd_test；采用遥测输出插头上的最后一个接点做输入信号，将分系统管理器提供的检测电路地信号连接到电阻网络2的检测电路地GND_test；采用遥测输出插头上的第二个接点做输出信号，从电阻网络2的接点node_n引出模拟电压信号，作为代表该设备电缆插接状态的模拟信号，并输出给分系统管理器。除了首个接点、第二个接点、最后一个接点外，该遥测插头上的其他接点可以用作该设备的星上遥测信号。

对与包含多个电连接器的设备，每台设备需要配置的电缆插接状态检测电路个数等于[(可检测插头个数+M-1)/M]，M取决于A/D器件的测量精度，一般取8～12，[]代表取整；根据飞行器的特点，可以配置多个工程遥测接口单元和分系统；如果分系统仅包含一台设备，该设备的电连接器插接状态检测信号直接与工程遥测接口单元相连。

星地接口模块、控制电路、模数转换模块、多路开关模块、Perl程序、Hspice程序，以及本发明未公开技术属本领域技术人员公知常识。

Claims (2)

1.一种飞行器电缆插接状态自动化检测系统，其特征在于：包括地面检测系统、分系统设备管理器、K个分系统设备、工程遥测接口单元；每个分系统设备均配置有电缆插接状态检测模块；分系统设备管理器也配置有电缆插接状态检测模块；地面检测系统通过星地电缆为整个系统供电；K个分系统设备上的电缆插接状态检测模块检测各自分系统设备上的电缆插接状态，并将各自的电缆插接状态转化为模拟电压信号后，经由分系统设备遥测插头送至分系统设备管理器的遥测输出插头；分系统设备管理器汇集K个分系统设备发送来的K个模拟电压信号，与分系统设备管理器上的电缆插接状态检测模块检测到的模拟电压信号合成一路后，经由分系统设备管理器上的遥测输入插头送至工程遥测接口单元；所述的工程遥测接口单元包括多路开关模块、模数转换模块、控制电路和星地接口模块，控制电路控制多路开关模块依次将K+1个插头检测到的模拟电压信号转化为数字信号，并将数字化电缆插接状态信息经星地电缆传递到地面检测系统；地面检测系统解析下行的数字信号，依次判读每一路数字信号代表的电压值，从而自动判读星上电缆插接状态的正确性；所述的K为大于2的正整数；

所述的电缆插接状态检测模块包括电缆插接逻辑电路和电阻网络；电缆插接逻辑电路提供分系统设备插头的插接状态，经电阻网络变换为一个模拟电压信号，该模拟电压信号经分系统设备的遥测输出插头，将检测到的电缆插接状态输出给分系统管理器；

所述电缆插接逻辑电路在设备上的电连接器和该电连接器对应的电缆上实现；设备电连接器预留两个检测接点，其中一个作为检测接点正端test，另一个检测点与GND_test相连；与该电连接器连接的电缆端预留两个信号线，电缆端两个信号线与设备电连接器两个检测点一一对应，并在电缆端短接；当电缆采用正确的方式与电连接器连接时，检测接点正端与GND_test短接；当电缆未插接时，检测接点正端与GND_test不短接；所述的GND_test表示检测电路地；

所述电阻网络包括串接在检测电源和检测电路地之间的n+1个电阻，记作R₁，R₂，……，R_n+1；其中n+1个电阻互联点记作node₁，node₂，……，node_n；在node₁和test₁之间串联分流电阻R_b₁，在node₂和test₂之间串联电阻R_b₂，……，在node_n和test_n之间串联分流电阻R_b_n；在node1和Vdd_test之间串联上拉电阻R_up₁，在node₂和Vdd_test之间串联电阻上拉电阻R_up₂，……，在node_n和Vdd_test之间串联电阻上拉电阻R_up_n；所述的Vdd_test表示检测电源；n表示设备中需要检测插接状态的电连接器个数；test₁，test₂，……，test_n表示n个电连接器的检测点正端。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器电缆插接状态自动化检测系统，其特征在于：所述的电阻R₁选择2KΩ电阻，电阻R₂，……，R_n+1选择1KΩ电阻，R_b₁，R_b₂，……，R_b_n选择2KΩ电阻，R_up₁，R_up₂，……，R_up_n选择1KΩ电阻。