CN111731511B - 应用于地外天体探测器的数据拯救系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于深空探测技术领域，旨在解决地外天体探测器着陆故障时的数据丢失问题，具体涉及一种应用于地外天体探测器的数据拯救系统，包括设置在第一装置内的第一数据无线回传模块、数据采集控制模块、总控模块，以及设置在第二装置的第二数据无线回传模块；第一装置与第二装置可分离式连接；第二数据无线回传模块用于实时备份第一数据无线回传模块中存储的过程检测数据；总控模块基于数据采集控制模块采集的数据，对着陆过程状态进行在线分析，判断是否能成功着陆，以执行是否分离第二装置进行数据回传。通过本发明可实现着陆过程关键数据的拯救，从而为后续工程设计提供数据参考和支撑。

Description

应用于地外天体探测器的数据拯救系统

技术领域

本发明属于深空探测技术领域，具体涉及一种应用于地外天体探测器的数据拯救系统。

背景技术

地外天体环境恶劣且未知会有很大不确定性、距离远导致通信延时大等特点决定了地外天体探测，尤其是着陆探测难度很高、风险很大。地外天体着陆探测的另外一个特点是，如果着陆故障，将无法拿到任何着陆数据，甚至无法确定着陆失败的真正原因，很难为下一次任务设计提供参考，导致后续的任务可能还会因为相同的原因导致再次失败，对人力、物力、财力等均造成巨大损耗。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决地外天体探测器着陆故障时的数据丢失问题，本发明提供了一种应用于地外天体探测器的数据拯救系统，包括防护缓冲模块、数据无线回传模块、数据采集控制模块、电源模块和总控模块，所述数据采集控制模块、所述总控模块均设置于所述防护缓冲模块内部，且所述数据采集控制模块与所述总控模块通信连接；所述防护缓冲模块包括第一装置和第二装置，所述第二装置设置于所述第一装置尾部并与所述第一装置通过分离装置连接；所述数据采集控制模块、所述总控模块均设置于所述第一装置内部；所述数据无线回传模块包括第一数据无线回传模块和第二数据无线回传模块，所述第一数据无线回传模块设置于所述第一装置内部，用于存储探测器飞行中检测到的数据；所述第二数据无线回传模块设置于所述第二装置内部，并与所述第一数据无线回传模块通信连接，用于实时备份所述第一数据无线回传模块中存储的数据；所述数据采集控制模块用于实时检测探测器着陆过程中的下降速度和待着陆区域距离参数，并传输至所述总控模块；所述总控模块基于所述数据采集控制模块采集的数据，对探测器着陆过程状态进行在线分析，判断是否能成功着陆，以制定相关措施；所述相关措施包括向所述防护缓冲模块发送启动第一装置与第二装置分离的控制指令，并向所述第二数据无线回传模块发出触发其执行数据回传的控制指令。

在一些优选实例中，所述数据采集控制模块、所述总控模块、所述第一数据无线回传模块和所述第二数据无线回传模块的周侧均设置有缓冲结构，用于保证相邻模块之间的缓冲保护以及限位固定。

所述缓冲结构包括第一缓冲结构和第二缓冲结构，所述第一缓冲结构与对应模块的接触面具有若干第一接触面折痕，所述第一缓冲结构背离对应模块的一面为第一缓冲面；所述第二缓冲结构与对应模块的接触面具有若干第二接触面折痕，所述第二缓冲结构背离对应模块的一面为第二缓冲面；所述第一接触面折痕与所述第二接触面折痕具有若干褶皱；所述第一缓冲面与所述第二缓冲面在该缓冲结构的径向上依次设置；相邻所述第一缓冲面与所述第二缓冲面在该缓冲结构的周向间距呈小到大交替排列。

在一些优选实例中，所述第二数据无线回传模块包括一个或多个第二天线装置；当所述第二天线装置为多个时，多个所述第二天线装置阵列设置于所述第二装置的轴线周侧，以形成全向天线阵列。

在一些优选实例中，所述第一数据无线回传模块包括一个或多个第一天线装置，用于存储探测器飞行中检测到的数据；当所述第一天线装置为多个时，多个所述第一天线装置阵列设置于所述第一装置的轴线周侧。

在一些优选实例中，所述第一装置包括至少两层壳体，相邻所述壳体之间通过缓冲装置连接，用于保护其内设置的所述数据采集控制模块和所述总控模块；所述缓冲装置由至少两种缓冲材料组合叠加构成。

在一些优选实例中，所述第一装置包括撞击部和固定部，所述撞击部设置于所述固定部的前端，所述撞击部为子弹状；所述撞击部与所述固定部之间设置有过载传感器，所述过载传感器与所述总控模块通信连接；所述数据采集控制模块、所述总控模块依次固定设置于所述固定部；所述固定部的后端与所述第二装置连接。

在一些优选实例中，所述分离装置为爆炸螺栓或者带环形爆炸索的连接件。

在一些优选实例中，所述分离装置为液压驱动机械分离式液压弹射器。

在一些优选实施例中，所述分离装置为自主式安全分离装置；所述自主式安全分离装置包括外安装环、内切割环、装药环槽和点火装置，所述内切割环设置于所述外安装环的内侧且与所述外安装环形成一个环状的空腔；所述装药环槽绕设于所述空腔；所述点火装置设置于所述内切割环的内壁，并与所述装药环槽连通。

在一些优选实施例中，所述第二装置的周侧设置有多个第三天线装置，多个所述第三天线装置阵列设置于所述第二装置外侧，并与所述第二装置通过弹射装置连接；所述弹射装置与所述总控装置信号连接；所述第三天线装置为球状结构。

本发明的有益效果为：1）本发明提供的数据拯救系统可搭载探测器或者撞击器，以进行对应着陆的实时控制，在着陆故障或者撞击器待撞毁前及时进行飞行过程数据的回传拯救，为后续深空探测提供详实参数，以进行深空探测的有效推进。

2）本发明通过将防护缓冲模块分离式设置成第一装置和第二装置，同时设置各自独立又彼此实时备份的第一数据无线回传模块和第二数据无线回传模块，通过总控模块基于数据采集控制模块采集到的探测器或撞击器下降过程中的速度和/或待着陆区域距离参数，判断何时启动分离，同时触发第二装置中的第二数据无线回传模块进行备份数据的回传；通过本发明的分离式设置可实现以下几种情况：第一，当该数据拯救系统搭载探测器时，或者作为探测器执行探测着陆任务时，通过总控模块基于数据采集控制模块采集到的高度参数及探测器的速度参数预判着陆故障或者失败时，总控模块控制分离装置启动第二装置与第一装置的分离，同时触发第二数据无线回传模块进行数据回传；第二，当该数据拯救系统搭载探测器时，或者作为探测器执行探测着陆任务时，通过总控模块中设置的预设高度，控制分离装置启动第二装置与第一装置的分离，同时触发第二数据无线回传模块进行数据回传以进行数据的保存；第三，当该数据拯救系统搭载撞击器时，在保证远离撞击影响范围的高度时，通过总控模块控制分离装置启动第二装置与第一装置的分离，同时触发第二数据无线回传模块进行数据回传以进行数据的保存，既能实现撞击天体的任务，又能得到撞击器下降过程中的详细数据，对比于现有技术中的撞击器，其脱离飞行器后只执行撞击任务，仅仅是通过深空中飞行至安全位置的飞行器对其进行撞击、爆炸的观测，撞击器脱离飞行器或者在设定下降过程中的参数是无法获取，通过本发明的设置，可实现最大限度的数据检测以及信息回传；第四，当该数据拯救系统搭载探测器时，或者作为探测器执行探测着陆任务时，通过总控模块中设置的预设高度，控制装置的分离，同时触发第二数据无线回传模块进行数据回传以进行数据的保存，当第一装置着陆至天体表面成功时，通过与第二数据无线回传模块分离式独立设置的第一数据无线回传模块，进行天体表面信息的传输以及与环绕器或者地面的信息交互，可进一步执行探测指令。

3）本发明通过缓冲结构的设置，实现第一装置中的数据采集控制模块和总控模块的保护设计及限位，不同于现有技术中的固定设置，减轻整体结构重量，同时进一步提高对其的防护；通过缓冲结构的褶皱式设计，有效填充模块与装置侧壁之间的空隙，同时通过具体的不同缓冲面的设置，使该缓冲结构具有弹性、压缩性、柔性、轻量化等特点，进一步保护对应的模块，在第一装置成功着陆至天体表面时，保证着陆冲击对模块的影响减少至最少。此外，第二装置中的第二数据无线回传模块通过周侧设置的缓冲结构包裹限位，减少装置内部的刚性连接件，降低装置的重量，尤其对于深空探测领域，轻量化具有重大意义。

4）本发明装置设计科学、结构简单、轻量化、设备集成度高， 同时可实现多种探测情景下的数据拯救。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明中的应用于地外天体探测器的数据拯救系统的一种实施例的框架示意图。

图2是本发明中的应用于地外天体探测器的数据拯救系统中的缓冲结构第一种实施例的剖视结构示意图。

图3是本发明中的应用于地外天体探测器的数据拯救系统中的缓冲结构第二种实施例的剖视结构示意图。

附图标记依次为：1、数据采集控制模块；2、总控模块；3、导航模块；4、电源模块；5、第一数据无线回传模块；6、第二数据无线回传模块；71、第一缓冲结构，72、第二缓冲结构。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式，本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明提供了一种应用于地外天体探测器着陆故障时的数据拯救系统，包括防护缓冲模块、数据无线回传模块、数据采集控制模块、电源模块和总控模块，数据采集控制模块、总控模块均设置于防护缓冲模块内部，且数据采集控制模块与总控模块通信连接；其中，数据采集控制模块是小型化数据拯救系统的核心，通过互联电缆实现供电、充电和通讯，可实现关键数据的采集处理和存储并发送至数据无线回传模块，此外，具有电源管理功能，降低小型化数据拯救系统的功耗以实现数据的完整有效回传，同时在电源转换芯片电压输入端接入大电容进行储能，可有效解决着陆器着陆故障情况下高过载冲击时电池的瞬间掉电问题；电源管理模块将供电分为模拟电路供电、单片机供电和天线发射供电，在启动小型化数据拯救系统工作后单片机电源转换芯片开始工作，启动数据采集时单片机启动模拟电路电源转换芯片工作，采集结束后单片机关闭模拟电路电源转换芯片；在数据无线回传模块工作期间由单片机启动数据无线回传模块电源转换芯片工作，数据发射结束后关闭其电源芯片；电源模块具有电源电量保护功能，从而提高小型化数据拯救系统的供电可靠性。

进一步地，防护缓冲模块包括第一装置和第二装置，第二装置设置于第一装置尾部并与第一装置通过分离装置连接；数据采集控制模块、总控模块均设置于第一装置内部；数据无线回传模块包括第一数据无线回传模块和第二数据无线回传模块，第一数据无线回传模块设置于第一装置内部，用于存储探测器飞行中检测到的数据；第二数据无线回传模块设置于第二装置内部，并与第一数据无线回传模块通信连接，用于实时备份第一数据无线回传模块中存储的数据；数据采集控制模块用于实时检测探测器着陆过程中的下降速度和待着陆区域距离参数，并传输至总控模块；总控模块基于数据采集控制模块采集的数据，对探测器着陆过程状态进行在线分析，判断是否能成功着陆，以制定相关措施；相关措施包括向防护缓冲模块发送启动第一装置与第二装置分离的控制指令，并向第二数据无线回传模块发出触发其执行数据回传的控制指令。

以下参照附图结合具体实施例进一步说明本发明。

参照附图1，图示为本发明中的应用于地外天体探测器的数据拯救系统的一种实施例的框架示意图，该数据拯救系统包括数据采集控制模块1、总控模块2、导航模块3、电源模块4、第一数据无线回传模块5、第二数据无线回传模块6，其中，数据采集控制模块1、总控模块2、导航模块3、电源模块4和第一数据无线回传模块5设置在防护缓冲模块的第一装置中，第二数据无线回传模块6设置于防护缓冲模块的第二装置中。其中数据采集控制模块1是小型化数据拯救系统的核心，用于探测器下降过程中的关键数据的采集，数据采集控制模块与导航模块通信连接，或者数据采集控制模块包括导航模块，通过导航模块可实时计算测速时刻该数据拯救系统搭载的探测器或撞击器相对于天体表面的速度，同时可确定测速波束方向的速度；数据采集控制模块还包括激光测距模块，用于实时探测该数据拯救系统搭载的探测器或撞击器相对于天体表面的高度；数据采集控制模块将检测到的探测器着陆过程中的下降速度和/或待着陆区域距离参数传输至总控模块。

进一步地，第二装置设置于第一装置尾部并与第一装置通过分离装置连接；第一数据无线回传模块设置于第一装置内部，用于存储探测器飞行过程中检测到的数据；第二数据无线回传模块设置于第二装置内部，并与第一数据无线回传模块通信连接，用于实时备份第一数据无线回传模块中存储的数据；第二装置中还设置有电源模块，用于供电。总控模块基于数据采集控制模块采集的数据，对探测器着陆过程状态进行在线分析，判断是否能成功着陆，以制定相关措施，相关措施包括向防护缓冲模块发送启动第一装置与第二装置分离的控制指令，并向第二数据无线回传模块发出触发其执行数据回传的控制指令，即当总控系统判断探测器下降过程中不同高度的速度有问题大概率发生着陆故障时，总控模块发出控制第一装置与第二装置分离的指令，进行第二装置与第一装置的脱离，同时触发第二装置中的第二数据无线回传模块进行备份数据的回传拯救；此外，通过设置在第一装置中的第一数据无线回传模块也可进行过程数据的回传拯救，考虑到实际中着陆故障发生时大概率撞毁爆炸机率，可同时进行第一数据无线回传模块和第二数据无线回传模块的同步数据回传，保证数据拯救传输成功。

进一步地，第一装置中的数据采集控制模块、总控模块、第一数据无线回传模块和第二数据无线回传模块的周侧均设置有缓冲结构，用于保证相邻模块之间的缓冲保护以及限位固定；在实施例中，各个模块不同采用传统的固定第一装置内部侧侧壁或者通过连接装置固定于第一装置，而是采用缓冲结构分别包裹在各个模块周侧，通过各个缓冲结构达到在第一装置内部的限位固定，减少连接件的使用，减少整体装置重量，这对于深空探测而言具有重大意义。

进一步地，参照附图2，图示是本发明中的应用于地外天体探测器的数据拯救系统中的缓冲结构第一种实施例的剖视结构示意图；缓冲结构包括第一缓冲结构71和第二缓冲结构72，第一缓冲结构71的高度大于第二缓冲结构72；第一缓冲结构与对应模块的接触面具有若干第一接触面折痕，即第一缓冲结构尺寸较小端，第一缓冲结构背离对应模块的一面为第一缓冲面，即第一缓冲结构与第二缓冲结构连接端；第二缓冲结构与对应模块的接触面具有若干第二接触面折痕，第二缓冲结构背离对应模块的一面为第二缓冲面；第一接触面折痕与所述第二接触面折痕具有若干褶皱，在本实施例中，对应褶皱设置成弧形，提高与模块接触之间的柔性，同时减少在受到外力冲击力时对包裹模块的锐化度；第一缓冲面与第二缓冲面在该缓冲结构的径向上依次设置；相邻第一缓冲面与第二缓冲面在该缓冲结构的周向间距呈小到大交替排列，紧密贴合形成高密度缓冲结构。

进一步地，第一缓冲面和第二缓冲面的连接处设置有若干折痕，该折痕用于填充第一缓冲结构与第二缓冲结构之间的间隙，提高该缓冲结构

的结构强度。

进一步地，该缓冲结构包裹模块的转角处可以规则立方设置，也可圆弧形过渡设置；在本实施例中，优选圆弧形过渡设置，增加对包裹模块边角处的限位以及紧密贴合。

进一步地，第一缓冲结构和第二缓冲结构均由高密度、高弹性缓冲材料设置而成。

进一步地，本发明中的缓冲装置还可采用缓冲结构与现有的缓冲垫相结合的方式进行设置。

在第一装置着陆到天体表面的瞬间受到外部冲击力时，通过第一装置的壳体传递冲击力至缓冲结构的外表面，首先通过第一缓冲结构与对应模块的紧密贴合，在冲击力作用下压缩变短，进而再通过第二缓冲结构与对应模块的外侧接触贴合，缓冲结构中的第一缓冲结构、第二缓冲结构根据冲击力的大小进行不同层级的缓冲保护。

需要说明的是，除了在本发明的一种具体实施例中设置的两层缓冲结构之外，还可根据该数据拯救系统所搭载的探测器类型或者撞击器类型灵活设置多层缓冲结构；此外，除了设置在第一装置中对应模块周侧的缓冲结构，还设置有若干间隙填充的缓冲结构，进行各个模块的限位固定以及缓冲效果增强。

进一步地，设置在各个模块外侧的缓冲结构可以为一个或多个，当每个模块外侧设置的缓冲结构为多个时，多个缓冲结构从内到外依次包裹设置；此外，设置在最外侧的缓冲结构可以仅保留由第一缓冲结构、第二缓冲结构组成的缓冲结构主体，通过第一缓冲结构、第二缓冲结构的第一缓冲面和第二缓冲面进行与第一装置内部的贴合，使第一装置内部设置的各个模块之间、模块与第一装置内壁之间不会进行刚性碰撞。

进一步地，参照附图3，图示是本发明中的应用于地外天体探测器的数据拯救系统中的缓冲结构第二种实施例的剖视结构示意图；缓冲结构包括第一缓冲结构和第二缓冲结构，第一缓冲结构71与对应模块的接触面具有若干第一接触面折痕，第一缓冲结构背离对应模块的一面为第一缓冲面；第二缓冲结构与对应模块的接触面具有若干第二接触面折痕，第二缓冲结构72背离对应模块的一面为第二缓冲面；第一接触面折痕与第二接触面折痕具有若干褶皱以进行空隙的填充；第一缓冲面与第二缓冲面在该缓冲结构的径向上依次设置，即第一缓冲结构的高度大于第二缓冲结构的高度；第一缓冲面与第二缓冲面在除圆弧过渡处的位置交替设置，在周向圆弧过渡处可根据实际需求灵活设置第一缓冲面与第二缓冲面的数量及位置；第一缓冲面在该缓冲结构上的周向宽度小于第二缓冲面在该缓冲结构上的周向宽度，第一缓冲面的面积小于第二缓冲面的面积，此处的周向指的是图中所示的环形周向，在与该图示中的平面垂直的水平方向上，第一缓冲面的长度与第二缓冲面的长度一致，以形成多层次缓冲结构，通过间隙设置的第一缓冲结构和第二缓冲结构，在受到外力冲击挤压时，通过设置的不同层级的缓冲结构，可实现挤压力的存储且不造成对第一缓冲结构、第二缓冲结构的损坏，留有弹性材料变形的空隙，同时又可实现在外力消失后多层弹性结构的快速回弹，提高整体缓冲结构的承载缓冲强度，同时保证第一装置中的仪器设备的完好。

进一步地，第二装置内部设置的缓冲结构与第一装置中设置的缓冲结构相同，故再次不再赘述。

当该数据拯救系统搭载探测器进行软着陆时，以火星着陆为例，当第一装置成功触及火星表面时由缓冲装置吸收掉冲击载荷，实现软着陆；在这种情况下，在下降过程中，主控模块未检测判断到可能会发生着陆故障，故第二装置与第一装置形成一个数据拯救系统整体进行着陆，成功着陆后壳通过第一装置中设置的第一数据无线回传模块进行下降过程中关键数据的回传，此时，设置在第二装置中的第二数据无线回传模块作为探测器备用传输，第二装置中设置的电源模块作为备用电源。

当该数据拯救系统搭载探测器时，或者作为探测器执行探测着陆任务时，通过总控模块基于数据采集控制模块采集到的高度参数和/或探测器的速度参数预判着陆故障或者失败时，或者基于预设高度和/或预设时间时，总控模块控制分离装置启动第二装置与第一装置的分离，同时触发第二数据无线回传模块进行数据回传。

进一步地，在本发明中，分离装置可为爆炸螺栓或者带环形爆炸索的连接件；爆炸索与爆炸螺栓的作用都是把第一装置与第二装置之间的连接件炸断以实现分离。

进一步地，分离装置为液压驱动机械分离式液压弹射器。

进一步地，分离装置为自主式安全自毁装置；自主式安全自毁装置包括外安装环、内切割环、装药环槽和点火装置，内切割环设置于外安装环的内侧且与外安装环形成一个环状的空腔；装药环槽绕设于空腔；点火装置设置于内切割环的内壁，并与装药环槽连通，其中，点火装置与总控模块通信连接，并可基于总控模块的指令进行点火以实现分离。

进一步地，第一装置包括至少两层壳体，相邻壳体之间通过缓冲装置连接，在着陆器故障遭遇高过载强冲击时，通过缓冲层减小应力波传递，增加缓冲行程，从而减小内壳体瞬时过载和平均过载，保护控制电路、电源、数据采集控制模块、总控模块、第一数据无线回传模块等；缓冲装置由至少两种缓冲材料组合叠加构成。

进一步地，第一装置的外壳体的主要作用是在探测器或者其它着陆器着陆故障时确保壳体不发生断裂，从而保护内壳体、数据采集控制模块及天线发射等模块。当该数据拯救系统搭载探测器使用时，外壳体可采用类似漏斗结构,在保证抗过载能力达到要求的前提下，尽可能的减少壳体重量；内壳体可采用圆柱形结构设计，确保有足够的空间安装数据采集控制模块以及电源模块等，并使用缓冲材料填充壳体剩余空腔，用于保护内部所有模块；内壳体上盖采用U形结构，与内壳体之间采用螺纹连接，既保证足够的螺纹连接，同时减少结构重量。

进一步地，在这种实施例中，第一数据无线回传模块中的天线板安装在钢杯中，并使用灌封胶固定，钢杯与外壳体之间均增加缓冲层，用于减少应力波传递，增加缓冲行程，从而减少瞬时过载和平均过载，由于天线发射信号需要裸露在外，为防止天线受到反向作用力从外壳体中脱离，一方面采用压环固定天线，同时在钢杯中增加凹槽，增加表面积，提高摩擦力。

进一步地，第一装置包括撞击部和固定部，撞击部设置于固定部的前端，撞击部为子弹状；撞击部与固定部之间设置有过载传感器，过载传感器与总控模块通信连接；数据采集控制模块、总控模块依次固定设置于固定部；固定部的后端与第二装置连接。

进一步地，第一数据无线回传模块包括一个或多个第一天线装置，用于存储探测器飞行中检测到的数据；当第一天线发射装置为多个时，多个第一天线发射装置阵列设置于第一装置的轴线周侧。

进一步地，设置于第二装置中的第二数据无线回传模块包括一个或多个第二天线装置；当第二天线装置为多个时，多个第二天线装置阵列设置于第二装置的轴线周侧，以形成全向天线阵列。

进一步地，第二装置的周侧设置有多个第三天线装置，多个第三天线装置阵列设置于第二装置外侧，并与第二装置通过弹射装置连接；弹射装置与总控装置信号连接；第三天线装置为球状结构；在本实施中，通过弹射出的第三天线装置进行信号的传输，当多个第三天线装置按照自由落体散落在天体表面时，多个第三天线装置可拟合成以第一装置着陆点或者撞击点为中心的拟合圆。

在本发明中，第一天线装置、第二天线装置和第三天线装置在进行信号发射时，可通过对应连接装置的控制露出天线发射信号，在不需要进行信号发射时可密封至对应装置中，减少飞行或者下降过程中对天线传输装置的损伤。

进一步地，第一数据无线回传模块和第二数据无线回传模块均采用数据压缩、抗干扰和相干接收等技术，保证信号有效传输。

进一步地，数据无线回传模块主要实现着陆器着陆故障后对着陆过程中采集到的关键数据进行回传，模块选用高性能、专业的窄带无线通讯芯片，发送末端采用放大器来扩展通信的距离，使其满足通信距离的要求。

进一步地，模块采用高性能低功耗的MCU作为主控制器，主控制MCU与UHF窄带通讯芯片采用SPI接口连接，直接对UHF窄带无线通讯芯片进行控制操作，同时主控制模块具有串口半双工通信功能，用户可以直接通过串口发送数据给主控制器，主控制器再操作控制UHF窄带无线通讯芯片将用户数据以无线形式发出。

UHF窄带模块在设计上选用工业级或军工级高性能器件，在晶振选型上选择军工级抗撞击型硅晶振，主控制器选择为业界内高性能低功耗MCU，无线通信芯片选用业界最优秀的工业级窄带无线通信芯片，满足性能的同时满足低功耗的设计要求。

UHF窄带无线通信模块供电接口采用直流5V供电设计，然后再由模块上的电源部分采用降压和稳压处理后，分别为模块的各个功能部分提供稳定电源。1）UHF窄带无线通信模块的1W功率放大器部分采用5V供电；2）UHF窄带无线通信芯片及单片机部分采用3.3V稳压供电。

进一步地，第一天线装置、第二天线装置和第三天线装置可为高增益定向天线，这种抛物面形状的天线可以转动，保证在飞行、探测期间指向接收信号目标，进一步提高信号传输效果。

进一步地，数据采集控制模块原理如下：传感器信号经过调理电路后，进入单片机进行ADC采集，将编码完成的数据进行存储，在约定的条件下将数据通过第一串行接口输出发给天线发射模块；通过单片机控制电源管理模块；主控制器通过充电及启动接口可以启动小型化数据拯救系统，通过第二串行接口发送指令给小型化数据拯救系统。

进一步地，电源模块配置如下：1）单片机：3.3V；2）模拟电路：A3.3V、 A6.5V；3）发射模块、天线模块：D5V；电源模块将供电分为模拟电路供电、单片机供电和天线发射模块供电，在启动该数据拯救系统工作后单片机电源转换芯片开始工作；启动数据采集时单片机启动模拟电路电源转换芯片工作，采集结束后单片机关闭模拟电路电源转换芯片；在天线发射模块工作期间由单片机启动天线发射模块电源转换芯片工作，数据发射结束后关闭其电源芯片。

在本发明中当该数据拯救系统搭载探测器时，或者作为探测器执行探测着陆任务时，通过总控模块基于数据采集控制模块中的导航模块、激光测距模块采集到的探测器的速度参数及高度参数进行着陆故障或者失败情况的预判，总控模块控制分离装置启动第二装置与第一装置的分离，同时触发第二数据无线回传模块进行数据回传，根据传输距离以及其它参数可灵活启动设置在第二装置轴线周侧的一个或多个第二天线装置进行数据传输，节约能源。

在本发明中当该数据拯救系统搭载探测器时，或者作为探测器执行探测着陆任务时，通过总控模块中设置的预设高度，控制分离装置启动第二装置与第一装置的分离，同时触发第二数据无线回传模块进行数据回传以进行数据的保存，在本实施例中，主要通过总控系统的检测数据与设定数据的对比反馈，继续数据的拯救回传，补充系统对小概率着陆故障的误判情况，进一步完善该数据拯救系统。

在本发明中当该数据拯救系统搭载撞击器时，在保证远离撞击影响范围的高度时，通过总控模块控制分离装置启动第二装置与第一装置的分离，同时触发第二数据无线回传模块进行数据回传以进行数据的保存，既能实现撞击天体的任务，又能得到撞击器下降过程中的详细数据，对比于现有技术中的撞击器，其脱离飞行器后只执行撞击任务，仅仅是通过深空中飞行至安全位置的飞行器对其进行撞击、爆炸的观测，撞击器脱离飞行器或者在设定下降过程中的参数是无法获取，通过本发明的设置，可实现最大限度的数据检测以及信息回传。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件，尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来；本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、物品或者设备/装置所固有的要素。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，该数据拯救系统包括防护缓冲模块、数据无线回传模块、数据采集控制模块、电源模块和总控模块，所述数据采集控制模块、所述总控模块均设置于所述防护缓冲模块内部，且所述数据采集控制模块与所述总控模块通信连接；所述防护缓冲模块包括第一装置和第二装置，所述第二装置设置于所述第一装置尾部并与所述第一装置通过分离装置连接；所述数据采集控制模块、所述总控模块均设置于所述第一装置内部；所述数据无线回传模块包括第一数据无线回传模块和第二数据无线回传模块，所述第一数据无线回传模块设置于所述第一装置内部，用于存储探测器飞行中检测到的数据；所述第二数据无线回传模块设置于所述第二装置内部，并与所述第一数据无线回传模块通信连接，用于实时备份所述第一数据无线回传模块中存储的数据；所述数据采集控制模块用于实时检测探测器着陆过程中的下降速度和待着陆区域距离参数，并传输至所述总控模块；所述总控模块基于所述数据采集控制模块采集的数据，对探测器着陆过程状态进行在线分析，判断是否能成功着陆，以制定相关措施；所述相关措施包括向所述防护缓冲模块发送启动第一装置与第二装置分离的控制指令，并向所述第二数据无线回传模块发出触发其执行数据回传的控制指令。

2.根据权利要求1所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述数据采集控制模块、所述总控模块、所述第一数据无线回传模块和所述第二数据无线回传模块的周侧均设置有缓冲结构，用于保证相邻模块之间的缓冲保护以及限位固定；所述缓冲结构包括第一缓冲结构和第二缓冲结构，所述第一缓冲结构与对应模块的接触面具有若干第一接触面折痕，所述第一缓冲结构背离对应模块的一面为第一缓冲面；所述第二缓冲结构与对应模块的接触面具有若干第二接触面折痕，所述第二缓冲结构背离对应模块的一面为第二缓冲面；所述第一接触面折痕与所述第二接触面折痕具有若干褶皱；所述第一缓冲面与所述第二缓冲面在该缓冲结构的周向上依次设置。

3.根据权利要求1所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述第二数据无线回传模块包括一个或多个第二天线装置；当所述第二天线装置为多个时，多个所述第二天线装置阵列设置于所述第二装置的轴线周侧，以形成全向天线阵列。

4.根据权利要求1所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述第一数据无线回传模块包括一个或多个第一天线装置，用于存储探测器飞行中检测到的数据；当所述第一天线装置为多个时，多个所述第一天线装置阵列设置于所述第一装置的轴线周侧。

5.根据权利要求4所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述第一装置包括至少两层壳体，相邻所述壳体之间通过缓冲装置连接，用于保护其内设置的所述数据采集控制模块和所述总控模块；所述缓冲装置由至少两种缓冲材料组合叠加构成。

6.根据权利要求5所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述第一装置包括撞击部和固定部，所述撞击部设置于所述固定部的前端，所述撞击部为子弹状；所述撞击部与所述固定部之间设置有过载传感器，所述过载传感器与所述总控模块通信连接；所述数据采集控制模块、所述总控模块依次固定设置于所述固定部；所述固定部的后端与所述第二装置连接。

7.根据权利要求1所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述分离装置为爆炸螺栓或者带环形爆炸索的连接件。

8.根据权利要求1所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述分离装置为液压驱动机械分离式液压弹射器。

9.根据权利要求1所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述分离装置为自主式安全分离装置；所述自主式安全分离装置包括外安装环、内切割环、装药环槽和点火装置，所述内切割环设置于所述外安装环的内侧且与所述外安装环形成一个环状的空腔；所述装药环槽绕设于所述空腔；所述点火装置设置于所述内切割环的内壁，并与所述装药环槽连通。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的应用于地外天体探测器的数据拯救系统，其特征在于，所述第二装置的周侧设置有多个第三天线装置，多个所述第三天线装置阵列设置于所述第二装置外侧，并与所述第二装置通过弹射装置连接；所述弹射装置与所述总控模块信号连接；所述第三天线装置为球状结构。

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