CN110901960B - 一种返回舱复杂回收着陆控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种返回舱复杂回收着陆控制系统，包括回收着陆控制模块、静压高度传感器模块、着陆敏感器模块、闪光标位器模块、着陆缓冲气囊模块、降落伞系统模块，针对传统回收控制系统设计中遇到的控制精度差、响应慢、适应性低和严重依赖装配人员经验的问题，为满足保证航天器着陆回收过程的控制精度、响应速度和可靠性，通过设定精确的开伞策略及充气、排气策略满足了多传感器复杂回收过程控制的需求，结构稳定，实施可靠性高。
Description
技术领域
本发明涉及一种返回舱复杂回收着陆控制系统，属于着陆回收控制领域。
背景技术
回收着陆过程是返回式航天器任务实施中重要的环节之一。当返回舱沿弹道飞行进入大气层并下降至距地面一定高度进入回收任务段后，飞船返回舱上的回收着陆系统需要完成返回舱的减速、着陆缓冲和标位，确保飞船返回舱安全顺利着陆并完成回收任务。
以往类似这样的航天器回收着陆任务，回收控制系统通常采用纯硬件延时继电器或采用单片机单线程定时控制的设计方式。纯硬件延时继电器设计能够保证较高的控制响应速度，并且可靠性较高，但严重依赖于地面操作装配人员的调装经验，且无法根据环境动态调整控制策略，处理异常状态的能力较差。以单线程定时控制的设计能够通过判断高度控制器的来调整回收控制策略，但处理多状态并发时控制精度较差，难以满足多通道着陆敏感器采样滤波处理，不能实现多气囊主动排气控制，且对开伞策略及气囊充气、排气策略控制较为简单，无法适应复杂的着陆空间环境。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统回收控制系统设计中遇到的控制精度差、响应慢、适应性低和严重依赖装配人员经验的问题，提出了一种返回舱复杂回收着陆控制系统。
本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
一种返回舱复杂回收着陆控制系统，包括回收着陆控制模块、静压高度传感器模块、着陆敏感器模块、闪光标位器模块、着陆缓冲气囊模块、降落伞系统模块，其中：
静压高度传感器模块：获取返回舱外大气压力变化情况，并判断返回舱所处高度，当返回舱所处高度为指定高度时，向回收着陆控制模块发送高度到达开关信号及高度模拟量采样信号；
着陆敏感器模块：测量返回舱着陆时过载情况，将各个方向返回舱着陆触地瞬间产生的过载数字信号进行滤波放大处理后发送至回收着陆控制模块；
闪光标位器模块：接收回收着陆控制模块发送的电信号使闪光标位器发光指示位置，于夜间返回舱搜索提供位置信息；
回收着陆控制模块：对各类高度传感器进行故障检测，并根据各类高度传感器发送的高度到达开关信号进行采样并生成开伞信号，并将开伞信号发送至降落伞系统模块，同时于生成开伞信号时刻对高度模拟量采样信号进行判断，当高度模拟量信号满足气囊充气高度判断条件时获取气囊充气指令并发送至着陆缓气囊冲模块，并判断滤波放大处理后过载数字信号是否达到着陆阈值，若达到着陆阈值，则生成气囊排气指令，同时向闪光标位器模块发送电信号，否则对过载数字信号持续进行判断；
着陆缓冲气囊模块：根据气囊充气指令及气囊排气指令控制气囊进行充气或排气；
降落伞系统模块：根据开伞信号进行开伞辅助着陆。
所述静压高度传感器模块包括A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器，A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器均持续向回收着陆控制模块发送高度到达开关信号，其中，所述A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器分别于高度H1至完全着陆过程中、高度H2至完全着陆过程中、高度H3处至完全着陆过程中持续向回收着陆控制模块发送低电平高度到达开关信号，当所述A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器未到达高度H1、高度H2、高度H3时，分别持续向回收着陆控制模块发送高电平高度到达开关信号。
所述对各类高度传感器进行故障检测的方法具体为：若返回舱处于未达到预设高度的位置，该信号为高电平信号，则发送该信号的一类高度传感器正常运行，否则该类传感器故障，对该类传感器后续发送的信号不进行处理。
对各类高度传感器发送的高度到达开关信号进行采样的方法具体为：接收A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器发送的高度到达开关信号时，间隔T时刻连续n次读取电平信号，仅当n次信号完全相同时认为信号有效。
所述静压高度传感器模块还包括D类传感器，所述D类传感器于H4高度处向回收着陆控制模块持续发送高度模拟量信号，其中D类传感器数量为N个，当三分之二N个D类传感器发送的高度模拟量信号满足气囊充气高度判断条件时，对所有气囊进行充气，其中，气囊充气高度判断条件具体为：达到高度H4或强制充气时刻T2时进行气囊强制充气。
所述着陆敏感器模块包括3个着陆敏感器，着陆敏感器的三轴指向与返回舱飞船机械坐标系指向相同，每个着陆敏感器上均可以对以返回舱底面的几何中心为原点的返回舱坐标系的三个方向进行过载测量并获取三个过载模拟量信号。
所述回收着陆控制模块包括FPGA控制处理单元、电平转换芯片单元、A/D转换芯片单元、隔离电路单元、时钟单元、存储单元、配置接口单元，其中：
FPGA控制处理单元：根据A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器故障检测情况及着陆过程中可能出现的故障情况对接收的高度到达开关信号进行处理，具体处理方法如下：
若A类高度传感器故障，B类高度传感器正常，则当B类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器故障，B类高度传感器故障，C类高度传感器正常，则当C类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器均故障，则于上电时刻至指定时刻T1处直接生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器正常，则当B类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器、C类高度传感器均故障，则于上电时刻至指定时刻T1处直接生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器故障，C类高度传感器正常，则当C类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
同时将高度模拟量信号转换为数字量信号并进行滤波处理，通过滤波处理后数字量信号判断当前返回舱高度是否到达气囊充气高度，若到达气囊充气高度，则向着陆缓气囊冲模块发送气囊充气指令，否则由获取高度模拟量信号时刻开始计时，若指定时间内获取的三分之二路高度模拟量信号处理后所得数字量信号均未达到气囊充气高度，则立刻向着陆缓气囊冲模块发送气囊充气指令；
根据着陆敏感器模块发送的所有过载模拟量信号进行采样滤波，对所有着陆敏感器所得滤波处理后所得数字量信号进行判断，若该着陆敏感器满足着陆阈值判断条件，且着陆敏感器模块满足着陆判断条件，则生成气囊排气指令，同时向闪光标位器模块发送电信号，否则对滤波处理后所得数字量信号持续进行判断；
电平转换芯片单元：对FPGA控制处理单元输入输出的信号进行电平转换；
A/D转换芯片单元：对模拟量信号进行采样及数字量转换；
隔离电路单元：对所有输入信号利用光电耦合器进行隔离；
时钟单元：为FPGA系统提供基本的时钟信号；
存储单元：存储FPGA控制程序；
配置接口单元：配置对外程序接口。
所述上电时刻为：返回舱距地面40km±2km范围内时，对所有模块进行加电，所述指定时刻T1距离上电时刻时间间隔为500s±10s。
所述着陆阈值包括阈值a(4g±0.2g)、阈值b(3g±0.2g)、阈值c(2.5g±0.2g)、阈值d(3g±0.2g)、阈值e(-2.5g±0.2g)。
所述着陆阈值判断条件具体为：
(1)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于阈值a时，该着陆敏感器着陆；
(2)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值b，且该着陆敏感器X向或Y向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值c时，该着陆敏感器着陆；
(3)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值d，且该着陆敏感器X向或Y向过载模拟量信号处理所得数字量信号小于等于阈值e时，该着陆敏感器着陆。
所述着陆判断条件具体为：当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器中有两个着陆敏感器判断着陆，则此时返回舱着陆。
所述回收着陆控制模块生成气囊排气指令的具体方法如下：
当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器均判断着陆时，回收着陆控制模块向着陆缓冲气囊模块中的所有气囊发送气囊排气指令；
当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器中存在任意两个着陆敏感器判断着陆时，回收着陆控制模块向未判断着陆的着陆敏感器对应的所有气囊发送气囊排气指令，并于1×10-2s后向其余气囊发送气囊排气指令。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提供的一种返回舱复杂回收着陆控制系统，通过设置复杂的开伞策略及气囊充气、排气策略控制，能够进行多类高度传感器高可靠识别开伞控制，能够适应多变的着陆空间环境，能够通过设定开伞判断条件及充气判断条件避免在着陆过程中因为传感器或充气气囊的突然损坏带来的意外情况，同时采用多任务并行处理与调度，实时响应模拟量变化的同时对多个缓冲气囊排气差异性分时精确控制，能够使航天器在着陆时具备一定的防侧翻、倾覆能力，保证航天器平稳着陆；
(2)本发明通过着陆前的故障检测方法能及时隔离故障传感器，多备份高度传感器多次确认保证了开伞高度的准确性，提高了航天器返回着陆的可靠安全性，解决多传感器复杂回收过程控制的需求。
附图说明
图1为发明提供的着陆回收控制系统示意图；
图2为发明提供的高度传感器着陆高度与时间对应图；
图3为发明提供的FPGA控制处理模块示意图；
图4为发明提供的着陆敏感器及气囊分布图；
具体实施方式
一种返回舱复杂回收着陆控制系统，克服了传统回收着陆任务中采用的纯硬件延时继电器或采用单片机单线程定时控制的设计方式容易出现的无法根据环境动态调整控制策略、处理异常状态的能力较差的困难，如图1所示，包括回收着陆控制模块、静压高度传感器模块、着陆敏感器模块、闪光标位器模块、着陆缓冲气囊模块、降落伞系统模块，各模块的具体分工如下：
静压高度传感器模块：获取返回舱外大气压力变化情况，并判断返回舱所处高度，当返回舱所处高度为指定高度时，向回收着陆控制模块发送高度到达开关信号及高度模拟量采样信号，其中：
如图2所示，静压高度传感器模块包括A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器，A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器均持续向回收着陆控制模块发送高度到达开关信号，其中，所述A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器分别于高度H1至完全着陆过程中、高度H2至完全着陆过程中、高度H3处至完全着陆过程中持续向回收着陆控制模块发送低电平高度到达开关信号，当所述A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器未到达高度H1、高度H2、高度H3时，分别持续向回收着陆控制模块发送高电平高度到达开关信号；
静压高度传感器模块还包括D类传感器，所述D类传感器于H4高度处向回收着陆控制模块持续发送高度模拟量信号，其中D类传感器数量为N个，当三分之二N个D类传感器发送的高度模拟量信号满足气囊充气高度判断条件时，对所有气囊进行充气，其中，气囊充气高度判断条件具体为：达到高度H4或强制充气时刻T2时进行气囊强制充气；
着陆敏感器模块：测量返回舱着陆时过载情况，将各个方向返回舱着陆触地瞬间产生的过载数字信号进行滤波放大处理后发送至回收着陆控制模块，其中：
着陆敏感器模块包括3个着陆敏感器，每个着陆敏感器的X、Y、Z轴分别与返回舱的X、Y、Z轴平行，返回舱OX轴与飞船机械坐标系OX轴平行；返回舱OY轴与飞船机械坐标系OY轴平行；返回舱OZ轴与飞船机械坐标系OZ轴平行。每个着陆敏感器上均可以对以返回舱底面连接的交界面的几何中心为原点的返回舱坐标系的三个方向进行过载测量并获取三个过载模拟量信号；
闪光标位器模块：接收回收着陆控制模块发送的电信号使闪光标位器发光指示位置，于夜间返回舱搜索提供位置信息；
回收着陆控制模块：对各类高度传感器进行故障检测，并根据各类高度传感器发送的高度到达开关信号进行采样并生成开伞信号，并将开伞信号发送至降落伞系统模块，同时于生成开伞信号时刻对高度模拟量采样信号进行判断，当高度模拟量信号满足气囊充气高度判断条件时获取气囊充气指令并发送至着陆缓气囊冲模块，并判断滤波放大处理后过载数字信号是否达到着陆阈值，若达到着陆阈值，则生成气囊排气指令，同时向闪光标位器模块发送电信号，否则对过载数字信号持续进行判断，其中：
回收着陆控制模块包括FPGA控制处理单元、电平转换芯片单元、A/D转换芯片单元、隔离电路单元、时钟单元、存储单元、配置接口单元，其中：
FPGA控制处理单元：如图3所示，根据A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器故障检测情况及着陆过程中可能出现的故障情况对接收的高度到达开关信号进行处理，具体处理方法如下：
若A类高度传感器故障，B类高度传感器正常，则当B类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器故障，B类高度传感器故障，C类高度传感器正常，则当C类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器均故障，则于上电时刻至指定时刻T1处直接生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器正常，则当B类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器、C类高度传感器均故障，则于上电时刻至指定时刻T1处直接生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器故障，C类高度传感器正常，则当C类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
同时将高度模拟量信号转换为数字量信号并进行滤波处理，通过滤波处理后数字量信号判断当前返回舱高度是否到达气囊充气高度，若到达气囊充气高度，则向着陆缓气囊冲模块发送气囊充气指令，否则由获取高度模拟量信号时刻开始计时，若指定时间内获取的三分之二路高度模拟量信号处理后所得数字量信号均未达到气囊充气高度，则立刻向着陆缓气囊冲模块发送气囊充气指令；
根据着陆敏感器模块发送的9路过载模拟量信号进行采样滤波，对所有着陆敏感器所得滤波处理后所得数字量信号进行判断，若该着陆敏感器满足着陆阈值判断条件，且着陆敏感器模块满足着陆判断条件，则生成气囊排气指令，同时向闪光标位器模块发送电信号，否则对滤波处理后所得数字量信号持续进行判断；
电平转换芯片单元：对FPGA控制处理单元输入输出的信号进行电平转换，FPGA信号处理须采用统一的信号电平，电平转换芯片单元采用电平转换芯片B54ACS164245，对FPGA输入输出的信号实现+5V到+3.3V的电平转换；
A/D转换芯片单元：对模拟量信号进行采样及数字量转换，A/D采样芯片采用TLC2543，是12位开关电容逐次逼近式A/D转换器；
隔离电路单元：为了提高信号的抗干扰能力，对所有输入信号利用光电耦合器进行隔离，所有输入信号都采用光电耦合器GH332进行隔离；
时钟单元：为FPGA系统提供基本的时钟信号，采用一片80MHz抗辐照晶振作为FPGA的外部时钟。
存储单元：存储FPGA程序，存储芯片采用XQR17V16PROM；
配置接口单元：配置对外程序接口；
上电时刻为：返回舱距地面40km±2km范围内时，对所有模块进行加电，所述指定时刻T1距离上电时刻时间间隔为500s±10s，着陆阈值包括阈值a(4g±0.2g)、阈值b(3g±0.2g)、阈值c(2.5g±0.2g)、阈值d(3g±0.2g)、阈值e(-2.5g±0.2g)；
着陆阈值判断条件具体为：
(1)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于阈值a时，该着陆敏感器着陆；
(2)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值b，且该着陆敏感器X向或Y向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值c时，该着陆敏感器着陆；
(3)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值d，且该着陆敏感器X向或Y向过载模拟量信号处理所得数字量信号小于等于阈值e时，该着陆敏感器着陆；
着陆判断条件具体为：当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器中有两个着陆敏感器判断着陆，则此时返回舱着陆；
着陆缓冲气囊模块：根据气囊充气指令及气囊排气指令控制气囊进行充气或排气，其中：
回收着陆控制模块生成气囊排气指令的具体方法如下：
当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器均判断着陆时，回收着陆控制模块向着陆缓冲气囊模块中的所有气囊发送气囊排气指令；
当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器中存在任意两个着陆敏感器判断着陆时，回收着陆控制模块向未判断着陆的着陆敏感器对应的所有气囊发送气囊排气指令，并于1×10-2s后向其余气囊发送气囊排气指令；
降落伞系统模块：根据开伞信号进行开伞辅助着陆。
对各类高度传感器进行故障检测的方法具体为：若返回舱处于未达到预设高度的位置，该信号为高电平信号，则发送该信号的一类高度传感器正常运行，否则该类传感器故障，对该类传感器后续发送的信号不进行处理。
对各类高度传感器发送的高度到达开关信号进行采样的方法具体为：接收A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器发送的高度到达开关信号时，间隔T时刻连续n次读取电平信号，仅当n次信号完全相同时认为信号有效。
下面结合具体实施例进行进一步说明：
在实施例1中，各类高度传感器预设的开关信号为：A类高度传感器在到达H1＝10Km时持续发出低电平信号、B类高度传感器在到达H2＝8Km时持续发出低电平信号、C类高度传感器在到达H3＝6Km时持续发出低电平信号，D类高度传感器(在开伞之后工作)在H4＝2.5km时持续发送模拟量信号。返回舱在40km高度时系统上电，程序开始计时t＝0，回收着陆控制模块首先分别对各类高度传感器进行故障检测，判断其输出信号是否为高电平，对开关信号采样方法为：间隔T＝20ms分别对给类高度传感器的开关信号进行采样，连续n＝5次读取的电平信号完全相同时认为信号有效，正常情况下上电时刻各类高度传感器都未到达指定高度，所以A、B、C三类高度传感器输出的电平信号都为高电平。检测完成后各类高度传感器均正常，则在T1＝500s的时间内依次读取到A类高度传感器和B类高度传感器的低电平信号，信号检测方法同前：间隔T＝20ms分别对给类高度传感器的开关信号进行采样，连续n＝5次读取的电平信号都为低电平即认为高度到达预设值，在B类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块。持续监测D类高度传感器的N＝3个传感器的3路高度模拟量信号，进行3路高度模拟量采样时，为了降低毛刺的干扰，对每一路的高度模拟量采样10次，采样周期为10ms，采样10次后，每一路去掉最大值和最小值后取平均，判断平均值是否大于等于0x100111010101(3.073V)，如果满足该条件，即认为该路高度到达2.5KM(H4＝2.5km)，当3路中的任意两路高度到达2.5KM，即确认返回舱到达2.5KM高度，满足气囊充气高度判断条件，对所有气囊强制充气。同时向闪光标位器模块发送电信号，使闪光标位器发光指示位置。如图4所示，为着陆敏感器及气囊分布位置，根据三个着陆敏感器模块发送的9路过载模拟量信号进行采样滤波，对所有着陆敏感器所得滤波处理后所得数字量信号进行判断，其中三个着陆敏感器同时满足：当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于阈值a＝4g，即判断返回舱着陆，回收着陆控制模块向着陆缓冲气囊模块中的所有气囊发送气囊排气指令。使得返回舱安全着陆。
在实施例2中，各类高度传感器预设的开关信号为：A类高度传感器在到达H1＝10Km时持续发出低电平信号、B类高度传感器在到达H2＝8Km时持续发出低电平信号、C类高度传感器在到达H3＝6Km时持续发出低电平信号，D类高度传感器(在开伞之后工作)在H4＝2.5km时持续发送模拟量信号。返回舱在40km高度时系统上电，程序开始计时t＝0，回收着陆控制模块首先分别对各类高度传感器进行故障检测，判断其输出信号是否为高电平，对开关信号采样方法为：间隔T＝20ms分别对给类高度传感器的开关信号进行采样，连续n＝5次读取的电平信号完全相同时认为信号有效，正常情况下上电时刻各类高度传感器都未到达指定高度，所以A、B、C三类高度传感器输出的电平信号都为高电平，如果检测到B类高度传感器故障，则监测A和C类高度传感器，在T1＝500s的时间内依次读取到A类高度传感器和C类高度传感器的低电平信号，信号检测方法同前：间隔T＝20ms分别对给类高度传感器的开关信号进行采样，连续n＝5次读取的电平信号都为低电平即认为高度到达预设值，在C类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块。持续监测D类高度传感器的N＝3个传感器的3路高度模拟量信号，进行3路高度模拟量采样时，为了降低毛刺的干扰，对每一路的高度模拟量采样10次，采样周期为10ms，采样10次后，每一路去掉最大值和最小值后取平均，判断平均值是否大于等于0x100111010101(3.073V)，如果满足该条件，即认为该路高度到达2.5KM(H4＝2.5km)，当3路中的任意两路高度到达2.5KM，即确认返回舱到达2.5KM高度，满足气囊充气高度判断条件，对所有气囊强制充气。同时向闪光标位器模块发送电信号，使闪光标位器发光指示位置。根据着陆敏感器模块发送的9路过载模拟量信号进行采样滤波，对所有着陆敏感器所得滤波处理后所得数字量信号进行判断，其中一个着陆敏感器满足：着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于阈值a＝4g，即判断该着陆敏感器着陆；另一台着陆敏感器满足：着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值b＝3g，且该着陆敏感器X向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值c＝2.5g时，即判断该着陆敏感器着陆；最后一台着陆敏感器没有满足着陆阈值判断条件，当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器中存在任意两个着陆敏感器判断着陆时，回收着陆控制模块向未判断着陆的着陆敏感器对应的所有气囊发送气囊排气指令，并于10ms后向其余气囊发送气囊排气指令。使得返回舱安全着陆。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (2)
1.一种返回舱复杂回收着陆控制系统，其特征在于：包括回收着陆控制模块、静压高度传感器模块、着陆敏感器模块、闪光标位器模块、着陆缓冲气囊模块、降落伞系统模块，其中：
静压高度传感器模块：获取返回舱外大气压力变化情况，并判断返回舱所处高度，当返回舱所处高度为指定高度时，向回收着陆控制模块发送高度到达开关信号及高度模拟量采样信号；
其中，静压高度传感器模块包括A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器，A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器均持续向回收着陆控制模块发送高度到达开关信号，其中，所述A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器分别于高度H1至完全着陆过程中、高度H2至完全着陆过程中、高度H3处至完全着陆过程中持续向回收着陆控制模块发送低电平高度到达开关信号，当所述A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器未到达高度H1、高度H2、高度H3时，分别持续向回收着陆控制模块发送高电平高度到达开关信号；
对各类高度传感器进行故障检测的方法具体为：若返回舱处于未达到预设高度的位置，该信号为高电平信号，则发送该信号的一类高度传感器正常运行，否则该类传感器故障，对该类传感器后续发送的信号不进行处理；
对各类高度传感器发送的高度到达开关信号进行采样的方法具体为：接收A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器发送的高度到达开关信号时，间隔T时刻连续n次读取电平信号，仅当n次信号完全相同时认为信号有效；
静压高度传感器模块还包括D类传感器，所述D类传感器于H4高度处向回收着陆控制模块持续发送高度模拟量信号，其中D类传感器数量为N个，当三分之二N个D类传感器发送的高度模拟量信号满足气囊充气高度判断条件时，对所有气囊进行充气，其中，气囊充气高度判断条件具体为：达到高度H4或强制充气时刻T2时进行气囊强制充气；
着陆敏感器模块：测量返回舱着陆时过载情况，将各个方向返回舱着陆触地瞬间产生的过载数字信号进行滤波放大处理后发送至回收着陆控制模块；
着陆敏感器模块包括3个着陆敏感器，着陆敏感器的三轴指向与返回舱飞船机械坐标系指向相同，每个着陆敏感器上均可以对以返回舱底面的几何中心为原点的返回舱坐标系的三个方向进行过载测量并获取三个过载模拟量信号；
闪光标位器模块：接收回收着陆控制模块发送的电信号使闪光标位器发光指示位置，于夜间返回舱搜索提供位置信息；
回收着陆控制模块：对各类高度传感器进行故障检测，并根据各类高度传感器发送的高度到达开关信号进行采样并生成开伞信号，并将开伞信号发送至降落伞系统模块，同时于生成开伞信号时刻对高度模拟量采样信号进行判断，当高度模拟量信号满足气囊充气高度判断条件时获取气囊充气指令并发送至着陆缓气囊冲模块，并判断滤波放大处理后过载数字信号是否达到着陆阈值，若达到着陆阈值，则生成气囊排气指令，同时向闪光标位器模块发送电信号，否则对过载数字信号持续进行判断；
其中，回收着陆控制模块包括FPGA控制处理单元、电平转换芯片单元、A/D转换芯片单元、隔离电路单元、时钟单元、存储单元、配置接口单元，其中：
FPGA控制处理单元：根据A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器故障检测情况及着陆过程中可能出现的故障情况对接收的高度到达开关信号进行处理，具体处理方法如下：
若A类高度传感器故障，B类高度传感器正常，则当B类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器故障，B类高度传感器故障，C类高度传感器正常，则当C类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器、B类高度传感器、C类高度传感器均故障，则于上电时刻至指定时刻T1处直接生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器正常，则当B类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器、C类高度传感器均故障，则于上电时刻至指定时刻T1处直接生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
若A类高度传感器正常，B类高度传感器故障，C类高度传感器正常，则当C类高度传感器发送低电平高度到达开关信号时生成开伞信号并发送至降落伞系统模块；
同时将高度模拟量信号转换为数字量信号并进行滤波处理，通过滤波处理后数字量信号判断当前返回舱高度是否到达气囊充气高度，若到达气囊充气高度，则向着陆缓气囊冲模块发送气囊充气指令，否则由获取高度模拟量信号时刻开始计时，若指定时间内获取的三分之二路高度模拟量信号处理后所得数字量信号均未达到气囊充气高度，则立刻向着陆缓气囊冲模块发送气囊充气指令；
根据着陆敏感器模块发送的所有过载模拟量信号进行采样滤波，对所有着陆敏感器所得滤波处理后所得数字量信号进行判断，若该着陆敏感器满足着陆阈值判断条件，且着陆敏感器模块满足着陆判断条件，则生成气囊排气指令，同时向闪光标位器模块发送电信号，否则对滤波处理后所得数字量信号持续进行判断；
电平转换芯片单元：对FPGA控制处理单元输入输出的信号进行电平转换；
A/D转换芯片单元：对模拟量信号进行采样及数字量转换；
隔离电路单元：对所有输入信号利用光电耦合器进行隔离；
时钟单元：为FPGA系统提供基本的时钟信号；
存储单元：存储FPGA控制程序；
配置接口单元：配置对外程序接口；
上电时刻为：返回舱距地面40km±2km范围内时，对所有模块进行加电，所述指定时刻T1距离上电时刻时间间隔为500s±10s；
着陆缓冲气囊模块：根据气囊充气指令及气囊排气指令控制气囊进行充气或排气；
降落伞系统模块：根据开伞信号进行开伞辅助着陆。
2.根据权利要求1所述的一种返回舱复杂回收着陆控制系统，其特征在于：所述着陆阈值判断条件具体为：
(1)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于阈值a时，该着陆敏感器着陆；
(2)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值b，且该着陆敏感器X向或Y向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值c时，该着陆敏感器着陆；
(3)当着陆敏感器的Z向过载模拟量信号处理所得数字量信号大于等于阈值d，且该着陆敏感器X向或Y向过载模拟量信号处理所得数字量信号小于等于阈值e时，该着陆敏感器着陆；
其中，着陆判断条件具体为：当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器中有两个着陆敏感器判断着陆，则此时返回舱着陆；
回收着陆控制模块生成气囊排气指令的具体方法如下：
当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器均判断着陆时，回收着陆控制模块向着陆缓冲气囊模块中的所有气囊发送气囊排气指令；
当着陆敏感器模块中的三个着陆敏感器中存在任意两个着陆敏感器判断着陆时，回收着陆控制模块向未判断着陆的着陆敏感器对应的所有气囊发送气囊排气指令，并于1×10- 2s后向其余气囊发送气囊排气指令。
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| CN201911056694.XA CN110901960B (zh) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 一种返回舱复杂回收着陆控制系统 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN201911056694.XA CN110901960B (zh) | 2019-10-31 | 2019-10-31 | 一种返回舱复杂回收着陆控制系统 |
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| 中国航天器回收着陆技术60年成就与展望;高树义等;《航天器返回与遥感》;20180830;第39卷(第4期);全文 * |
| 国外载人航天器回收着陆技术的进展;高滨;《航天器返回与遥感》;20090630;第30卷(第2期);第2.1节以及附图1-6 * |
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