CN108750146A - 一种商用火箭测量控制系统及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种商用火箭测量控制系统及其工作方法。该系统包括设置在火箭上的测控装置、设置在火箭飞行轨迹前段下方的三个第一地面测控设备、设置在火箭飞行轨迹后段下方的一个第二地面测控设备，三个第一地面测控设备不在同一直线上，测控装置包括测量控制设备和天线机构，天线机构包括沿火箭圆周设置的导轨，导轨上设有可沿导轨移动的天线底座以及可驱动天线底座移动的驱动机构，天线底座上设有天线以及可带动天线左右转动、上下转动的二自由度舵机。本发明能够根据火箭姿态变化适时调整天线位置和指向，使得天线始终能够将最大增益处指向地面测控设备，确保地面测控设备能够正常跟踪接收。
Description
技术领域
本发明涉及火箭测控技术领域，尤其涉及一种商用火箭测量控制系统及其工作方法。
背景技术
目前火箭测控中，火箭上的天线采用固定安装方式，在火箭飞行过程中发生火箭姿态滚动情况下，火箭的天线与地面测控设备的相对位置会发生变化，会发生天线低增益干涉区对准地面测控设备，增大了地面测控设备的跟踪难度、数据接收的误码率增加，不利于任务的完成。在实际工作中经常会出现反复协调、计算测控天线安装位置的情况，有时火箭飞行轨迹细微调整后，测控天线的安装位置就会发生不满足地面跟踪条件的情况，给工程实践带来难度。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供了一种商用火箭测量控制系统及其工作方法，其火箭上的天线可以移动，根据火箭姿态变化适时调整天线位置和指向，使得天线始终能够将最大增益处指向地面测控设备，确保地面测控设备能够正常跟踪接收。
为了解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明的一种商用火箭测量控制系统，包括设置在火箭上的测控装置、设置在火箭飞行轨迹前段下方的三个第一地面测控设备、设置在火箭飞行轨迹后段下方的一个第二地面测控设备，所述三个第一地面测控设备不在同一直线上，所述测控装置包括测量控制设备和天线机构，所述天线机构包括沿火箭圆周设置的导轨，所述导轨上设有可沿导轨移动的天线底座以及可驱动天线底座移动的驱动机构，所述天线底座上设有天线以及可带动天线左右转动、上下转动的二自由度舵机，所述驱动机构、二自由度舵机、天线分别与测量控制设备电连接。
在本技术方案中，在火箭飞行前段，火箭离地面较低，为保护地面设施设备和操作人员安全，需对火箭精确测量，在火箭飞行轨迹下方布设三套第一地面测控设备，通过与火箭上的测量控制设备相互配合，采用多址测量体制、多站测量方式同时对火箭进行跟踪测量，为火箭提供满足要求的高精度测量数据，用于火箭飞行安全控制判断和控制决策。在火箭飞行后段，第二地面测控设备与火箭上的测量控制设备相互配合，对火箭进行跟踪测量，接收火箭遥测数据，并回传指挥中心。测量控制设备通过天线收发无线信号。
导轨沿火箭圆周设置，火箭发射后，驱动机构驱动天线底座移动到导轨的最低水平位置，便于天线转向地面测控设备。在火箭飞行前段，火箭上的测量控制设备主要与三个第一地面测控设备交互，选择地面上到三个第一地面测控设备距离相等的点作为被指向点，控制天线指向被指向点，使天线的最大增益处始终与三个第一地面测控设备都偏离很小，保证三个第一地面测控设备能够正常跟踪接收。在火箭飞行后段，火箭上的测量控制设备主要与第二地面测控设备交互，使天线的最大增益处始终指向第二地面测控设备，保证第二地面测控设备能够正常跟踪接收。
作为优选，所述三个第一地面测控设备的两两连线围成锐角三角形。天线指向被指向点时，天线的最大增益处始终与三个第一地面测控设备偏离很小。
作为优选，所述第二地面测控设备设置在火箭飞行轨迹的星箭分离点附近。
本发明的一种商用火箭测量控制系统的工作方法，用于上述的一种商用火箭测量控制系统，包括以下步骤：
火箭起飞后，测量控制设备从火箭的导航系统获取火箭的位置和姿态，通过驱动机构驱动天线底座移动到导轨的最低位置，之后实时调整天线底座使天线底座始终位于导轨的最低位置；
在火箭飞行轨迹前段，测量控制设备根据三个第一地面测控设备的位置确定地面上到三个第一地面测控设备距离相等的点的坐标，将该点作为被指向点，根据火箭的位置、姿态计算出天线指向被指向点需要水平转动的角度、竖直转动的角度，通过二自由度舵机控制天线转动使得天线指向被指向点，之后实时调整天线使天线始终指向被指向点；
在火箭飞行轨迹后段，测量控制设备通过二自由度舵机控制天线转动使得天线指向第二地面测控设备，之后实时调整天线转动使天线始终指向第二地面测控设备。
作为优选，在火箭飞行轨迹前段，三个第一地面测控设备与火箭上的测量控制设备相互配合，采用多址测量体制、多站测量方式同时对火箭进行跟踪测量，为火箭提供满足要求的高精度测量数据，用于火箭飞行安全控制判断和控制决策；在火箭飞行轨迹后段，第二地面测控设备与火箭上的测量控制设备相互配合，接收火箭遥测数据，并回传指挥中心。
作为优选，将火箭星箭分离点作为火箭飞行轨迹的前段和后段的分隔点，火箭星箭分离点前的飞行轨迹为火箭飞行轨迹前段，火箭星箭分离点后的飞行轨迹为火箭飞行轨迹后段。
作为优选，在火箭星箭分离前N秒，测量控制设备确定火箭在星箭分离点指向第二地面测控设备的天线指向，计算出天线从当前指向转动到计算出的星箭分离点的天线指向需要的时间T1，计算火箭从当前位置移动到星箭分离点的时间T2，当T1＝T2时，测量控制设备通过二自由度舵机控制天线向计算出的天线指向位置转动。
本发明的有益效果是：火箭上的天线可以移动，根据火箭姿态变化适时调整天线位置和指向，使得天线始终能够将最大增益处指向地面测控设备，确保地面测控设备能够正常跟踪接收。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是天线机构的结构示意图；
图3是本发明的一种电路原理连接框图。
图中：1、火箭，2、第一地面测控设备，3、第二地面测控设备，4、测量控制设备，5、导轨，6、天线底座，7、驱动机构，8、天线，9、二自由度舵机。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种商用火箭测量控制系统，如图1、图2、图3所示，包括设置在火箭1上的测控装置、设置在火箭1飞行轨迹前段下方的三个第一地面测控设备2、设置在火箭1飞行轨迹后段下方的一个第二地面测控设备3，三个第一地面测控设备2不在同一直线上，测控装置包括测量控制设备4和天线机构，天线机构包括沿火箭1圆周设置的导轨5，导轨5上设有可沿导轨5移动的天线底座6以及可驱动天线底座6移动的驱动机构7，天线底座6上设有天线8以及可带动天线8左右转动、上下转动的二自由度舵机9，驱动机构7、二自由度舵机9、天线8分别与测量控制设备4电连接。
在火箭飞行前段，火箭离地面较低，为保护地面设施设备和操作人员安全，需对火箭精确测量，在火箭飞行轨迹下方布设三套第一地面测控设备，布设地点覆盖火箭点火、起飞至火箭飞离地面安全控制范围，通过与火箭上的测量控制设备相互配合，采用多址测量体制、多站测量方式同时对火箭进行跟踪测量，为火箭提供满足要求的高精度测量数据，用于火箭飞行安全控制判断和控制决策。在火箭飞行后段，第二地面测控设备与火箭上的测量控制设备相互配合，接收火箭遥测数据，并回传指挥中心。测量控制设备通过天线收发无线信号。
导轨沿火箭圆周设置形成闭环，天线底座可沿导轨移动，因此不管火箭在飞行过程中姿态如何变换，天线底座总能移动到火箭朝地面一侧。火箭发射后，驱动机构驱动天线底座移动到导轨的最低水平位置，便于天线转向地面测控设备。在火箭飞行前段，火箭上的测量控制设备主要与三个第一地面测控设备交互，选择地面上到三个第一地面测控设备距离相等的点作为被指向点，控制天线指向被指向点，使天线的最大增益处始终与三个第一地面测控设备都偏离很小，保证三个第一地面测控设备能够正常跟踪接收。在火箭飞行后段(火箭星箭分离后)，火箭上的测量控制设备主要与第二地面测控设备交互，使天线的最大增益处始终指向第二地面测控设备，保证第二地面测控设备能够正常跟踪接收。
三个第一地面测控设备2的两两连线围成锐角三角形。天线指向被指向点时，天线的最大增益处始终与三个第一地面测控设备偏离很小。
第二地面测控设备3设置在火箭飞行轨迹的星箭分离点附近。
本系统可完全满足传统火箭全部测量控制要求，大大简化以往的测量控制流程，大大降低了商业航天发射成本，有利于促进商业航天的快速发展。
本实施例的一种商用火箭测量控制系统的工作方法，用于上述的一种商用火箭测量控制系统，包括以下步骤：
火箭起飞后，测量控制设备从火箭的导航系统获取火箭的位置和姿态，通过驱动机构驱动天线底座移动到导轨的最低位置，之后实时调整天线底座使天线底座始终位于导轨的最低位置；
在火箭飞行轨迹前段，测量控制设备根据三个第一地面测控设备的位置确定地面上到三个第一地面测控设备距离相等的点的坐标，将该点作为被指向点，根据火箭的位置、姿态计算出天线指向被指向点需要水平转动的角度、竖直转动的角度，通过二自由度舵机控制天线转动使得天线指向被指向点，之后实时调整天线使天线始终指向被指向点；
在火箭飞行轨迹后段，测量控制设备通过二自由度舵机控制天线转动使得天线指向第二地面测控设备，之后实时调整天线转动使天线始终指向第二地面测控设备。
在火箭飞行轨迹前段，三个第一地面测控设备与火箭上的测量控制设备相互配合，采用多址测量体制、多站测量方式同时对火箭进行跟踪测量，为火箭提供满足要求的高精度测量数据，用于火箭飞行安全控制判断和控制决策；在火箭飞行轨迹后段，第二地面测控设备与火箭上的测量控制设备相互配合，对火箭进行跟踪测量，接收火箭遥测数据，并回传指挥中心。
将火箭星箭分离点作为火箭飞行轨迹的前段和后段的分隔点，火箭星箭分离点前的飞行轨迹为火箭飞行轨迹前段，火箭星箭分离点后的飞行轨迹为火箭飞行轨迹后段。
在火箭星箭分离前N秒，测量控制设备确定火箭在星箭分离点指向第二地面测控设备的天线指向，计算出天线从当前指向转动到计算出的星箭分离点的天线指向需要的时间T1，计算火箭从当前位置移动到星箭分离点的时间T2，当T1＝T2时，测量控制设备通过二自由度舵机控制天线向计算出的星箭分离点天线指向位置转动，N＞T1。
Claims (7)
1.一种商用火箭测量控制系统，其特征在于，包括设置在火箭(1)上的测控装置、设置在火箭(1)飞行轨迹前段下方的三个第一地面测控设备(2)、设置在火箭(1)飞行轨迹后段下方的一个第二地面测控设备(3)，所述三个第一地面测控设备(2)不在同一直线上，所述测控装置包括测量控制设备(4)和天线机构，所述天线机构包括沿火箭(1)圆周设置的导轨(5)，所述导轨(5)上设有可沿导轨(5)移动的天线底座(6)以及可驱动天线底座(6)移动的驱动机构(7)，所述天线底座(6)上设有天线(8)以及可带动天线(8)左右转动、上下转动的二自由度舵机(9)，所述驱动机构(7)、二自由度舵机(9)、天线(8)分别与测量控制设备(4)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种商用火箭测量控制系统，其特征在于，所述三个第一地面测控设备(3)的两两连线围成锐角三角形。
3.根据权利要求1或2所述的一种商用火箭测量控制系统，其特征在于，所述第二地面测控设备(3)设置在火箭(1)飞行轨迹的星箭分离点附近。
4.一种商用火箭测量控制系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：
火箭起飞后，测量控制设备从火箭的导航系统获取火箭的位置和姿态，通过驱动机构驱动天线底座移动到导轨的最低位置，之后实时调整天线底座使天线底座始终位于导轨的最低位置；
在火箭飞行轨迹前段，测量控制设备根据三个第一地面测控设备的位置确定地面上到三个第一地面测控设备距离相等的点的坐标，将该点作为被指向点，根据火箭的位置、姿态计算出天线指向被指向点需要水平转动的角度、竖直转动的角度，通过二自由度舵机控制天线转动使得天线指向被指向点，之后实时调整天线使天线始终指向被指向点；
在火箭飞行轨迹后段，测量控制设备通过二自由度舵机控制天线转动使得天线指向第二地面测控设备，之后实时调整天线转动使天线始终指向第二地面测控设备。
5.根据权利要求4所述的一种商用火箭测量控制系统的工作方法，其特征在于，在火箭飞行轨迹前段，三个第一地面测控设备与火箭上的测量控制设备相互配合，采用多址测量体制、多站测量方式同时对火箭进行跟踪测量，为火箭提供满足要求的高精度测量数据，用于火箭飞行安全控制判断和控制决策；在火箭飞行轨迹后段，第二地面测控设备与火箭上的测量控制设备相互配合，接收火箭遥测数据，并回传指挥中心。
6.根据权利要求4或5所述的一种商用火箭测量控制系统的工作方法，将火箭星箭分离点作为火箭飞行轨迹的前段和后段的分隔点，火箭星箭分离点前的飞行轨迹为火箭飞行轨迹前段，火箭星箭分离点后的飞行轨迹为火箭飞行轨迹后段。
7.根据权利要求4或5或6所述的一种商用火箭测量控制系统的工作方法，其特征在于，在火箭星箭分离前N秒，测量控制设备确定火箭在星箭分离点指向第二地面测控设备的天线指向，计算出天线从当前指向转动到计算出的星箭分离点的天线指向需要的时间T1，计算火箭从当前位置移动到星箭分离点的时间T2，当T1＝T2时，测量控制设备通过二自由度舵机控制天线向计算出的天线指向位置转动。
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