CN106598060A - 一种运载火箭信息一体化电气系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运载火箭信息一体化电气系统，由箭上集中控制设备、地面集中控制设备、箭上测量监测设备和地面测量监测设备组成，箭上集中控制设备用于运载火箭飞行过程中自主实施对运载火箭的集中控制；地面集中控制设备用于在地面测试时控制箭上工作状态；箭上测量监测设备用于在飞行过程中监测火箭各系统的运行参数；地面测量监测设备用于在地面测试过程中对表征运载火箭工作状态的运行参数进行监测；整个电气系统箭地主要通过1553B总线进行数据通信，地面主要通过以太网进行数据通信。本发明的运载火箭电气系统具有一体化、通用化、集成化和自动化的特点。

Description

一种运载火箭信息一体化电气系统

技术领域

本发明涉及运载火箭电气系统领域，具体涉及一种运载火箭信息一体化电气系统。

背景技术

运载火箭是航天活动的基础，电气系统是运载火箭的重要组成部分，通过不断敏感运载火箭实时飞行状态，控制火箭按预定轨道飞行，实时调整火箭姿态，并通过传感器获取箭上实时状态参数，表征运载火箭工作状态。

传统的运载火箭电气系统仍以点对点的模拟电缆通信为主，箭上单机除箭载计算机外，其他控制设备均无自主控制功能，智能化水平较低，箭上设备组成和系统信息流复杂，主要存在以下缺点：

1）智能化程度不够

箭上单机的运算功能均集中在箭载计算机中，其他控制设备均无自主控制功能，箭载计算工作负担较重，箭上控制设备智能化程度低。

2）自动化水平较低

由于采用点对点的模拟电缆通信为主，测试过程中多以地面施加激励-箭上动作-地面采样进行测试，测试过程复杂，且箭地接口较多不同测试项目箭上状态变化大，测试效率较低，自动化水平不足。

3）集成化和通用化不高

由于地面测试时需配置大量的激励和采样设备，因此地面测试设备庞大，系统信息流复杂，集成度水平低；箭上和地面设备的专用性强，难以实现通用化设计，不同型号之间的适应性差。

随着集成电子技术的发展，对运载火箭电气系统的智能化和通用化等要求越来越高，因此有必要研制一种一体化、通用化、集成化和自动化的运载火箭信息一体化电气系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运载火箭信息一体化电气系统，以提高电气系统的一体化、通用化、集成化和自动化水平。

为了实现上述目的，本发明提供一种运载火箭信息一体化电气系统，包括：箭上集中控制设备、地面集中控制设备、箭上测量监测设备和地面测量监测设备，其中箭地主要通过1553B总线进行数据通信，地面主要通过以太网进行数据通信；

所述箭上集中控制设备用于运载火箭飞行过程中自主实施对运载火箭的集中控制；

所述地面集中控制设备用于在地面测试时控制箭上工作状态；

所述箭上测量监测设备用于在飞行过程中监测火箭各系统的运行参数；

所述地面测量监测设备用于在地面测试过程中对表征运载火箭工作状态的运行参数进行监测。

进一步，所述箭上集中控制设备包括箭载计算机、惯性测量设备、智能控制器和执行机构，其中：

所述箭载计算机、所述惯性测量设备及所述智能控制器通过1553B总线进行数据通信；

所述箭载计算机是所述箭上集中控制设备的中央控制单元，其获取所述惯性测量设备敏感的箭体实时飞行状态参数，进行制导导航和姿态控制运算，并向所述智能控制器发出姿态控制和时序控制等控制指令，所述智能控制器接收控制指令后驱动所述执行机构执行相应动作；

所述智能控制器对所述执行机构的执行结果进行采样并送至所述箭载计算机，由所述箭载计算机实现闭环控制提高控制精度。

进一步，所述地面集中控制设备包括后端主控微机、后端发控设备、前端控制微机、前端发控设备，其中：

所述地面集中控制设备之间均通过以太网进行数据通信；

所述后端主控微机作为测试流程的调度中心，通过以太网向所述后端发控设备发出配电指令，所述后端发控设备通过所述前端发控设备向箭上进行供配电；所述后端主控微机通过以太网向所述前端控制微机发出控制指令，所述前端控制微机通过RS422总线和1553B总线进行箭上操作控制。

进一步，所述箭上测量监测设备包括中心程序单元、发射机，其中：

所述中心程序单元接收所述箭上集中控制设备中的1553B总线数据等遥测参数，编码后通过所述发射机进行下传至地面。

所述地面测量监测设备包括时序测试终端、总线监测终端、配电监测终端、遥测监测终端、显示终端，其中：

所述时序测试终端用于监测箭上时序测试信号；

所述总线监测终端用于监测箭上1553B总线信号；

所述配电监测终端用于监测箭上配电母线电压信号；

所述遥测监测终端用于接收所述箭上测量监测设备无线下传信号；

所述显示终端用于对所述时序测试终端、所述总线监测终端、所述配电监测终端、所述遥测监测终端的监测数据进行显示。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1）本发明采用1553B总线作为箭上控制信息传输载体，较之传统采用模拟电缆进行信息传输，大大简化了系统设备组成，实现了集中控制、分布执行和反馈采样的一体化；

2）本发明基于1553B总线设计，并实现了全箭用电设备的统一供配电设计，箭地接口简单，测试状态变化少，减少了对测试人员的需求，简化了电气系统的测试流程；

3）本发明通过1553B总线双通道冗余、惯性测量设备双机冗余、其他控制单机内部模块级冗余开展系统的冗余设计，提高了系统的可靠性；

4）本发明的地面设备进行了小型化、集成化设计，并将所有测试设备集成在方舱中，在全箭测试结束后以整舱状态转运至发射场，进行整体恢复，测试设备方便搬运，系统恢复快捷；

5）本发明中的电气系统各组成单元的数量可根据运载火箭的构型和总体要求进行配置，以适应不同种类的运载火箭；

6）本发明的运载火箭信息一体化电气系统具有一体化、通用化、集成化和自动化的特点，具有较强的灵活性和适应性。

附图说明

图1是本发明实施例的运载火箭信息一体化电气系统的结构框图。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明的运载火箭信息一体化电气系统作进一步的详细描述。根据下面说明和权力要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用于方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

图1所示，本发明提供的一种运载火箭信息一体化电气系统，包括：箭上集中控制设备、地面集中控制设备、箭上测量监测设备和地面测量监测设备，其中所述箭上集中控制设备、所述地面集中控制设备和所述箭上测量监测设备主要通过1553B总线进行数据通信，所述地面集中控制设备和所属地面测量监测设备主要通过以太网进行数据通信；

所述箭上集中控制设备用于运载火箭飞行过程中自主实施对运载火箭的集中控制，实现制导导航、姿态控制和时序控制功能；

所述地面集中控制设备用于在地面测试时控制箭上工作状态；

所述箭上测量监测设备用于在飞行过程中监测火箭各系统的运行参数；

所述地面测量监测设备用于在地面测试过程中对表征运载火箭工作状态的运行参数进行监测。

所述箭上集中控制设备包括箭载计算机101、惯性测量设备102、智能控制器103和执行机构104，其中：

所述箭载计算机101、所述惯性测量设备102及所述智能控制器103通过1553B总线进行数据通信；

所述箭载计算机101是所述箭上集中控制设备的中央控制单元，其获取所述惯性测量设备102敏感的箭体实时飞行状态参数，进行制导导航和姿态控制运算，并向所述智能控制器103发出姿态控制和时序控制等控制指令，所述智能控制器103接收控制指令后驱动所述执行机构104执行相应动作；

所述智能控制器103对所述执行机构104的执行结果进行采样并送至所述箭载计算机，由所述箭载计算机101实现闭环控制提高控制精度；

所述惯性测量设备102输出的箭体实时飞行状态参数为陀螺和加表信息，所述箭载计算机101对此进行解算后得到箭体的实时速度、位置及姿态等；

所述智能控制器103采用分布式结构，根据控制对象和所在位置的不同可设置多个控制器设备，所述执行机构104与所述智能控制器103相对应；

所述惯性测量设备102采用双机冗余设计，所述箭载计算机101、所述智能控制器103采用模块冗余设计。

所述地面集中控制设备包括后端主控微机201、后端发控设备202、前端控制微机203、前端发控设备204，其中：

所述地面集中控制设备之间均通过以太网进行数据通信；

所述后端主控微机201作为测试流程的调度中心，通过以太网向所述后端发控设备202发出配电指令，所述后端发控设备202通过所述前端发控设备204向箭上进行供配电；所述后端主控微机201通过以太网向所述前端控制微机203发出控制指令，所述前端控制微机203通过RS422总线和1553B总线进行箭上操作控制；

所述后端发控设备202执行的配电指令主要包括箭上母线供电指令、单个通路供电指令、系统转电指令、系统断电指令等；

所述前端控制微机203执行的控制指令主要包括与所述箭载计算机101的指令通信、单机自检、伺服系统测试、惯组合成精度测试指令等。

所述箭上测量监测设备包括中心程序单元301、发射机302，其中：

所述中心程序单元301接收所述箭上集中控制设备中的1553B总线数据等遥测参数，编码后通过所述发射机以无限传输的形式下传至地面；

所述中心程序单元301传输的信息除1553B总线数据外，还包括箭上母线电压、动力系统温度压力类、全箭环境类、时序指令和动作类遥测参数等。

所述地面测量监测设备包括时序测试终端401、总线监测终端402、配电监测终端403、遥测监测终端404、显示终端405，其中：

所述时序测试终端401用于监测箭上时序测试信号，信号主要包括时序信号、电磁阀波形信号、电爆电路监测信号和通路阻值测试信号；

所述总线监测终端402用于监测箭上1553B总线信号；

所述配电监测终端403用于监测箭上配电母线电压信号；

所述遥测监测终端404用于接收所述箭上测量监测设备无线下传信号；

所述显示终端405用于对所述时序测试终端401、所述总线监测终端402、所述配电监测终端403、所述遥测监测终端404的监测数据进行显示；

在地面测试过程中，所述时序测试终端401、所述总线监测终端402、所述配电监测终端403可与所述遥测监测终端404互做备份。

本发明提供的运载火箭信息一体化电气系统的工作原理为：

在地面测试过程中，由后端主控微机进行测试流程的统一调度，其通过控制前后端发控设备向箭上进行供配电控制，通过前置控制微机向箭上进行工作状态控制，点火前后端主控微机将控制权移交至箭上箭载计算机，由箭载计算自主进行控制，实现飞行过程中的制导导航、姿态控制和时序控制；地面时序测试终端、总线监测终端、配电监测终端和遥测监测终端分别对箭上的时序信号、1553B总线信号、配电母线信号和无线遥测信号进行监测，并通过以太网发往显示终端进行显示，供测试人员使用。

本发明的运载火箭信息一体化电气系统具有一体化、通用化、集成化和自动化的特点，具有较强的灵活性和适应性。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种运载火箭信息一体化电气系统，其特征在于，包括：箭上集中控制设备、地面集中控制设备、箭上测量监测设备和地面测量监测设备，其中运载火箭与地面主要通过1553B总线进行数据通信，地面主要通过以太网进行数据通信；

所述箭上集中控制设备用于运载火箭飞行过程中自主实施对运载火箭的集中控制；

所述地面集中控制设备用于在地面测试时控制箭上工作状态；

所述箭上测量监测设备用于在飞行过程中监测火箭各系统的运行参数；

所述地面测量监测设备用于在地面测试过程中对表征运载火箭工作状态的运行参数进行监测。

2.如权利要求1所述的一种运载火箭信息一体化电气系统，其特征在于，所述箭上集中控制设备包括箭载计算机、惯性测量设备、智能控制器和执行机构，其中所述箭载计算机、所述惯性测量设备及所述智能控制器通过1553B总线进行数据通信；

所述箭载计算机是所述箭上集中控制设备的中央控制单元，其获取所述惯性测量设备敏感的箭体实时飞行状态参数，进行制导导航和姿态控制运算，并向所述智能控制器发出姿态控制和时序控制等控制指令，所述智能控制器接收控制指令后驱动所述执行机构执行相应动作；

所述智能控制器对所述执行机构的执行结果进行采样并送至所述箭载计算机，由所述箭载计算机实现闭环控制提高控制精度。

3.如权利要求1所述的一种运载火箭信息一体化电气系统，其特征在于，所述地面集中控制设备包括后端主控微机、后端发控设备、前端控制微机、前端发控设备，所述地面集中控制设备之间均通过以太网进行数据通信；

所述后端主控微机作为测试流程的调度中心，通过以太网向所述后端发控设备发出配电指令，所述后端发控设备通过所述前端发控设备向箭上进行供配电；所述后端主控微机通过以太网向所述前端控制微机发出控制指令，所述前端控制微机通过RS422总线和1553B总线进行箭上操作控制。

4.如权利要求1所述的一种运载火箭信息一体化电气系统，其特征在于，所述箭上测量监测设备包括中心程序单元、发射机；所述中心程序单元接收所述箭上集中控制设备中的1553B总线数据等遥测参数，编码后通过所述发射机进行下传至地面。

5.如权利要求1所述的一种运载火箭信息一体化电气系统，其特征在于，所述地面测量监测设备包括时序测试终端、总线监测终端、配电监测终端、遥测监测终端、显示终端；

所述时序测试终端用于监测箭上时序测试信号；

所述总线监测终端用于监测箭上1553B总线信号；

所述配电监测终端用于监测箭上配电母线电压信号；

所述遥测监测终端用于接收所述箭上测量监测设备无线下传信号；

所述显示终端用于对所述时序测试终端、所述总线监测终端、所述配电监测终端、所述遥测监测终端的监测数据进行显示。