CN107697318A - 运载火箭的电气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种运载火箭的电气系统，其中，系统包括：电气系统为分层结构，每一层与运载火箭的一级相对应；各层之间通过光纤通信连接；针对电气系统的每一层，包括：至少一汇聚节点和多个无线传感器节点；无线传感器节点，用于采集得到传感信号，并采用无线通信方式发送传感信号；汇聚节点，用于采用无线通信方式获取无线传感器节点采集的传感信号，并将获取到的传感信号通过光纤进行传输；发射机通过光纤与各层的汇聚节点连接，用于从光纤获取传感信号，并根据传感信号向地面控制中心发射无线信号。该系统能够得到运载火箭飞行过程中的环境参数，为故障检测处理系统提供检测参数。此外，电气系统采用分层结构，能够减小系统的体积和质量。
Description
技术领域
本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种运载火箭的电气系统。
背景技术
目前运载火箭的电气系统为单层结构。由于电气系统为单层结构，导致电气系统中设备电缆十分复杂、可扩展性较差、故障诊断周期较长、故障排除较难、成本较高等。进而严重影响运载火箭的可靠性、可维修性，以及安全性。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明提出一种运载火箭的电气系统，以实现得到运载火箭飞行过程中的环境参数，为故障检测处理系统提供检测参数，以便于后续分析故障的类型。此外，电气系统采用分层结构，将大规模复杂的电气系统分成若干个既相对独立，有相互关联的层次，各层之间通过光纤通信连接，能够有效减小电气系统的体积和质量。由于电气系统通过无缆化连接，具有结构简单、可扩展性强、故障隔离、成本低等优点，用于解决现有由于电气系统为单层结构，导致电气系统中设备电缆十分复杂、可扩展性较差、故障诊断周期较长、故障排除较难、成本较高等。进而严重影响运载火箭的可靠性、可维修性，以及安全性的技术问题。
为达上述目的，本发明实施例提出了一种运载火箭的电气系统，包括：
所述电气系统为分层结构，每一层与所述运载火箭的一级相对应；各层之间通过光纤通信连接；
其中，针对所述电气系统的每一层，包括：至少一汇聚节点和多个无线传感器节点；
所述无线传感器节点，用于采集得到传感信号，并采用无线通信方式发送所述传感信号；
所述汇聚节点，与所述无线传感器节点通信连接，用于采用无线通信方式获取所述无线传感器节点采集的传感信号，并将获取到的传感信号通过所述光纤进行传输；
所述电气系统还包括发射机，所述发射机通过所述光纤与各层的汇聚节点连接，用于从所述光纤获取所述传感信号，并根据所述传感信号向地面控制中心发射无线信号。
本发明实施例的运载火箭的电气系统，通过无线传感器节点采集得到传感信号，并采用无线通信方式发送传感信号，而后汇聚节点采用无线通信方式获取无线传感器节点采集的传感信号，并将获取到的传感信号通过光纤进行传输，而后发射机从光纤获取传感信号，并根据传感信号向地面控制中心发射无线信号。由此，可以实现得到运载火箭飞行过程中的环境参数，为故障检测处理系统提供检测参数，以便于后续分析故障的类型。此外，电气系统采用分层结构，将大规模复杂的电气系统分成若干个既相对独立，有相互关联的层次，各层之间通过光纤通信连接，能够有效减小电气系统的体积和质量。由于电气系统通过无缆化连接，具有结构简单、可扩展性强、故障隔离、成本低等优点。用于解决现有运载火箭的电气系统为单层结构。由于电气系统为单层结构，导致电气系统中设备电缆十分复杂、可扩展性较差、故障诊断周期较长、故障排除较难、成本较高等。进而严重影响运载火箭的可靠性、可维修性，以及安全性的技术问题。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明实施例所提供的一种运载火箭的电气系统的结构示意图；
图2为本发明实施例所提供的一种无线传感器节点的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的另一种无线传感器节点的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
针对现有运载火箭的电气系统为单层结构。由于电气系统为单层结构，导致电气系统中设备电缆十分复杂、可扩展性较差、故障诊断周期较长、故障排除较难、成本较高等。进而严重影响运载火箭的可靠性、可维修性，以及安全性的问题，本发明实施例通过采用分层结构，将大规模复杂的电气系统分成若干个既相对独立，有相互关联的层次，各层之间通过光纤通信连接，能够有效减小电气系统的体积和质量。此外，电气系统通过无缆化连接，具有结构简单、可扩展性强、故障隔离、成本低等优点。
下面参考附图描述本发明实施例的运载火箭的电气系统。
图1为本发明实施例所提供的一种运载火箭的电气系统的结构示意图。
如图1所示，该运载火箭的电气系统为分层结构，本发明实施例以三层示例。具体实现时，每一层与运载火箭的一级相对应，各层之间通过光纤通信连接。
其中，针对电气系统的每一层，包括：至少一汇聚节点120和多个无线通信节点110。
为了便于描述，本发明实施例以电气系统的每一层包含一个汇聚节点120示例。
具体实现时，无线传感器节点110，用于采集得到传感信号，并采用无线通信方式发送传感信号。
在本发明的实施例中，无线传感器节点110采集得到的传感信号为运载火箭的环境参数信息，例如为环境温度、气压和/或湿度等。
可选地，通过无线传感器节点110采集传感信号，可以得到运载火箭飞行过程中的环境参数，为故障检测处理系统提供检测参数，以便于后续分析故障的类型。
汇聚节点120，与无线传感器节点110通信连接，用于采用无线通信方式获取无线传感器节点110采集的传感信号，并将获取到的传感信号通过光纤进行传输。
本实施例中，汇聚节点120内置用于充放电的电容电池。汇聚节点120中的电容电池可以在运载火箭发射前，采用无线方式充电，并进行存储。
由于汇聚节点120和无线传感器节点110之间通过无线网络进行通信，而汇聚节点120和发射机130之间通过光纤进行通信。因此，本实施例中，汇聚节点120需要实现两种协议栈之间的通信协议的转换。具体地，汇聚节点120在采用无线通信方式，获取多个无线传感器节点110采集的传感信号后，可以将传感信号从无线通信协议转换为以太网协议，而后，将基于以太网协议的传感信号，通过光纤发送给发射机130。
本发明实施例中，电气系统还包括发射机130，发射机130通过光纤与各层的汇聚节点120连接，用于从光纤获取传感信号，并根据传感信号向地面控制中心发射无线信号。
本发明实施例中，发射机130内置用于充放电的电容电池。发射机130中的电容电池可以在运载火箭发射前，通过无线方式充电，并进行存储。
可选地，发射机130通过光纤与各层的汇聚节点120连接，而后从光纤获取汇聚节点120发送的传感信号，并根据传感信号向地面控制中心发射无线信号。相应地，地面控制中心可以获取传感信号，而后获知运载火箭的环境参数信息，以便于地面控制中心后续分析故障的类型。
作为一种可能的实现方式，光纤在布设时，可以分布于运载火箭的壳体内部。由于光纤在传输光信号时，容易受到温度、压力和湿度等环境参数的影响，导致光信号发生改变，本实施例中，可以基于光纤传输光信号易受到环境参数影响的特性，根据光信号发生的改变，推算出壳体内部的环境参数，从而能够实现对壳体内部环境参数的测量。也就是说，光纤在传输传感信号的同时，还能够对壳体内部的环境参数进行测量。
需要说明的是，在光纤内部用于传输传感信号的光信号的参数，例如波长等，与用于测量壳体内部的环境参数的光信号的参数可以是不同的。当两种光信号具有不同参数时，本实施例中提及的光纤应当采用多模光纤。
本发明实施例中，光纤分布于运载火箭的壳体内部，还用于对壳体内部的环境参数进行测量，在得到环境参数测量结果之后，可以将环境参数测量结果发送给发射机130，从而发射机130可以根据光纤的环境参数测量结果，向地面控制中心发射无线信号。相应地，地面控制中心可以获取环境参数测量结果，从而获知壳体内部的环境参数，以便于地面控制中心后续分析故障的类型。
本实施例的运载火箭的电气系统，通过无线传感器节点采集得到传感信号，并采用无线通信方式发送传感信号，而后汇聚节点采用无线通信方式获取无线传感器节点采集的传感信号，并将获取到的传感信号通过光纤进行传输，而后发射机从光纤获取传感信号，并根据传感信号向地面控制中心发射无线信号。由此，可以实现得到运载火箭飞行过程中的环境参数，为故障检测处理系统提供检测参数，以便于后续分析故障的类型。此外，电气系统采用分层结构，将大规模复杂的电气系统分成若干个既相对独立，有相互关联的层次，各层之间通过光纤通信连接，能够有效减小电气系统的体积和质量。由于电气系统通过无缆化连接，具有结构简单、可扩展性强、故障隔离、成本低等优点。用于解决现有运载火箭的电气系统为单层结构。由于电气系统为单层结构，导致电气系统中设备电缆十分复杂、可扩展性较差、故障诊断周期较长、故障排除较难、成本较高等。进而严重影响运载火箭的可靠性、可维修性，以及安全性的技术问题。
在本发明实施例的一种可能的实现方式中，参见图2，在图1所示的基础上，无线传感器节点110，具体包括：传感器111、转换电路112、处理单元113，以及天线114。其中，
传感器111，用于采集运载火箭的环境参数信息。
转换单元112，与传感器111电连接，用于对环境参数信息进行放大和数字化处理。
可选地，转换单元112可以包括放大电路和模数转换单元(Analog to DigitalConverter，ADC)。
由于传感器111采集的环境参数信息可能存在干扰信号，因此采用放大电路对环境参数信息进行放大，能够起到共模抑制的作用。可选地，可以使用差分电路对环境参数信息进行放大，由于差分电路的有效输入信号为两路输入信号的差值，通过将两路输入信号作差，从而保证干扰信号的有效输入为零，进而达到抗共模干扰的目的。
处理单元113，与转换单元112电连接，用于对转换单元112处理后的环境参数信息，根据预设的无线通信协议进行打包处理，得到传感信号。
由于无线传感器节点110和汇聚节点120之间通过无线网络进行通信，因此，本实施例中，在无线传感器节点110向外发射环境参数信息前，可以对转换单元112处理后的环境参数信息，根据预设的无线通信协议进行打包处理，得到传感信号，以使汇聚节点120能够接收到该传感信号。
天线114，用于采用无线通信方式向对应的汇聚节点120发送传感信号。
进一步地，参见图3，在图2所示实施例的基础上，无线传感器节点110还可以包括：电池116和充电电路115。其中，
充电电路115，与天线114连接，用于将天线114所接收到的电磁波转化为电能。
电池116，与充电电路114连接，用于存储电能。
具体实现时，电池116，与传感器111、转换电路112和处理单元113电连接，用于利用存储的电能对传感器111、转换电路112和处理单元113供电。
本实施例中，通过将天线所接收到的电磁波转化为电能，能够节省系统的功耗。
本发明实施例中，天线114，还用于接收对应的汇聚节点120发送的控制指令。
处理单元113，还用于根据预设的无线通信协议对控制指令进行解析；并根据解析后的控制指令，对传感器111和/或转换单元112进行控制。
具体实现时，远程控制中心可以根据自身需求，实时或者间隔性地获取传感信号。若远程控制中心想要获取此时的传感信号，远程控制中心可以向发射机130发送查询指令，而后，发射机130可以生成监测任务，并且通过光纤向对应的汇聚节点120发送监测任务。汇聚节点120可以通过光纤接收监测任务，而后，汇聚节点120可以根据监测任务，通过无线通信方式向对应的无线传感器节点110发送控制指令。
无线传感器节点110通过天线114获取汇聚节点120发送的控制指令，而后，可以通过内部的处理单元113根据预设的无线通信协议对控制指令进行解析，得到解析后的控制指令，而后可以根据解析后的控制指令，对传感器111和/或转换单元112进行控制，采集得到传感信号。而后无线传感器节点110可以通过天线114将传感信号发送至汇聚节点120，汇聚节点120通过光纤将传感信号发送至发射机130，发射机130根据传感信号向地面控制中心发射无线信号，从而地面控制中心可以获取此时的运载火箭的环境参数信息。
本实施例的运载火箭的电气系统，通过无线传感器节点采集得到传感信号，并采用无线通信方式发送传感信号，而后汇聚节点采用无线通信方式获取无线传感器节点采集的传感信号，并将获取到的传感信号通过光纤进行传输，而后发射机从光纤获取传感信号，并根据传感信号向地面控制中心发射无线信号。由此，可以实现得到运载火箭飞行过程中的环境参数，为故障检测处理系统提供检测参数，以便于后续分析故障的类型。此外，电气系统采用分层结构，将大规模复杂的电气系统分成若干个既相对独立，有相互关联的层次，各层之间通过光纤通信连接，能够有效减小电气系统的体积和质量。由于电气系统通过无缆化连接，具有结构简单、可扩展性强、故障隔离、成本低等优点。用于解决现有运载火箭的电气系统为单层结构。由于电气系统为单层结构，导致电气系统中设备电缆十分复杂、可扩展性较差、故障诊断周期较长、故障排除较难、成本较高等。进而严重影响运载火箭的可靠性、可维修性，以及安全性的技术问题。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种运载火箭的电气系统，其特征在于，所述电气系统为分层结构，每一层与所述运载火箭的一级相对应；各层之间通过光纤通信连接；
其中，针对所述电气系统的每一层，包括：至少一汇聚节点和多个无线传感器节点；
所述无线传感器节点，用于采集得到传感信号，并采用无线通信方式发送所述传感信号；
所述汇聚节点，与所述无线传感器节点通信连接，用于采用无线通信方式获取所述无线传感器节点采集的传感信号，并将获取到的传感信号通过所述光纤进行传输；
所述电气系统还包括发射机，所述发射机通过所述光纤与各层的汇聚节点连接，用于从所述光纤获取所述传感信号，并根据所述传感信号向地面控制中心发射无线信号。
2.根据权利要求1所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，所述无线传感器节点，包括：传感器、转换电路、处理单元和天线；
所述传感器，用于采集所述运载火箭的环境参数信息；
所述转换单元，与所述传感器电连接，用于对所述环境参数信息进行放大和数字化处理；
所述处理单元，与所述转换单元电连接，用于对所述转换单元处理后的环境参数信息，根据预设的无线通信协议进行打包处理，得到传感信号；
所述天线，用于采用无线通信方式向对应的汇聚节点发送所述传感信号。
3.根据权利要求2所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，
所述天线，还用于接收对应的汇聚节点发送的控制指令；
所述处理单元，还用于根据预设的无线通信协议对所述控制指令进行解析；并根据解析后的控制指令，对所述传感器和/或转换单元进行控制。
4.根据权利要求3所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，所述无线传感器节点，还包括：电池和充电电路；
所述充电电路，与所述天线连接，用于将所述天线所接收到的电磁波转化为电能；
所述电池，与所述充电电路连接，用于存储所述电能。
5.根据权利要求4所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，
所述电池，与所述传感器、所述转换电路和所述处理单元电连接，用于利用存储的电能对所述传感器、所述转换电路和所述处理单元供电。
6.根据权利要求1-5任一项所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，
所述汇聚节点，具体用于采用无线通信方式，获取多个无线传感器节点采集的传感信号，将所述传感信号从无线通信协议转换为以太网协议；将基于以太网协议的所述传感信号，通过所述光纤发送给所述发射机。
7.根据权利要求1-5任一项所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，
所述发射机，还用于生成监测任务，通过所述光纤向对应的所述汇聚节点发送所述监测任务；
所述汇聚节点，还用于通过所述光纤接收所述监测任务，根据所述监测任务向对应的无线传感器节点发送控制指令；
所述无线传感器节点，具体用于在所述控制指令的控制下，采集得到所述传感信号。
8.根据权利要求1-5任一项所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，所述汇聚节点和/或所述发射机内置用于充放电的电容电池。
9.根据权利要求8所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，
所述电容电池，具体用于采用无线方式充电。
10.根据权利要求1-5任一项所述的运载火箭的电气系统，其特征在于，
所述光纤，分布于所述运载火箭的壳体内部，还用于对所述壳体内部的环境参数进行测量；
所述发射机，还用于根据所述光纤的环境参数测量结果，向地面控制中心发射无线信号。
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