CN109573113B - 一种高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法 - Google Patents

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    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination

Abstract

本发明公开了一种高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，该方法针对复杂的空间环境，单粒子效应时常干扰电子设备的正常运行，传感器失效导致对接位置判断不准确等问题，本发明仅需要通过传感器判断、电位计信号逻辑转换、信号表决，来精确识别对接机构位置，从而使得货运飞船在复杂多变的空间环境下对接过程的位置识别更加安全和可靠。

Description

一种高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法
技术领域
本发明涉及宇宙空间中货运飞船对接机构位置识别领域，特别涉及一种高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法。
背景技术
随着我国空间技术与空间探测技术的发展，货运飞船作为天地往返系统，承载着天地之间货物运输的重大使命。飞船与飞船、空间站的交会对接是物质运输的重要环节，在对接机构的对接过程尤如太空穿针，高精度传感器信号采集是对接精度保证的基础。然而，面对空间辐射对电子系统的干扰，时常会出现信号被单粒子打翻，元器件损坏等原因，严重影响着对接精度的判断。在现有技术中，大多采用信号冗余技术，冗余技术的从用导致传感器的增加，使得飞船重量成倍增长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，本发明针对复杂的空间环境，单粒子效应时常干扰电子设备的正常运行，传感器失效导致对接位置判断不准确等问题，该方法仅需要通过传感器判断、电位计信号逻辑转换、信号表决，来精确识别对接机构位置，从而使得货运飞船在复杂多变的空间环境下对接过程的位置识别更加安全、可靠。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，该方法包含以下步骤：
S1、流程开始；
S2、对接机构计时；
S3、当判断出从对接开始到对接位置的对接时间小于第一设定时间，继续执行步骤S4；
S4、读取传感器信号；
S5、当判断出传感器全到位，则跳转至步骤S13；
S13、对接已到位，继续执行步骤S15；
S15、流程结束。
优选地，在所述步骤S3中，当判断出从对接开始到对接位置的对接时间大于所述第一设定时间时，则跳转至步骤S12；其中，所述步骤S12为：对接失败，则跳转至所述步骤S15。
优选地，在所述步骤S5中，当判断出传感器未全到位时，则继续执行步骤S6；
S6、电位计逻辑转换；
S7、将电位计逻辑信号进行表决；
S8、判断对接时间小于第二设定时间时，则继续执行步骤S9；
S9、将传感器信号进行表决；
S10、判断传感器信号和电位计逻辑信号是否都表决成功：若是，则跳转至所述步骤S13；若否，则跳转至步骤S14；
S14、对接未到位，继续执行步骤S15。
优选地，在所述步骤S8中，当判断出对接时间大于所述第二设定时间时，则跳转至步骤S11；
S11、电位计逻辑信号是否表决成功：若是，则跳转至所述步骤S13；若否，则跳转至所述步骤S14。
优选地，所述第一设定时间为10分钟。
优选地，所述步骤S6中，将所采集到的电位计模拟信号按公式(1)进行逻辑转换；
Zi＝[sign(xin-m+1-Dm-1)and sign(xin-m+2-Dm-2)and……and sign(xin-Dm)] (1)
式中，Zi为第i个电位计信号逻辑信号，高电平表示到位，低电平表示未到位；xin-m+1为第i个电位计信号在第1次AD转换值，xin-m+2为第i个电位计信号在第2次AD转换值，xin为第i个电位计信号在第m次AD转换值；Dm-1、Dm-2、……D2、D1、D0为电平阈值，且Dm-1>Dm-2>……D2>D1>D0>0；函数sign()为符号函数；按照公式(1)转换后，得到多个电位计逻辑信号。
优选地，所述步骤S7中，将经过逻辑转换所得到的多个电位计逻辑信号进行表决，如下：
Figure BDA0001899003280000031
式中，o为电位计逻辑信号表决结果，高电平表示到位，低电平表示未到位；in为第n个电位计逻辑信号状态，n为电位计逻辑信号个数，函数INT()为取整函数；函数ε()为阶跃函数。
优选地，所述第二设定时间为5分钟。
优选地，所述步骤S9中，将所述传感器信号进行表决，如下：
Figure BDA0001899003280000032
式(3)中，o'为传感器信号表决结果，高电平表示到位，低电平表示未到位；jn为第n个传感器信号状态，n为传感器信号个数，函数INT()为取整函数；函数ε()为阶跃函数。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明仅需通过传感器判断，电位计信号逻辑转换、信号表决，来精确识别对接机构位置，减少了冗余传感器的个数，从而使得对接更加安全、可靠。
附图说明
图1本发明的高可靠货运飞船对接机构原理图；
图2本发明的高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示，作为本发明的一个实施例，高可靠货运飞船对接机构包含对接环1、位置传感器2、位置传感器3、位置传感器4、电位计信号传感器5、电位计信号传感器6、电位计信号传感器7和对接轨道8。
对接环1用于与其他航天器接触设备；位置传感器2、位置传感器3、位置传感器4安装在对接环1上，用于监测对接环1与其他航天器相对位置，电位计信号传感器5、电位计信号传感器6、电位计信号传感器7安装在对接环1上，用于监测对接环1与其他航天器相对位置，对接轨道8为对接环1运行轨迹。
位置传感器2、位置传感器3、位置位置传感器4与电位计信号传感器5、电位计信号传感器6、电位计信号传感器7交叉放置在对接轨道8两侧，即电位计信号传感器5、位置传感器3、电位计信号传感器7位于对接轨道8的一侧，位置传感器2、电位计信号传感器6、位置传感器4位于对接轨道8的另一侧。
本发明的位置传感器个数以及电位计信号个数可以是其他任意数，对此，本发明不做限制，个数越多可靠性越高，传感器个数与电位计信号个数并无相关性。
如图2所示，本发明的高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法的具体过程为：
S1、流程开始；
S2、对接机构计时；
S3、判断从对接开始到对接位置的对接时间是否小于10分钟：若否，即若对接时间大于10分钟，则进入步骤S12；若对接时间小于10分钟，继续执行步骤S4；
S4、读取传感器信号，继续执行步骤S5；
S5、判断传感器是否全到位：若是，即感器信号全到位，则跳转至步骤S13；若否，即传感器信号未全到位，则继续执行步骤S6；
S6、电位计逻辑转换；具体地，所述步骤S6中，由于电位计由模拟电路转换而来，在转换过程中数据容易波动、单粒子翻转等显现，所以该将所采集到的电位计模拟信号按公式(1)进行逻辑转换：
Zi＝[sign(xin-2-D2)and sign(xin-1-D1)and sign(xin-D0)] (1)
式中，Zi为第i个电位计信号逻辑信号，高电平表示到位，低电平表示未到位；xin-2为第i个电位计信号在第1次AD转换值，xin-1为第i个电位计信号在第2次AD转换值，xin为第i个电位计信号在第3次AD转换值；D2、D1、D0为电平阈值，且D2>D1>D0>0；函数sign()为符号函数。
公式(1)中，对于每个电位计信号逻辑信号的逻辑转换过程中的AD转换次数不仅限于本实施例的三次，还可以是其他次数，则公式(1)还可进行变换：如下：
Zi＝[sign(xin-m+1-Dm-1)and sign(xin-m+2-Dm-2)and……and sign(xin-Dm)]，m表示对每个电位计信号逻辑信号的AD转换次数，对应地，Dm-1、Dm-2、……D2、D1、D0为电平阈值，且Dm-1>Dm-2>……D2>D1>D0>0。
所以，电位计逻辑转换按公式(1)转换后，可得三个电位计逻辑信号分别为Z1、Z2、Z3(此时所得的电位计逻辑信号Z的个数与上述的电位计信号传感器的个数相对应，当本发明的电位计信号传感器为其他的个数时，则电位计逻辑信号也相应变化)，电位计逻辑转换结束后，继续执行步骤S7。
S7、电位计逻辑信号表决，将电位计逻辑信号进行计算后得出电位计表决结果。其中，将电位计逻辑信号按公式(2)进行如下计算：
Figure BDA0001899003280000051
式(2)中，o为表决结果，高电平表示到位，低电平表示未到位；in为第n个电位计逻辑信号状态，n为电位计逻辑信号个数，函数INT()为取整函数；函数ε()为阶跃函数。
S8、判断对接时间是否小于5分钟：若是，继续执行步骤S9；若否，则跳转至步骤S11；
S9、传感器信号表决：将传感器信号进行表决计算后，得出传感器表决结果，继续执行步骤S10；其中，将传感器信号按公式(3)进行如下计算:
Figure BDA0001899003280000052
式(3)中，o'为表决结果，高电平表示到位，低电平表示未到位；jn为第n个传感器信号状态，n为传感器信号个数，函数INT()为取整函数；函数ε()为阶跃函数。
S10、判断传感器和电位计逻辑信号是否都表决成功：若是，则跳转至步骤S13；若否，则跳转至步骤S14；
S11、电位计逻辑信号是否表决成功：若是，则跳转至步骤S13；若否，则跳转至步骤S14；
S12、对接失败，跳转至步骤S15
S13、对接已到位，跳转至步骤S15；
S14、对接未到位，继续执行步骤S15；
S15、流程结束。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (6)

1.一种高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，其特征在于，该方法包含以下步骤：
S1、流程开始；
S2、对接机构计时；
S3、当判断出从对接开始到对接位置的对接时间小于第一设定时间，继续执行步骤S4；
S4、读取传感器信号；
S5、当判断出传感器全到位，则跳转至步骤S13；
S13、对接已到位，继续执行步骤S15；
S15、流程结束；
在所述步骤S3中，当判断出从对接开始到对接位置的对接时间大于所述第一设定时间时，则跳转至步骤S12；其中，所述步骤S12为：对接失败，则跳转至所述步骤S15；
在所述步骤S5中，当判断出传感器未全到位时，则继续执行步骤S6；
S6、电位计逻辑转换；
S7、将电位计逻辑信号进行表决；
S8、判断对接时间小于第二设定时间时，则继续执行步骤S9；
S9、将传感器信号进行表决；
S10、判断传感器信号和电位计逻辑信号是否都表决成功：若是，则跳转至所述步骤S13；若否，则跳转至步骤S14；
S14、对接未到位，继续执行步骤S15；
在所述步骤S8中，当判断出对接时间大于所述第二设定时间时，则跳转至步骤S11；
S11、电位计逻辑信号是否表决成功：若是，则跳转至所述步骤S13；若否，则跳转至所述步骤S14。
2.如权利要求1所述的高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，其特征在于，
所述第一设定时间为10分钟。
3.如权利要求1所述的高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，其特征在于，
所述步骤S6中，将所采集到的电位计模拟信号按公式(1)进行逻辑转换；
Zi＝[sign(xin-m+1-Dm-1) and sign(xin-m+2-Dm-2) and……and sign(xin-D0)] (1)
式中，Zi为第i个电位计信号逻辑信号，高电平表示到位，低电平表示未到位；xin-m+1为第i个电位计信号在第1次AD转换值，xin-m+2为第i个电位计信号在第2次AD转换值，xin为第i个电位计信号在第m次AD转换值；Dm-1、Dm-2、……D2、D1、D0为电平阈值，且Dm-1＞Dm-2＞……D2＞D1＞D0＞0；函数sign()为符号函数；
按照公式(1)转换后，得到多个电位计逻辑信号。
4.如权利要求3所述的高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，其特征在于，
所述步骤S7中，将经过逻辑转换所得到的多个电位计逻辑信号进行表决，如下：
Figure FDA0002414721940000021
式中，ο为电位计逻辑信号表决结果，高电平表示到位，低电平表示未到位；it为第t个电位计逻辑信号状态，N为电位计逻辑信号个数，函数INT()为取整函数；函数ε()为阶跃函数。
5.如权利要求1所述的高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，其特征在于，
所述第二设定时间为5分钟。
6.如权利要求1所述的高可靠货运飞船对接机构位置精确识别方法，其特征在于，
所述步骤S9中，将所述传感器信号进行表决，如下：
Figure FDA0002414721940000031
式(3)中，ο'为传感器信号表决结果，高电平表示到位，低电平表示未到位；jt为第t个传感器信号状态，N为传感器信号个数，函数INT()为取整函数；函数ε()为阶跃函数。
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