CN109408296A - 一种系留气球双余度计算系统 - Google Patents

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杨潇文
张金华
李旭
李冠林
彭敏
殷玉娟
周丰
贾圣羽
杜伟
何敬宇
曾腾辉
杨霄云
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Abstract

本发明公开了一种系留气球双余度计算系统，包括机箱、主控制模块、从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块，本发明的计算系统的每两个对应的模块采用相似余度设计，每两个对应的模块互为余度、互为备份，保障计算系统对数据的采集和分发、任务调度和管理以及控制解算和控制输出的双余度，确保计算系统工作的可靠性和安全性，同时，本发明通过选用雷电防护元件在第一防雷模块及第二防雷模块上进行分区布置，以达到雷电防护效果的目的，同时降低成本、硬件体积及重量，保证防雷模块部分元器件损坏时，不会造成整机失效。

Description

一种系留气球双余度计算系统
技术领域
本发明涉及系留气球测控技术领域，尤其涉及一种系留气球双余度计算系统。
背景技术
系留气球是一种通用航空平台，主要由球体结构、压力调节、电源、遥测与控制、系留缆绳以及升空回收等系统组成。计算系统作为遥测与控制系统的核心部件球载测控单元，主要在气球升空、定点和回收过程中，用于连续监测气球的球体状态、各设备工作状态和环境状态，实时采集球体参数和接收地面指令以控制风机、阀门等设备工作。
目前，系留气球基本采用传统(单机)计算系统，很少对计算系统进行冗余。随着超大规模集成电路的发展和电子工艺的突飞猛进，虽然计算系统可靠性得到了很大提高，但若计算系统一旦发生故障，极有可能造成重大损失。另外，相比传统飞行器，系留气球在空中无法有效的规避突发的雷雨天气，而气球和系留缆绳构成了一个很好的“引雷体”，使气球极易遭受雷击。系留气球的雷电瞬态敏感度试验等级要求达到4～5级，而常规飞机的计算系统雷电瞬态敏感度试验等级要求多为3级，导致目前计算系统均须搭配防雷抑制器，否则无法满足系留气球雷电防护要求，而外置防雷抑制器不仅占用安装空间、增加重量，而且增大了全系统研制成本。本专利正是基于以上原因而开展系留气球双余度计算系统的设计。
发明内容
本发明的目的：提出一种系留气球双余度计算系统，用以解决目前系留气球采用传统单机计算系统，存在的计算可靠性低、防雷效果差的问题。
本发明的技术方案：
一种系留气球双余度计算系统，包括机箱、主控制模块、从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块，所述的主控制模块分别与从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块连接，所述的从控制模块分别与第一信号处理模块、第二信号处理模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块连接，所述的第一信号处理模块及第一防雷模块均与第一电源模块连接，所述的第二信号处理模块及第二防雷模块均与第二电源模块连接。
所述的第一防雷模块还与外部的有线通信设备、传感器设备及控制设备连接。
所述的第二防雷模块还与外部的无线通信设备、传感器设备及控制设备连接。
所述的第一防雷模块和第二防雷模块内部设置有若干分区布置的雷电防护元件。
所述的主控制模块、从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块均设置在机箱内。
本发明的有益效果：提出一种系留气球双余度计算系统，本发明的计算系统的每两个对应的模块采用相似余度设计，每两个对应的模块互为余度、互为备份，保障计算系统对数据的采集和分发、任务调度和管理以及控制解算和控制输出的双余度，确保计算系统工作的可靠性和安全性，同时，本发明通过选用雷电防护元件在第一防雷模块及第二防雷模块上进行分区布置，以达到雷电防护效果的目的，同时降低成本、硬件体积及重量，保证防雷模块部分元器件损坏时，不会造成整机失效。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的介绍，一种系留气球双余度计算系统，包括机箱、主控制模块、从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块，所述的主控制模块分别与从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块连接，所述的从控制模块分别与第一信号处理模块、第二信号处理模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块连接，所述的第一信号处理模块及第一防雷模块均与第一电源模块连接，所述的第二信号处理模块及第二防雷模块均与第二电源模块连接，本发明的计算系统采用结构单余度，电气双余度模式，在某两个相对应的模块由于其中一块故障时，可由另一机系统接替工作，从而提高系统的任务可靠性，保障计算系统对数据的采集和分发、任务调度和管理以及控制解算和控制输出的双余度，确保计算系统工作的可靠性和安全性。
所述的第一防雷模块还与外部的有线通信设备、传感器设备及控制设备连接，所述的第二防雷模块还与外部的无线通信设备、传感器设备及控制设备连接。
传感器设备主要包括了大气压力传感器、温湿度传感器、风速风向传感器、气囊压差传感器等设备，控制设备主要包括了风机和阀门、灯光设备及发电机。
所述的第一防雷模块和第二防雷模块内部设置有若干分区布置的雷电防护元件，以达到雷电防护效果的目的，同时降低成本、硬件体积及重量，保证防雷模块部分元器件损坏时，不会造成整机失效。
第一防雷模块和第二防雷模块主要是考虑到计算系统所需防护的接口类型复杂和接口数量众多，这些接口若采用市面上的各种专用雷电抑制器进行防护，其安装空间需求庞大、线束接口冗余且设计重量超标，且考虑到防雷设计成本，须针对计算系统的各类型接口重要程度进行不同等级防护，将各种类型的雷电防护元件集中布置，实现模块化设计，减少设计重量及布置复杂度。
所述的主控制模块、从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块均设置在机箱内。
本发明的工作原理：计算系统实时采集系留气球环境参数和球体相关参数，同时以中断方式接收来自有线通信单元、无线通信单元，供电控制单元等总线数据，通过对数据的解算，判断和表决后，以开关量的形式输出到系留气球各相关单元的作动部件，实现对相关设备的动作控制，同时输出相关球体及环境参数，当系留气球处于地面遥控工作模式时，计算系统通过接收有线通信设备和无线通信设备的控制指令实现对系留气球相关设备动作控制，从而实现对来自地面的遥控指令的响应；而系留气球处于自主控制工作模式时，计算系统通过对系留气球当前的工作模式和状态的判断，自主实现对系留气球控制律的解算和输出，实现对系留气球相关设备的自主控制。

Claims (5)

1.一种系留气球双余度计算系统，其特征在于：包括机箱、主控制模块、从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块，所述的主控制模块分别与从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块连接，所述的从控制模块分别与第一信号处理模块、第二信号处理模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块连接，所述的第一信号处理模块及第一防雷模块均与第一电源模块连接，所述的第二信号处理模块及第二防雷模块均与第二电源模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种系留气球双余度计算系统，其特征在于：所述的第一防雷模块还与外部的有线通信设备、传感器设备及控制设备连接。
3.根据权利要求1所述的一种系留气球双余度计算系统，其特征在于：所述的第二防雷模块还与外部的无线通信设备、传感器设备及控制设备连接。
4.根据权利要求1所述的一种系留气球双余度计算系统，其特征在于：所述的第一防雷模块和第二防雷模块内部设置有若干分区布置的雷电防护元件。
5.根据权利要求1所述的一种系留气球双余度计算系统，其特征在于：所述的主控制模块、从控制模块、第一信号处理模块、第二信号处理模块、第一电源模块、第二电源模块、第一防雷模块和第二防雷模块均设置在机箱内。
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