CN110322675B - 一种无线发射控制系统 - Google Patents

Abstract

一种无线发射控制系统，包括飞行器天线、飞行器无线控制器、地面天线、地面远程控制台、计算机；通过特定的通信传输协议，一方面简化了系统设计，另一方面保证了通信协议的可靠性。此外在系统执行控制指令时，针对不同的指令制定了相应的执行策略，既保证了指令执行的效率，又保障了系统工作的安全可靠性；属于测试发射控制系统。

Description

一种无线发射控制系统

技术领域

本发明涉及一种无线发射控制系统，属于测试发射控制系统。

背景技术

传统火箭通常采用有线测试发射控制系统，通过箭地脱插电缆进行测试指令发送、测试状态接收等。由于火箭与地面设备之间通常有一定距离，且电缆设计时需要采取降额、冗余等可靠性设计措施，导致箭地电缆的尺寸、重量通常较大，给火箭小型化设计及快速测试发射带来的一定困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无线发射控制系统，包括飞行器天线、飞行器无线控制器、地面天线、地面远程控制台、计算机；通过特定的通信传输协议，一方面简化了系统设计，另一方面保证了通信协议的可靠性。此外在系统执行控制指令时，针对不同的指令制定了相应的执行策略，既保证了指令执行的效率，又保障了系统工作的安全可靠性。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种无线发射控制系统，包括飞行器天线、飞行器无线控制器、地面天线、地面远程控制台、计算机；

所述计算机与地面远程控制台交互数据和控制指令；所述地面远程控制台通过地面天线收发无线信号；所述飞行器无线控制器通过飞行器天线收发无线信号，所述飞行器无线控制器向外部飞行器控制设备输出指令并接收外部飞行器控制设备的状态输入作为测试数据；所述地面天线与飞行器天线之间通过无线连接；

地面远程控制台向飞行器无线控制器发送的测试或发射控制指令帧格式的指令位内设置5个固定位置，5个固定位置之间的间隔相等，所述5个固定位置用于填入相同的指令，所述指令包括但不限于加电、断电、测量启动、安保解保、火工品解保、点火；

当地面远程控制台向飞行器无线控制器发送加电指令时，飞行器无线控制器根据指令位内设置5个固定位置提取加电指令，判断加电指令正确个数大于等于4个时，将加电指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台向飞行器无线控制器发送断电指令时，飞行器无线控制器根据指令位内设置5个固定位置提取断电指令，判断断电指令正确个数大于等于4个时，将断电指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台向飞行器无线控制器发送测量启动指令时，飞行器无线控制器根据指令位内设置5个固定位置提取测量启动指令，判断测量启动指令正确个数大于等于3个时，将测量启动指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台向飞行器无线控制器发送安保解保指令时，飞行器无线控制器根据指令位内设置5个固定位置提取安保解保指令，判断安保解保指令正确个数是否大于等于4个；如果安保解保指令正确个数大于等于4个，且飞行器无线控制器收到外部安保解保使能，飞行器无线控制器将安保解保指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台向飞行器无线控制器发送火工品解保指令时，飞行器无线控制器根据指令位内设置5个固定位置提取火工品解保指令，判断火工品解保指令正确个数是否等于5个；如果火工品解保指令正确个数等于5个，且飞行器无线控制器收到外部火工品解保使能，飞行器无线控制器将火工品解保指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台向飞行器无线控制器点火指令时，飞行器无线控制器根据指令位内设置5个固定位置提取点火指令，判断点火指令正确个数是否等于5个；如果点火指令正确个数等于5个，且飞行器无线控制器收到外部点火使能，飞行器无线控制器将点火指令输出给外部飞行器控制设备；然后飞行器无线控制器与飞行器天线之间停止信号传输。

上述无线发射控制系统，所述地面远程控制台包括监控模块、控制命令模块、无线控制模块；所述监控模块同时与控制命令模块和无线控制模块连接；所述无线控制模块具备双频收发功能。

上述无线发射控制系统，所述飞行器无线控制器包括滤波模块、射频收发模块A、射频收发模块B、数据处理模块、接口模块；所述滤波模块同时与射频收发模块A和射频收发模块B连接；射频收发模块A和射频收发模块B同时与数据处理模块连接，数据处理模块与接口模块，接口模块与外部飞行器控制设备连接。射频收发模块A和射频收发模块B的工作频率不同。

上述无线发射控制系统，所述计算机输出测试或发射控制指令给监控模块，监控模块将所述测试或发射控制指令发送给控制命令模块；

根据所述测试或发射控制指令，操作控制命令模块上的按键开关，发出与当前测试或发射控制对应的开关指令并传送到监控模块；监控模块判断控制命令模块发出的开关指令与计算机发出的测试或发射控制指令一致后，向无线控制模块发出开关指令；无线控制模块接收所述开关指令后，将开关指令编帧、调制为无线控制信号，经地面天线发射出去。

上述无线发射控制系统，所述飞行器天线接收到地面天线发射的无线控制信号后输出给滤波模块；滤波模块将无线控制信号滤波后，同时输出给射频收发模块A和射频收发模块B，射频收发模块A和射频收发模块B将无线控制信号解调后输出给数据处理模块，数据处理模块从无线控制信号中提取出开关指令后经接口模块输出给外部飞行器控制设备。

上述无线发射控制系统，所述测试或发射控制指令帧格式内还包括类型、ID、数据、操作编号、校验；所述类型用于指示飞行器无线控制器下发A包数据或B包数据；所述ID用于标示飞行器无线控制器的设备地址编号；所述数据用于填充指令参数；所述操作编号用于标示测试或发射控制指令的序号；所述校验为采用CRC-16计算ID、指令、数据、操作编号所有字节的CRC校验和。

上述无线发射控制系统，当点火以外的指令发出后，飞行器无线控制器根据外部飞行器控制设备的状态输入，将指令结果经述飞行器天线、地面天线、地面远程控制台发送给计算机，如果指令结果为执行失败，计算机自动重发此指令帧，最多重发5次，指令结果仍为执行失败的计算机给出指令失败消息。

上述无线发射控制系统，当点火指令发出后，计算机收不到指令结果信息，则自动重发点火指令最多3次，如仍未收指令结果信息，则计算机判断飞行器已执行点火动作。

上述无线发射控制系统，所述数据处理模块接收到地面传来的测试或发射控制指令时，判断测试或发射控制指令帧格式中的ID号和检验位，删除不符合本地ID信息和校验错误的指令包。

上述无线发射控制系统，当数据处理模块接收到正确的测试或发射控制指令时，将射频收发模块A、射频收发模块B收到的数据分别写入两个控制指令缓冲区内，随后同时置位两个控制事件标志，输出给外部飞行器控制设备执行操作；外部飞行器控制设备执行操作后，数据处理模块清除事件标志。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)本发明通过无线信号完成火箭测试发射控制，取消箭地脱插有线连接，简化了飞行器电缆网和地面测试系统设计；

(2)本发明通过采用冗余、容错、硬件备保、专用通讯协议等设计方法，实现了无线测发控的高可靠性和高安全性；

(3)本发明针对不同的指令，制定了特定的判别和执行策略，一方面保证了指令执行的效率，另一方面保证了系统的安全可靠性；

(4)本发明特别对点火指令设置了额外保护，避免了点火指令发出后的误操作风险；

(5)本发明的指令帧格式具有一定的保密性，同时简化了保密硬件设计，提高了通信的安全性。

附图说明

图1为本发明系统组成示意图；

图2为本发明地面远程控制台组成示意图；

图3为本发明飞行器无线控制器组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

一种无线发射控制系统，包括飞行器天线1、飞行器馈线2、飞行器无线控制器3、地面天线4、地面馈线5、地面远程控制台6、计算机7、数据线8，如图1所示。

所述计算机7经数据线8与地面远程控制台6连接；所述地面远程控制台6经地面馈线5与地面天线4连接；

所述飞行器天线1经飞行器馈线2与飞行器无线控制器3连接；所述飞行器无线控制器3与外部飞行器控制设备连接；

所述地面天线4与飞行器天线1之间通过无线连接。

所述地面远程控制台6包括监控模块10、控制命令模块11、无线控制模块12；所述数据线8与监控模块10连接；所述监控模块10同时与控制命令模块11和无线控制模块12连接；所述无线控制模块12与地面馈线5连接，如图2所示。无线控制模块12具备双频收发功能。

所述飞行器无线控制器3包括滤波模块13、射频收发模块A14、射频收发模块B15、数据处理模块16、接口模块17；所述飞行器馈线2与滤波模块13连接；所述滤波模块13同时与射频收发模块A14和射频收发模块B15连接；射频收发模块A14和射频收发模块B15同时与数据处理模块16连接，数据处理模块16与接口模块17，接口模块17与外部飞行器控制设备连接，如图3所示。射频收发模块A14和射频收发模块B15的工作频率不同。

计算机7通过数据线8与地面远程控制台6交互数据和控制指令；具体的计算机7发出测试或发射控制指令经数据线8以异步串行数据信号形式发送给地面远程控制台6的监控模块10，监控模块10将所述测试或发射控制指令发送给控制命令模块11；

根据所述测试或发射控制指令，操作控制命令模块11上的按键开关，发出与当前测试或发射控制对应的开关指令并传送到监控模块10；监控模块10判断控制命令模块11发出的开关指令与计算机7发出的测试或发射控制指令一致后，向无线控制模块12发出开关指令；无线控制模块12接收所述开关指令后，将开关指令编帧、调制为无线控制信号，依次经地面馈线5和地面天线4发射出去。

飞行器天线1接收到地面天线4发射的无线控制信号后，经飞行器馈线2输出给飞行器无线控制器3的滤波模块13。滤波模块13将无线控制信号滤波后，同时输出给射频收发模块A14和射频收发模块B15，射频收发模块A14和射频收发模块B15将无线控制信号解调后通过SPI总线输出给数据处理模块16，数据处理模块16从无线控制信号中提取出开关指令后经接口模块17输出给外部飞行器控制设备。

测试数据回传时，飞行器无线控制器3的接口模块17接收外部飞行器控制设备发送的测试数据后输出给数据处理模块16；数据处理模块16将测试数据编帧后通过SPI总线同时发送给射频收发模块A14和射频收发模块B15；射频收发模块A14和射频收发模块B15将测试数据调制为无线测试数据后发送给滤波模块13；滤波模块13滤波后的无线测试数据依次通过飞行器馈线2、飞行器天线1经发射出去。

地面天线4接收到所述无线测试数据后经地面馈线5输出给地面远程控制台6的无线控制模块12；无线控制模块12将无线测试数据解调输出给监控模块10，监控模块10将所述无线测试数据通过数据线8以异步串口信号形式发送给计算机7，计算机7对无线测试数进行显示。

地面向飞行器发送的测试或发射控制指令帧格式如表1所示。其中，类型用于指示飞行器无线控制器3下发A包数据还是B包数据。ID为飞行器无线控制器3的设备地址编号，每台飞行器无线控制器3有唯一的ID以确保独立性。指令位内设置5个固定位置，5个固定位置之间的间隔相等，用于填入指令，包括但不限于加电、断电、测量启动、安保解保、火工品解保、点火，指令位内的其他位置填充随机数。数据为指令参数。操作编号用于测试或发射控制指令操控结果处理辨识，某个指令发出时，由地面远程控制台6的控制命令模块11填充一个自动增加的数据，当收到相同操作编号的指令回应时，表明该操作编号的无线测试数据是对该操作编号的指令的执行结果。采用CRC-16计算从ID字节到操作编号所有字节的CRC校验和。

当地面向飞行器发送加电指令时，飞行器无线控制器3的数据处理模块16根据指令位内设置5个固定位置提取加电指令，判断加电指令正确个数大于等于4个时，数据处理模块16将加电指令经接口模块17输出给外部飞行器控制设备；然后飞行器无线控制器3接收外部飞行器控制设备发送的测试数据输出给地面。

当地面向飞行器发送断电指令时，飞行器无线控制器3的数据处理模块16根据指令位内设置5个固定位置提取断电指令，判断断电指令正确个数大于等于4个时，数据处理模块16将断电指令经接口模块17输出给外部飞行器控制设备；然后飞行器无线控制器3接收外部飞行器控制设备发送的测试数据输出给地面。

当地面向飞行器发送测量启动指令时，飞行器无线控制器3的数据处理模块16根据指令位内设置5个固定位置提取测量启动指令，判断测量启动指令正确个数大于等于3个时，数据处理模块16将测量启动指令经接口模块17输出给外部飞行器控制设备；然后飞行器无线控制器3接收外部飞行器控制设备发送的测试数据输出给地面。

当地面向飞行器发送安保解保指令时，飞行器无线控制器3的数据处理模块16根据指令位内设置5个固定位置提取安保解保指令，判断安保解保指令正确个数是否大于等于4个；如果安保解保指令正确个数大于等于4个，且数据处理模块16收到外部安保解保使能，数据处理模块16将安保解保指令经接口模块17输出给外部飞行器控制设备；然后飞行器无线控制器3接收外部飞行器控制设备发送的测试数据输出给地面。

当地面向飞行器发送火工品解保指令时，飞行器无线控制器3的数据处理模块16根据指令位内设置5个固定位置提取火工品解保指令，判断火工品解保指令正确个数是否等于5个；如果火工品解保指令正确个数等于5个，且数据处理模块16收到外部火工品解保使能，数据处理模块16将火工品解保指令经接口模块17输出给外部飞行器控制设备；然后飞行器无线控制器3接收外部飞行器控制设备发送的测试数据输出给地面。

当地面向飞行器发送点火指令时，飞行器无线控制器3的数据处理模块16根据指令位内设置5个固定位置提取点火指令，判断点火指令正确个数是否等于5个；如果点火指令正确个数等于5个，且数据处理模块16收到外部点火使能，数据处理模块16将点火指令经接口模块17输出给外部飞行器控制设备；然后飞行器无线控制器3的数据处理模块16控制射频收发模块A14和射频收发模块B15不再收发无线信号，保证飞行器无线控制器3在飞行过程中不会产生误动作。

当点火以外的指令发出后，飞行器无线控制器3根据外部飞行器控制设备的状态输入，将指令结果发送给计算机7，如果指令结果为执行失败，计算机7自动重发此指令帧，最多重发5次，指令结果仍为执行失败的计算机7给出指令失败消息。

当点火指令发出后，计算机7收不到指令结果信息，则自动重发点火指令最多3次，如仍未收指令结果信息，则计算机7判断飞行器已执行点火动作。

当某一地面远程控制台6与某一飞行器无线控制器3建立通信后，该地面远程控制台6的无线控制模块12，与，该飞行器无线控制器3的射频收发模块A14和射频收发模块B15工作在同一频率。该飞行器无线控制器3的射频收发模块A14和射频收发模块B15不再响应其他地面远程控制台6的测试或发射控制指令。

表1

帧头

长度

类型

ID

指令

数据

操作编号

校验

4字节

2字节

1字节

2字节

50字节

N字节

2字节

2字节

飞行器向地面发送的无线测试数据帧格式如表2、表3所示。其中，CH1、CH2分别表示通信波道，CH1功率、CH2功率表示该通道发射功率。指令结果表示测试或发射控制指令的执行情况，包括收到指令、执行中、执行成功和执行失败等状态。采用CRC-16计算从ID字节到指令结果所有字节的CRC校验和。

表2

帧头

长度

类型

ID

指令

数据

操作编号

参数

校验

表3

飞行器无线控制器3的射频收发模块A14、射频收发模块B15分别独立实现各自通道的数据收发，数据处理模块16接收到地面传来的测试或发射控制指令时，判断测试或发射控制指令帧格式中的ID号和检验位，过滤不符合本地ID信息以及校验错误的指令包。当数据处理模块16接收到正确的测试或发射控制指令时，将射频收发模块A14、射频收发模块B15收到的数据分别写入两个控制指令缓冲区内，随后同时置位两个控制事件标志，输出给外部飞行器控制设备执行操作。外部飞行器控制设备执行操作后，数据处理模块16清除事件标志，防止重复执行。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种无线发射控制系统，其特征在于，包括飞行器天线(1)、飞行器无线控制器(3)、地面天线(4)、地面远程控制台(6)、计算机(7)；

所述计算机(7)与地面远程控制台(6)交互数据和控制指令；所述地面远程控制台(6)通过地面天线(4)收发无线信号；所述飞行器无线控制器(3)通过飞行器天线(1)收发无线信号，所述飞行器无线控制器(3)向外部飞行器控制设备输出指令并接收外部飞行器控制设备的状态输入作为测试数据；所述地面天线(4)与飞行器天线(1)之间通过无线连接；

地面远程控制台(6)向飞行器无线控制器(3)发送的测试或发射控制指令帧格式的指令位内设置5个固定位置，5个固定位置之间的间隔相等，所述5个固定位置用于填入相同的指令，所述指令包括加电、断电、测量启动、安保解保、火工品解保、点火；

当地面远程控制台(6)向飞行器无线控制器(3)发送加电指令时，飞行器无线控制器(3)根据指令位内设置5个固定位置提取加电指令，判断加电指令正确个数大于等于4个时，将加电指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台(6)向飞行器无线控制器(3)发送断电指令时，飞行器无线控制器(3)根据指令位内设置5个固定位置提取断电指令，判断断电指令正确个数大于等于4个时，将断电指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台(6)向飞行器无线控制器(3)发送测量启动指令时，飞行器无线控制器(3)根据指令位内设置5个固定位置提取测量启动指令，判断测量启动指令正确个数大于等于3个时，将测量启动指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台(6)向飞行器无线控制器(3)发送安保解保指令时，飞行器无线控制器(3)根据指令位内设置5个固定位置提取安保解保指令，判断安保解保指令正确个数是否大于等于4个；如果安保解保指令正确个数大于等于4个，且飞行器无线控制器(3)收到外部安保解保使能，飞行器无线控制器(3)将安保解保指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台(6)向飞行器无线控制器(3)发送火工品解保指令时，飞行器无线控制器(3)根据指令位内设置5个固定位置提取火工品解保指令，判断火工品解保指令正确个数是否等于5个；如果火工品解保指令正确个数等于5个，且飞行器无线控制器(3)收到外部火工品解保使能，飞行器无线控制器(3)将火工品解保指令输出给外部飞行器控制设备；

当地面远程控制台(6)向飞行器无线控制器(3)发送点火指令时，飞行器无线控制器(3)根据指令位内设置5个固定位置提取点火指令，判断点火指令正确个数是否等于5个；如果点火指令正确个数等于5个，且飞行器无线控制器(3)收到外部点火使能，飞行器无线控制器(3)将点火指令输出给外部飞行器控制设备；然后飞行器无线控制器(3)与飞行器天线(1)之间停止信号传输。

2.根据权利要求1所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，所述地面远程控制台(6)包括监控模块(10)、控制命令模块(11)、无线控制模块(12)；所述监控模块(10)同时与控制命令模块(11)和无线控制模块(12)连接；所述无线控制模块(12)具备双频收发功能。

3.根据权利要求1所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，所述飞行器无线控制器(3)包括滤波模块(13)、射频收发模块A(14)、射频收发模块B(15)、数据处理模块(16)、接口模块(17)；所述滤波模块(13)同时与射频收发模块A(14)和射频收发模块B(15)连接；射频收发模块A(14)和射频收发模块B(15)同时与数据处理模块(16)连接，数据处理模块(16)与接口模块(17)，接口模块(17)与外部飞行器控制设备连接；射频收发模块A(14)和射频收发模块B(15)的工作频率不同。

4.根据权利要求2所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，所述计算机(7)输出测试或发射控制指令给监控模块(10)，监控模块(10)将所述测试或发射控制指令发送给控制命令模块(11)；

根据所述测试或发射控制指令，操作控制命令模块(11)上的按键开关，发出与当前测试或发射控制对应的开关指令并传送到监控模块(10)；监控模块(10)判断控制命令模块(11)发出的开关指令与计算机(7)发出的测试或发射控制指令一致后，向无线控制模块(12)发出开关指令；无线控制模块(12)接收所述开关指令后，将开关指令编帧、调制为无线控制信号，经地面天线(4)发射出去。

5.根据权利要求3所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，所述飞行器天线(1)接收到地面天线(4)发射的无线控制信号后输出给滤波模块(13)；滤波模块(13)将无线控制信号滤波后，同时输出给射频收发模块A(14)和射频收发模块B(15)，射频收发模块A(14)和射频收发模块B(15)将无线控制信号解调后输出给数据处理模块(16)，数据处理模块(16)从无线控制信号中提取出开关指令后经接口模块(17)输出给外部飞行器控制设备。

6.根据权利要求1所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，所述测试或发射控制指令帧格式内还包括类型、ID、数据、操作编号、校验；所述类型用于指示飞行器无线控制器(3)下发A包数据或B包数据；所述ID用于标示飞行器无线控制器(3)的设备地址编号；所述数据用于填充指令参数；所述操作编号用于标示测试或发射控制指令的序号；所述校验为采用CRC-16计算ID、指令、数据、操作编号所有字节的CRC校验和。

7.根据权利要求1所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，当点火以外的指令发出后，飞行器无线控制器(3)根据外部飞行器控制设备的状态输入，将指令结果经所述飞行器天线(1)、地面天线(4)、地面远程控制台(6)发送给计算机(7)，如果指令结果为执行失败，计算机(7)自动重发此指令帧，最多重发5次，指令结果仍为执行失败的计算机(7)给出指令失败消息。

8.根据权利要求1所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，当点火指令发出后，计算机(7)收不到指令结果信息，则自动重发点火指令最多3次，如仍未收指令结果信息，则计算机(7)判断飞行器已执行点火动作。

9.根据权利要求3所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，所述数据处理模块(16)接收到地面传来的测试或发射控制指令时，判断测试或发射控制指令帧格式中的ID号和检验位，删除不符合本地ID信息和校验错误的指令包。

10.根据权利要求3所述的一种无线发射控制系统，其特征在于，当数据处理模块(16)接收到正确的测试或发射控制指令时，将射频收发模块A(14)、射频收发模块B(15)收到的数据分别写入两个控制指令缓冲区内，随后同时置位两个控制事件标志，输出给外部飞行器控制设备执行操作；外部飞行器控制设备执行操作后，数据处理模块(16)清除事件标志。

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