CN111122951B

CN111122951B - 一种火工品点火电流检测方法

Info

Publication number: CN111122951B
Application number: CN201911294574.3A
Authority: CN
Inventors: 白勇; 崔雷; 康永鹏; 席沛丽; 李瑞琴
Original assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Current assignee: Shanghai Institute of Satellite Engineering
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2021-12-28
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: CN111122951A

Abstract

本发明提供了一种火工品点火电流检测方法，包括以下步骤：步骤1、将火工品点火电流信号经调理电路形成CMOS电平信号；步骤2、利用D触发器的延迟与寄存功能捕获火工品点火电流调理信号的上升沿信号；步骤3、采用有限状态机控制采样电路对火工品点火电流信号进行连续多次采样，并取平均值作为火工品点火电流信号的检测值，完成一次火工品点火电流信号的检测。本发明解决了火工品连续解锁电流信号覆盖的检测问题、单次多个压紧点同时起爆辨识问题，使得卫星飞行程序设计更加自由，为卫星任务解锁过程提供有效判据。

Description

一种火工品点火电流检测方法

技术领域

本发明涉及信号检测技术领域，具体地，涉及一种火工品点火电流检测方法。

背景技术

随着航天技术的发展，卫星上的很多设备采用展开机构的方式。入轨前，设备的展开机构通过多个压紧点收拢固定在星体附近。入轨后，依次解锁展开机构的压紧点，机构展开后实现设备功能。机构压紧点的解锁普遍采用桥丝式电起爆火工品实现，一些如太阳电池阵、雷达天线等大型机构需要在短时间内连续解锁多个压紧点。

火工品起爆过程持续时间在毫秒级，远小于卫星对模拟量的采集周期。传统卫星火工品点火电流信号的检测方法采用火工品母线电流遥测信号展宽后检测的方式，如果要区别两次火工品起爆情况，须对连续起爆的火工品指令间隔时间提出要求，否则先起爆的火工品点火电流展宽信号可能会覆盖掉后续起爆的火工品点火电流信号，而且也制约飞行程序的设计。

卫星火工品单次起爆一般在2～4发火工品，传统的火工品起爆检测方式对火工品点火电流信号的一般采取电平信号处理，直接对数字量信号进行检测的结果只能判断火工品起爆与否，不能区分单次起爆的火工品发数，机构解锁后的遥测信息对数据判读和故障情况下事后分析不能提供有效依据。

卫星用火工品桥丝为阻性负载，火工品负载端电压和电流信号没有明显的相位差，火工品点火电流波形近似为矩形脉冲，因此直接对矩形脉冲式火工品点火电流信号进行检测的方式，可以获取火工品点火电流信号的模拟量值。

因此，有必要设计一种对火工品点火电流信号不经过展宽，可以直接检测连续起爆的火工品点火电流信号、并且可以辨识单次多发火工品解锁发数的方法，为卫星飞行任务解锁过程提供有效判据。

经过对现有技术的检索，申请号为201710993287.6的发明专利公开了一种火工品点火电流峰值检测电路，包括三者相互连接的点火电流识别电路、控制信号展宽调理电路、火工品点火电流峰值保持电路，点火电流识别电路具备将大于基准电压的传感器信号识别，转换成电平信号输出的功能；控制信号展宽调理电路具备将识别后的点火信号，展宽至适合卫星遥测系统采样周期的宽度，通过展宽后的信号驱动后级火工品点火电流峰值保持电路；火工品点火电流峰值保持电路提取电流传感器的峰值，保持直至一个新的更大的峰值出现。该方法是对火工品电流信号进行展宽，以及对展宽后的信号数字化处理后在进行采集，无法解决短时间连续多次起爆过程中被检测信号覆盖以及单次多发火工品起爆发数辨识难题，目前尚无解决以上问题的技术方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种火工品点火电流检测方法。

根据本发明提供的一种火工品点火电流检测方法，包括以下步骤：

步骤1、调理火工品点火电流信号；

步骤2、捕获火工品点火电流调理信号的上升沿信号；

步骤3、对火工品点火电流信号进行连续多次采样，并取平均值作为火工品点火电流信号的检测值，完成一次火工品点火电流信号的检测。

进一步地，所述火工品点火电流调理信号是将火工品点火电流信号经调理电路形成CMOS电平信号。

进一步地，步骤2中，捕获上升沿信号是利用D触发器的延迟与寄存功能，将上一个时钟的火工品点火电流调理信号取反与当前时钟的火工品点火电流调理信号一起取逻辑与作为上升沿标志。

进一步地，步骤2中，捕获火工品点火电流调理信号的上升沿信号，并将上升沿标志置位的方法如下：

步骤2.1、将火工品点火电流调理信号作为输入信号pos_in1经过D触发器，输出信号保存为pos_in0，pos_in0信号滞后pos_in1信号1个时钟周期；

步骤2.2、将pos_in0的信号取反和pos_in1信号一起经逻辑与门做为组合逻辑输出上升沿检测信号；

步骤2.3、仅当输入信号pos_in1为高电平，且pos_in0信号为低电平的时候，组合逻辑输出高电平信号，表明捕获到火工品点火电流调理信号的上升沿信号，将上升沿标志Pose_edge置为“1”有效；

步骤2.4、在下一个时钟周期，由于pos_in1、pos_in0均为高电平，组合逻辑输出低电平，将上升沿标志Pose_edge置为“0”无效。

进一步地，步骤3中，信号采样过程通过一个有限状态机实现，所述有限状态机包括空闲状态、信号采样状态和数据处理状态，有限状态机在每个时钟周期对状态转移条件进行判断。

进一步地，步骤3中，所述空闲状态为有限状态机的初始状态，空闲状态下，采样缓存区清空，各参数初始化为默认值；所述上升沿标志为空闲状态的状态转移条件，当上升沿标志无效时，有限状态机保持在空闲状态，当上升沿标志有效时，有限状态机从空闲状态转移到信号采样状态。

进一步地，步骤3中，所述有限状态机处于信号采样状态时，每一个时钟周期，通过控制采样电路对火工品点火电流信号采样1次并存储在采样缓存区，采样次数累加1次；所述采样次数为信号采样状态的状态转移条件，当采样次数未达到设定值，有限状态机则继续保持在信号采样状态，当采样次数达到设定值后，有限状态机从信号采样状态转移到数据处理状态。

进一步地，步骤3中，所述有限状态机处于数据处理状态时，对采样缓存区存储的采样值取平均值作为火工品点火电流信号的检测值，在下一个时钟周期，有限状态机从数据处理状态转移到空闲状态。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、采用本发明火工品点火电流检测方法，火工品点火电流检测的外围电路设计将不需要信号展宽电路，电路设计更加简化，主要功能采用程序化实现，电路集成度高，可靠性获得进一步提升。

2、本发明火工品点火电流检测方法，从根本上解决了火工品短时连续解锁电流信号覆盖的检测问题，可以区分单次起爆多个压紧点火工品的起爆发数，使得卫星飞行程序设计更加自由，为卫星任务解锁过程提供有效判据。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明对火工品点火电流的采样过程时序图；

图3为本发明的有限状态机的状态转移图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明的目的是提供一种火工品点火电流检测方法，有效解决火工品短时连续起爆点火电流信号覆盖的检测问题、单次起爆多个压紧点火工品的起爆发数辨识问题，使得卫星飞行程序设计更加自由，为卫星任务解锁过程提供有效判据。

如图1所示，一种火工品点火电流检测方法，包括以下步骤：

步骤1、调理火工品点火电流信号；

步骤2、捕获火工品点火电流调理信号的上升沿信号；捕获上升沿信号是利用D触发器的延迟与寄存功能，将上一个时钟的火工品点火电流调理信号取反与当前时钟的火工品点火电流调理信号一起取逻辑与作为上升沿标志；

步骤3、对火工品点火电流进行连续多次采样，并取平均值作为火工品点火电流信号的检测值，完成一次火工品点火电流信号的检测。火工品点火电流上升沿信号是火工品点火电流信号经过信号调理电路，将电流模拟量信号转化成COMS电平信号，作为上升沿捕获功能部分的输入。

如图2所示，捕获火工品点火电流上升沿信号，并将上升沿标志置位的方法如下：

步骤2.1、将火工品点火电流调理信号作为输入信号pos_in1经过经过FPGA内的D触发器，输出信号保存为pos_in0，pos_in0信号滞后pos_in1信号1个时钟周期；

步骤2.4、在下一个时钟周期，由于pos_in0、pos_in1均为高电平，组合逻辑输出低电平，将上升沿标志Pose_edge置为“0”无效。

其中，pos_in1为当前时钟信号，pos_in0为pos_in1在上一个时钟的信号(经延迟)。T0时刻，当火工品点火起爆时，火工电流调理信号pos_in1为上升沿跳变，从0置为1。pos_in0为p_in1延迟1个时钟周期后的信号，因此会在下一个时钟周期上升沿跳变，T0时钟当前保持低电平不变。T0时刻：pos_in1＝1，pos_in0＝0，因此需对pos_in0取反后与pos_in1取逻辑与，输出为1，产生保持一个时钟周期的高电平脉冲信号作为上升沿标志，在下一个clk周期将变为低电平。

火工品点火电流信号采样过程通过一个有限状态机(Finite-state machine,FSM)进行控制实现。所述有限状态机S包括空闲状态S1、信号采样状态S2、数据处理状态S3，有限状态机在每个时钟周期对状态转移条件进行判断。

有限状态机的各个状态以及状态转移过程具体如图3所示。所述空闲状态为有限状态机的初始状态，空闲状态下，采样缓存区清空，各参数初始化为默认值；所述上升沿标志为空闲状态的状态转移条件，在每个时钟周期轮询上升沿标志Pose_edge，当上升沿标志Pose_edge＝0无效时，有限状态机保持在空闲状态，当上升沿标志Pose_edge＝1有效，有限状态机从空闲状态转移到信号采样状态。

所述的有限状态机处于信号采样状态时，通过控制采样电路对火工品点火电流信号P_in进行连续多次采样并存储在采样缓存区RAM中，连续采样次数可注数修改，默认为8次。每一个时钟周期，通过控制采样电路对火工品点火电流信号采样1次并存储在采样缓存区，采样次数累加1次，所述采样次数为信号采样状态的状态转移条件。每个时钟周期采样一次，采样后对采样次数Count计数，判断采样计数值Count是否达到设定值，如果采样计数值Count＜8次，则保持在信号采样状态。如果如采样计数值Count≥8次，有限状态机从信号采样状态转移到数据处理状态。

有限状态机处于数据处理状态时，对采样缓存区存储的采样值取平均值作为本次火工品点火电流信号的检测值，在下一个时钟Clk周期，有限状态机从数据处理状态自动转移到空闲状态，完成一次火工品点火电流信号的检测。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims

1.一种火工品点火电流检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、调理火工品点火电流信号；

步骤2、捕获火工品点火电流调理信号的上升沿信号；捕获上升沿信号是利用D触发器的延迟与寄存功能，将上一个时钟的火工品点火电流调理信号取反与当前时钟的火工品点火电流调理信号一起取逻辑与作为上升沿标志；并将上升沿标志置位的方法如下：

步骤2.4、在下一个时钟周期，由于pos_in1、pos_in0均为高电平，组合逻辑输出低电平，将上升沿标志Pose_edge置为“0”无效

2.根据权利要求1所述的一种火工品点火电流检测方法，其特征在于，所述火工品点火电流调理信号是将火工品点火电流信号经调理电路形成CMOS电平信号。

3.根据权利要求1所述的一种火工品点火电流检测方法，其特征在于，步骤3中，信号采样过程通过一个有限状态机实现，所述有限状态机包括空闲状态、信号采样状态和数据处理状态，有限状态机在每个时钟周期对状态转移条件进行判断。

4.根据权利要求3所述的一种火工品点火电流检测方法，其特征在于，步骤3中，所述空闲状态为有限状态机的初始状态，空闲状态下，采样缓存区清空，各参数初始化为默认值；所述上升沿标志为空闲状态的状态转移条件，当上升沿标志无效时，有限状态机保持在空闲状态，当上升沿标志有效时，有限状态机从空闲状态转移到信号采样状态。

5.根据权利要求3所述的一种火工品点火电流检测方法，其特征在于，步骤3中，所述有限状态机处于信号采样状态时，每一个时钟周期，通过控制采样电路对火工品点火电流信号采样1次并存储在采样缓存区，采样次数累加1次；所述采样次数为信号采样状态的状态转移条件，当采样次数未达到设定值，有限状态机则继续保持在信号采样状态，当采样次数达到设定值后，有限状态机从信号采样状态转移到数据处理状态。

6.根据权利要求3所述的一种火工品点火电流检测方法，其特征在于，步骤3中，所述有限状态机处于数据处理状态时，对采样缓存区存储的采样值取平均值作为火工品点火电流信号的检测值，在下一个时钟周期，有限状态机从数据处理状态自动转移到空闲状态。