CN110989444A - 一种基于多核SoC的弹载综合控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于多核SoC的弹载综合控制系统，通信接口单机用于提供系统对外控制的输出接口；配电时序基础单机用于与供电部件连接，并对敏感部件、执行机构及火工系统的供配电进行统一控制，以及对火工系统的点火、激活进行时序控制；扩展配电单机用于对敏感部件、执行机构及火工系统的供配电进行单独控制；扩展时序单机用于对火工系统的抛罩、分离进行时序控制；伺服控制单机用于对执行机构进行控制；多核SoC控制单机用于敏感部件的数据解算，以及向配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机及伺服控制单机发送控制指令，以控制各模块分别执行相应动作，各单机均插接在结构外框上，可节省弹上空间，简化系统拓扑及结构，提高系统可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及航天技术领域，具体涉及一种基于多核SoC的弹载综合控制系统。
背景技术
传统制导火箭弹所采用的综合制导控制技术，通常基于满足传统火箭弹的作战方式而设计，技术指标和所采用的综合控制策略，不满足未来远程制导火箭弹长航时、超远程和高精度的武器系统指标要求。而当前的火箭弹制导控制系统组成复杂，通常由弹载计算机、惯组、导引头、伺服控制系统、电源管理系统、火工品管制系统、卫星导航系统、天文导航系统等众多弹载子系统构成；同时，受火箭弹武器系统的作战用途、使用方式的限制，制导火箭弹制导控制系统的成本很高，不满足火箭弹武器系统的成本要求。
多核SoC(System on Chip，片上系统)技术作为当前国内外应用开发研究的主流技术，具有高集成度、低功耗等优势，在国内外军工领域的应用越来越广泛。目前，在军工领域，基于高集成度SoC的弹载综合控制系统设计应用技术发展十分迅速，在国内外均已成为系统开发的热点。
国外有关SoC综合控制系统的研究起步较早，很多大学都成立了专门的研究小组，到目前为止，已经研制出了多种针对传统嵌入式控制系统的SoC设计原型系统。
据研究报道，为对抗战术弹道导弹和掠海飞行反舰导弹，下一代舰船防御导弹将把导弹控制系统和引信弹头的一体化设计技术作为关键技术进行研究。
在国内，综合控制系统的模块化、一体化、通用化和低成本设计已经成为研制高性价比导弹和制导火箭的关键环节，得到了一定的发展，但是在小型化、通用化、低成本方面距离用户需求仍有较大差距，并且国内在导弹和制导火箭综合控制系统的一体化SoC设计的研究上还处于起步阶段。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于多核SoC的弹载综合控制系统，采用模块化构型设计，将传统的弹载综合控制系统进行一体化设计，在实现弹上综合控制系统任务需求的前提下，降低了系统设计复杂度，同时提高了产品可靠性。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于多核SoC的弹载综合控制系统，其用于对弹上的外围单元进行控制，所述外围单元包括敏感部件、供电部件、执行机构及火工系统；弹载综合控制系统包括：结构外框以及均插接在所述结构外框上且通过电缆互联的通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机；其中，
所述通信接口单机用于提供所述弹载综合控制系统对外围单元进行控制的输出接口；
所述配电时序基础单机用于与供电部件连接，并对敏感部件、执行机构及火工系统的供配电进行统一控制，以及对火工系统的点火、激活进行时序控制；
所述扩展配电单机用于对敏感部件、执行机构及火工系统的供配电进行单独控制；
所述扩展时序单机用于对火工系统的抛罩、分离进行时序控制；
所述伺服控制单机用于对执行机构进行控制；
所述多核SoC控制单机用于敏感部件的数据解算，以及向所述配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机及伺服控制单机发送控制指令，以控制所述配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机及伺服控制单机分别执行相应动作。
进一步地，所述通信接口单机包括28V控制接口、28V/5V状态采集接口、5V-150VAD采集接口、总线收发接口。
进一步地，所述通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机的外形尺寸相同。
进一步地，所述电缆采用微带电缆。
进一步地，所述通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机均自带有对外连接器。
进一步地，所述多核SoC控制单机还用于对外围部件提供5V开出量的控制信号及采集外围部件3.3V开入量的状态信号，以对外围部件进行开出量控制及开入量采集。
进一步地，所述敏感部件包括光学敏感单元、惯性敏感单元、收星单元。
进一步地，所述供电部件包括弹上电池、地面供电设备。
进一步地，所述执行机构包括舵机、伺服机构。
进一步地，所述弹载综合控制系统通过CAN、1553B或RS422总线与外围单元通信连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明集成度高，采用一体化集成设计思想，将传统弹上分散布设的弹载计算机、伺服控制器、综合控制器、配电控制器、火工品管制机构等功能单机，插接在结构外框上，在实现弹上综合控制系统任务需求的前提下，降低了系统设计复杂度，较原来节省了60％以上的弹上空间，且简化了系统拓扑及结构，提高了系统整体可靠性，同时，本发明将传统需要多个单机才能实现的功能在一个多核SoC控制单机上实现，减少弹上控制综合单机数量。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于多核SoC的新型弹载综合控制系统总体架构；
图2为本发明实施例提供的基于多核SoC的新型弹载综合控制系统示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2所示，本发明实施例提供了一种基于多核SoC的弹载综合控制系统，其用于对弹上的外围单元进行控制，外围单元包括敏感部件、供电部件、执行机构及火工系统；弹载综合控制系统包括：结构外框以及均插接在所述结构外框上且通过电缆互联的通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机；其中，
通信接口单机用于提供弹载综合控制系统对外围单元进行控制的的输出接口；通信接口单机包括28V控制接口、28V/5V状态采集接口、5V-150V AD采集接口、总线收发接口。在基于现有功能前提下，预留多种控制端口，无需修改弹载综合控制系统各个模块及结构即可实现功能扩展组装。
配电时序基础单机用于与供电部件连接，并对输出的弹上母线电源进行开闭控制，对弹上母线电源记性电压转换输出±15V、±5V等多核SoC控制单机所需电源，实现对敏感部件、执行机构及火工系统的供配电进行同时通电和同时断电的统一控制，以及对火工系统的点火、激活进行时序控制；
扩展配电单机用于对弹上母线电源提供二级供配电及恒流源出书，实现对敏感部件、执行机构及火工系统的供配电进行单独控制；
扩展时序单机用于对火工系统的抛罩、分离进行时序控制；
伺服控制单机用于对执行机构进行控制；
多核SoC控制单机用于敏感部件的数据解算，以及向配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机及伺服控制单机发送控制指令，以控制配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机及伺服控制单机分别执行相应动作。
参见图2所示，在本实施例中，基于多核SoC的弹载综合控制系统各个模块、结构外框均采取模块化设计，通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机的外形尺寸相同，尺寸不大于130mm*80mm*40mm，可用于直径大于200m的各类型导弹的综合控制，各个模块之间的电缆采用微带电缆、柔性电缆进行连接，以实现各个模块可以进行内部互联，通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机均自带有对外连接器，用于跟外围单元进行信号连接使用。各模块间可以任意组合安装，满足不同型号产品对综合控制系统的硬件接口使用需求。
本实施例中，多核SoC控制单机还用于对外围部件提供5V开出量的控制信号及采集外围部件3.3V开入量的状态信号，以对外围部件进行开出量控制及开入量采集。
本实施例中，敏感部件包括光学敏感单元、惯性敏感单元、收星单元，供电部件包括弹上电池、地面供电设备，在导弹起飞前，由地面供电设备提供电能，导弹起飞后会断开地面供电，改由弹上电池供电，执行机构包括舵机、伺服机构。伺服机构指用来跟随某个过程的反馈控制系统，它们可以使导弹或导弹上的其它部件跟随控制系统给定的方位或角度进行移动或转动。除了舵机外，弹上其它可以转动或移动的部件都可称作伺服机构。
本实施例中，弹载综合控制系统通过CAN、1553B或RS422总线与外围单元通信连接。基本满足了现有火箭弹的数据通信要求，弹上通信默认使用CAN总线通信，在满足实时性及可靠性前提下，CAN总线技术门槛较低、技术成熟度高、开发周期短、设计成本低廉等优势。
基于多核SoC的弹载综合控制系统以国产多核SoC为核心，核0运行飞行控制程序，进行进行数据解算用于制导稳定控制，输出时序指令及舵机闭环控制等；核1进行光学敏感单元、惯性测量单元、收星单元等等综合数据处理等。双核通过共享内存交互数据。基于多核SoC的弹载综合控制系统集成了传统制导火箭弹前端的光学敏感单元、惯性测量单元、收星单元等的数据处理部分及后端的伺服机构、舵机的闭环控制部分，同时还具有弹上电池、地面供电设备以及火工系统。火箭弹前端采集的原始数据通过总线传输到多核SoC控制单机进行数据解算用于制导稳定控制，最终输出伺服机构、舵机等的闭环控制指令实现火箭弹的整体飞行控制。
综上所述，本发明集成度高，采用一体化集成设计思想，将传统弹上分散布设的弹载计算机、伺服控制器、综合控制器、配电控制器、火工品管制机构等功能单机，插接在结构外框上，较原来节省了60％以上的弹上空间，且简化了系统拓扑及结构，提高了系统整体可靠性。
通用化水平高，该多核SoC综合控制系统单机外形设计尺寸不大于130mm*80mm*40mm，可用于直径大于200m的各类型导弹的综合控制；综合控制系统内部设计CAN总线、1553B总线、RS422串口、AD采集、PWM控制、开入开出控制、配电控制、时序控制等多种控制接口，可用于目前绝大部分制导火箭弹对综合控制的资源接口需求。
成本低，基于多核SoC综合控制系统将传统弹上弹载计算机、伺服控制器、综合控制器、配电控制器、火工品管制机构等进行功能集成优化设计，并对接口电路等进行优化，在保证功能及可靠性前提下，简化电路设计。同时，在满足相同功能的前提下，本发明将传统需要多个单机才能实现的功能在一个多核SoC控制单机上实现，多核SoC综合控制系统成本较传统弹上控制单机成本降低50％以上。
扩展能力强，基于多核SoC的弹载综合控制系统采取模块化设计，各模块间通过柔性电缆进行连接，可实现各单板间的任意组合叠插，在基于现有功能前提下，预留多种控制端口，无需修改模块及结构即可实现功能扩展组装。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种基于多核SoC的弹载综合控制系统，其用于对弹上的外围单元进行控制，所述外围单元包括敏感部件、供电部件、执行机构及火工系统；其特征在于，其包括：结构外框以及均插接在所述结构外框上且通过电缆互联的通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机；其中，
所述通信接口单机用于提供所述弹载综合控制系统对外围单元进行控制的输出接口；
所述配电时序基础单机用于与供电部件连接，并对敏感部件、执行机构及火工系统的供配电进行统一控制，以及对火工系统的点火、激活进行时序控制；
所述扩展配电单机用于对敏感部件、执行机构及火工系统的供配电进行单独控制；
所述扩展时序单机用于对火工系统的抛罩、分离进行时序控制；
所述伺服控制单机用于对执行机构进行控制；
所述多核SoC控制单机用于敏感部件的数据解算，以及向所述配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机及伺服控制单机发送控制指令，以控制所述配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机及伺服控制单机分别执行相应动作。
2.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述通信接口单机包括28V控制接口、28V/5V状态采集接口、5V-150V AD采集接口、总线收发接口。
3.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机的外形尺寸相同。
4.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述电缆采用微带电缆。
5.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述通信接口单机、配电时序基础单机、扩展配电单机、扩展时序单机、伺服控制单机和多核SoC控制单机均自带有对外连接器。
6.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述多核SoC控制单机还用于对外围部件提供5V开出量的控制信号及采集外围部件3.3V开入量的状态信号，以对外围部件进行开出量控制及开入量采集。
7.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述敏感部件包括光学敏感单元、惯性敏感单元、收星单元。
8.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述供电部件包括弹上电池、地面供电设备。
9.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述执行机构包括舵机、伺服机构。
10.如权利要求1所述的基于多核SoC的弹载综合控制系统，其特征在于：所述弹载综合控制系统通过CAN、1553B或RS422总线与外围单元通信连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200410 |