CN112012851A - 一种无人机集群助推火箭点火控制系统及其工作方法 - Google Patents

一种无人机集群助推火箭点火控制系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无人机集群助推火箭点火控制系统及其工作方法，系统包括显示模块、信息处理模块、物理端口识别模块、计算机(含上位机软件)、点火控制模块、遥控接收机和遥测接收机。通过计算机(含上位机软件)、遥控编码识别逻辑和遥测编码识别逻辑判断点火触发条件，实现手动或自动触发多路助推火箭点火。本发明可以支持无人机集群场景下的多机点火发射，能够自适应不同种类的无人机助推火箭自动或手动点火发射，解决了无人机集群发射时的助推火箭点火控制装置类别众多、操作繁琐、失误风险高的问题。

Description

一种无人机集群助推火箭点火控制系统及其工作方法
技术领域
本发明属于无人机助推火箭点火控制技术领域，具体涉及一种无人机集群助推火箭点火控制系统及其工作方法。
背景技术
无人机目前已经在民用和军事领域广泛应用，尤其是采用助推火箭发射的无人机在军事项目中应用最为广泛。采用火箭助推发射具有部署快速、机动性强，对场地要求低等特点。通常情况下，一架无人机配备一套助推火箭点火控制系统。随着部队训练贴近实战化，单机执行任务已经不能满足实训需求，迫切需要无人机集群多架次起飞。因此未来无人机发射起飞将会是一种在同一区域同一时段的密集式集群式发射起飞。目前助推火箭一般采取通电触发点火方式，通过一根三十至五十米的金属导线一端连接在助推火箭上的点火端，另一端连接在助推火箭点火控制装置上。单机或者少量无人机时，连接对应关系较为清晰。但面临无人机集群多机发射起飞时，发射点火控制装置和无人机的对应关系识别难度随数量的递增逐渐增大。
无人机集群发射起飞时，现场指挥员向发射控制点操作员下达发射命令，操作员按下发射按钮，助推火箭点火无人机起飞。从命令下达，到点火起飞期间，会面临众多突发情况，如无人机故障、起飞顺序改变，口令传输错误、任务取消等系列问题。面对这些问题以往都靠人员现场凭借记忆和经验，甄别处置，传统的无人机助推火箭点火控制系统无法减轻操作人员的工作强度更无法提供帮助，不可避免的发生错点火误点火的事故、发射风险极大。
中国专利CN 101886897 A烟花点火系统该专利借助遥控可实现多路烟花的点火发射但存在以下技术问题：一、遥控点火指令没有识别验证措施，容易出现误触发。二、没有引入烟花接入识别方法，烟花在未接入时无法提示操作人员。三、未引入遥测识别机制，无法给操作人员提示当前烟花状态。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题和风险，本发明的目的是提供一种无人机集群助推火箭点火控制系统及其工作方法，该系统可以支持无人机集群发射起飞的需求，能够自动识别发射风险，解决了靠人工判断发射时机的问题，减少发射失误。本发明装配的遥控接收机和遥测接收机可以是无人机自带测控链路设备，省去了二次开发，节省了研发时间周期和资金投入。
本发明所采用的技术方案为：一种无人机集群助推火箭点火控制系统，包括显示模块、信息处理模块、物理端口识别模块、计算机(包括上位机软件)、点火控制模块、遥控接收机和遥测接收机；
其中，遥控接收机、遥测接收机、显示模块、物理端口识别模块、计算机、点火控制模块分别与信息处理模块连接，点火控制模块与物理端口识别模块连接，物理端口识别模块与多路助推火箭连接；
所述遥测接收机用于接收空中单机或多机的无人机遥测数据，然后传输至信息处理模块；
所述遥控接收机用于接收地面单机或多机的无人机遥控指令，然后传输至信息处理模块；
所述物理端口识别模块用于识别助推火箭接入信息，然后传输至信息处理模块；
所述信息处理模块与计算机相连接，实现数据双向传输，先由信息处理模块将采集到的无人机遥测数据、无人机遥控指令、助推火箭接入信息传递至计算机，再经计算机对上述数据进行解析、分析、比对、判别后传输至信息处理模块，再由显示模块显示出当前系统状态，同时信息处理模块将经计算机判别后的数据传输给点火控制模块。
所述物理端口识别模块包括接线端口和端口巡检电路板，两个以上的助推火箭通过导线连接在物理端口识别模块的接线端口上，端口巡检电路板用于巡检接线端口状态。
所述显示模块包括显示屏，用于显示当前系统工作状态。
所述点火控制模块包括按键，用于操作手动点火和自动点火。
所述点火控制模块包括遥控编码识别开关模块、遥测编码识别开关模块、手动点火开关模块、自动点火开关模块；
手动点火开关模块和自动点火开关模块分别与点火控制模块连接；
所述信息处理模块将经计算机判别后的数据传输给点火控制模块中的遥控编码识别开关模块和遥测编码识别开关模块，遥控编码识别开关模块对信号处理模块传输来的数据识别处理后发送至遥测编码识别开关模块，遥测编码识别开关模块对从信息处理模块和遥控编码识别开关模块接收的双路数据识别处理后，同时传输至手动点火开关模块和自动点火开关模块，手动点火开关模块和自动点火开关模块根据接收的数据判定点火控制模块是否发送点火指令。
所述遥控编码识别开关模块由多路点火通道组成，点火通道中开关选择继电器或可控硅，信息处理模块将遥控指令传输至遥控编码识别开关模块的电路板控制芯片中，再由电路板控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。
所述遥测编码识别开关模块由多路点火通道组成，点火通道开关选择继电器或可控硅。信息处理模块将遥测信息传输至遥测编码识别开关模块的电路板控制芯片中，由电路板中的控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。
所述自动点火开关模块由多路点火通道组成，点火通道开关选择继电器或可控硅，信息处理模块将自动点火指令发送至自动点火模块的电路板控制芯片中，由电路板中的控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。
所述手动点火开关模块由多路点火通道组成，点火通道开关选择继电器或可控硅，由人工手动操作机械按钮开关控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。
所述遥控编码识别开关模块和遥测编码识别开关模块中的多路点火通道，按照通道编号组成串联电路逻辑。
所述手动点火开关模块和自动点火开关模块中的多路点火通道，按照通道编号组成并联电路逻辑。
所述手动点火开关模块和自动点火开关模块按照通道编号组成的并联电路再串联接入由遥控编码识别开关模块和遥测编码识别开关模块按照通道编号组成的串联电路中。
本发明还提供了一种无人机集群助推火箭点火控制系统工作方法，包括物理端口识别模块中逻辑处理方法、遥控编码识别开关模块中的逻辑处理方法和遥测编码识别开关模块中逻辑处理方法；
所述物理端口识别模块中逻辑处理方法包括：
步骤a1，系统启动；
步骤a2，端口巡检电路板依次巡检接线端口状态；
步骤a3，通过端口巡检电路板识别助推火箭导线接入状态，如果没有助推火箭导线接入，则重复步骤a2；如果有助推火箭接入则转到步骤a4；
步骤a4，物理端口识别模块记录当前接线端口的编号；
步骤a5，显示模块接收并显示接线端口接入状态；
步骤a6，开启下轮循环转到步骤a1；
所述遥控编码识别开关模块中的逻辑处理方法包括：
步骤b1，遥控编码识别开关模块识别并记录物理端口模块中已接入助推火箭的接线端口编号；
步骤b2，计算机(含上位机软件)依次解析遥控接收机传输来的无人机遥控；
步骤b3，检测遥控指令字符中的无人机编号；
步骤b4，比对已接入助推火箭的接线端口编号与步骤b3检测的无人机编号是否一致，如果编号不一致，则返回步骤b2再次解析遥控接收机传输来的无人机遥控指令；如果编号一致，则记录无人机编号；
步骤b5，闭合遥控编码识别开关模块中对应的无人机编号开关通道；
步骤b6，开启下轮循环，转到步骤b1；
所述遥测编码识别开关模块中的逻辑处理方法包括：
步骤c1，计算机(含上位机软件)依次解析遥测接收机传输来的无人机遥测；
步骤c2，计算机通过上位机软件识别无人机是否具备起飞条件，如果不具备起飞条件则重复步骤c1；如果具备起飞条件则转到步骤c3；
步骤c3，记录具备起飞条件的无人机编号；
步骤c4，计算机(含上位机软件)依次解析遥控接收机传输来的无人机遥控；
步骤c5，记录无人机遥控指令字符中包括“起飞”指令的无人机编号；
步骤c6，比对含“起飞”指令的无人机编号与遥测具备起飞条件的无人机编号是否一致，如果不一致则重复步骤c4；如果一致，则转到步骤c7；
步骤c7，闭合遥测编码识别开关模块中对应的编号开关通道；
步骤c8，开启下轮循环，转到步骤c1。
本发明基于无线电测控通信技术，采用无人机遥控编码识别、遥测编码识别、上位机软件识别技术组成与门逻辑判断，控制多路助推火箭点火开关通道通断，现实无人机集群多枚助推火箭点火发射起飞功能，具备自动点火和手动点火模式。
有益效果：目前市场采用火箭助推起飞的无人机，火箭点火控制装置与无人机的数量配比至少是一比一，考虑到集群起飞时需要的火箭点火控制装置数量还要留有备用数量，总数量众多给运输和维护带来的压力。本发明适用于集群点火控制，可实现一对多功能。
目前市场火箭点火控制装置与助推火箭必须靠导线连接，导线内导通点火触发电流，在同一场地无人机集群起飞时，地面铺设的众多导线犹如蜘蛛网，全靠人工识别将无人机与火箭点火控制装置逐一配对，若配对错位就会面临误点火起飞的问题。本发明采用遥控和遥测编码识别，避免了人为失误风险。
目前市场火箭点火装置与助推火箭因采用导线连接距离较近，存在火箭点火爆炸风险，危及人身安全。本发明可实现无线远程点火控制，安全可靠。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统结构示意图。
图2为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统部件连接关系图。
图3为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制点火控制逻辑连接图
图4为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统的工作方法中的助推火箭接入物理端口识别方法流程图。
图5为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统的工作方法中的遥控编码识别开关逻辑处理方法流程图。
图6为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统的工作方法中的遥测编码识别开关逻辑处理方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
如图1所示，本发明提供了一种无人机集群助推火箭点火控制系统，包括物理端口识别模块1、显示模块2、信息处理模块3、点火控制模块4、计算机(含上位机软件)5、遥测接收机6和遥控接收机7。
物理端口识别模块1包括接线端口和与接线端口连接的端口巡检电路板，若干个助推火箭通过导线连接在物理端口识别模块1的接线端口上；
显示模块2包括显示屏和与显示屏连接的电路板，用于显示当前系统工作状态；
信息处理模块3包括接线端口和与接线端口连接的电路板，通过接线端口及线缆连接计算机(含上位机软件)5、遥测接收机6和遥控接收机7；
点火控制模块4包括按键和与按键连接的电路板，用于操作手动点火和自动点火。
如图2所示，本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统部件连接关系，遥测接收机用来接收空中单机或多机的无人机遥测数据，通过线缆传输至信息处理模块。遥控接收机用来接收地面单机或多机的无人机遥控指令，通过线缆传输至信息处理模块。物理端口识别模块用来识别助推火箭接入状态，通过线缆传输至信息处理模块，信息处理模块与计算机(含上位机软件)通过线缆连接，实现数据双向传输，先由信息处理模块将采集到的空中无人机遥测信息、地面遥控指令信息、助推火箭接入信息传递至计算机，再经上位机软件对上述信息进行解析、分析、比对、判别后传输至信息处理模块，再由显示模块显示出当前系统状态。同时信息处理模块将经上位机软件判别后的信息传输给点火控制模块中遥控编码识别开关模块和遥测编码。点火控制模块内部，遥控编码识别开关模块对信号处理模块传输来的信息识别处理后发送至遥测编码识别开关模块，遥测编码识别开关模块接收从信息处理模块和遥控编码识别开关模块双路信息识别处理后，同时传输至手动点火开关模块和自动点火开关模块。
手动点火开关模块和自动点火开关模块分别与点火控制模块连接。
点火控制模块再与物理端口识别模块连接。物理端口识别模块再与若干个助推火箭连接。
如图3所示本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制点火控制逻辑，
点火电源VCC分别接入遥控编码识别开关模块中电路板的点火通道1至N通道上，点火通道中开关可选择继电器或可控硅，信息处理模块将遥控指令传输至遥控编码识别开关模块的电路板控制芯片中，再由电路板控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。遥控编码识别开关模块中的点火通道串联接入遥测编码识别开关模块中的点火通道，串联点火通道一一对应。遥测编码识别开关模块的点火通道开关可选继电器或可控硅。信息处理模块将遥测信息传输至遥测编码识别开关模块的电路板控制芯片中，由电路板中的控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。自动点火开关模块中的点火通道1至N与手动点火开关模块中点火通道1至N先组成并联电路再串联接入到遥测编码识别开关模块的点火通道1至N上。自动点火开关模块的点火通道开关可选继电器或可控硅。信息处理模块将自动点火指令发送至自动点火模块的电路板控制芯片中，由电路板中的控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。手动点火开关模块的点火通道开关可选继电器或可控硅，由人工手动操作机械按钮开关控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。物理端口识别模块中的点火通道1至N串联接入由自动点火开关模块和手动点火开关模块构成的点火通道中。助推火箭内部点火头连接物理端口识别模块的电源VCC端和GND端。
如图4所示，为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统的工作方法中的助推火箭接入物理端口识别模块中逻辑处理方法，包括以下步骤：
步骤a1，系统启动；
步骤a2，端口巡检电路板依次巡检接线端口状态(通过接入电阻或接线端位置判断)；
步骤a3，通过端口巡检电路板识别助推火箭导线接入状态，如果没有助推火箭导线接入，则重复步骤a2。如果有助推火箭接入则转到步骤a4；
步骤a4，物理端口识别模块记录当前端口编号；
步骤a5，显示模块接收并显示接线端口接入状态；
步骤a6，开启下轮循环转到步骤a1；
如图5所示，为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统的工作方法中的遥控编码识别开关逻辑处理方法，包括以下步骤：
步骤b1，遥控编码识别开关模块识别并记录物理端口模块中已接入助推火箭的接线端口编号；
步骤b2，计算机(含上位机软件)依次解析遥控接收机传输来的无人机遥控；
步骤b3，检测遥控指令字符中的无人机编号；
步骤b4，比对已接入助推火箭的接线端口编号与步骤b3遥控指令无人机编号是否一致，如果编号不一致，则返回步骤b2再次解析遥控接收机传输来的无人机遥控指令；如果编号一致，则记录无人机编号；
步骤b5，闭合遥控编码识别开关模块中对应的无人机编号开关通道；
步骤b6，开启下轮循环转到步骤b1；
如图6所示，为本发明提供的无人机集群助推火箭点火控制系统的工作方法中的遥测编码识别开关逻辑处理方法，包括以下步骤：
步骤c1，计算机(含上位机软件)依次解析遥测接收机传输来的无人机遥测；
步骤c2，计算机通过上位机软件识别无人机是否具备起飞条件，如果不具备起飞条件则重复步骤c1。如果具备起飞条件则转到步骤c3；
步骤c3，记录具备起飞条件的无人机编号；
步骤c4，计算机(含上位机软件)依次解析遥控接收机传输来的无人机遥控指令；步骤c5，记录无人机遥控指令字符中包括“起飞”指令的无人机编号；
步骤c6，比对含“起飞”遥控指令的无人机编号与遥测具备起飞条件的无人机编号是否一致，如果无人机编号不一致则重复步骤c4。如果无人机编号一致，则转到步骤c7；
步骤c7，闭合遥测编码识别开关模块中对应的编号开关通道；
步骤c8，开启下轮循环转到步骤c1。
本发明提供了一种无人机集群助推火箭点火控制系统及其工作方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

1.一种无人机集群助推火箭点火控制系统，其特征在于，包括显示模块、信息处理模块、物理端口识别模块、计算机、点火控制模块、遥控接收机和遥测接收机；
其中，遥控接收机、遥测接收机、显示模块、物理端口识别模块、计算机、点火控制模块分别与信息处理模块连接，点火控制模块与物理端口识别模块连接，物理端口识别模块与多路助推火箭连接；
所述遥测接收机用于接收空中单机或多机的无人机遥测数据，然后传输至信息处理模块；
所述遥控接收机用于接收地面单机或多机的无人机遥控指令，然后传输至信息处理模块；
所述物理端口识别模块用于识别助推火箭接入信息，然后传输至信息处理模块；
所述信息处理模块与计算机相连接，实现数据双向传输，先由信息处理模块将采集到的无人机遥测数据、无人机遥控指令、助推火箭接入信息传递至计算机，再经计算机对上述数据进行解析、分析、比对、判别后传输至信息处理模块，再由显示模块显示出当前系统状态，同时信息处理模块将经计算机判别后的数据传输给点火控制模块。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述物理端口识别模块包括接线端口和端口巡检电路板，两个以上的助推火箭通过导线连接在物理端口识别模块的接线端口上，端口巡检电路板用于巡检接线端口状态。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述显示模块包括显示屏，用于显示当前系统工作状态。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述点火控制模块包括按键，用于操作手动点火和自动点火。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述点火控制模块包括遥控编码识别开关模块、遥测编码识别开关模块、手动点火开关模块、自动点火开关模块；
手动点火开关模块和自动点火开关模块分别与点火控制模块连接；
所述信息处理模块将经计算机判别后的数据传输给点火控制模块中的遥控编码识别开关模块和遥测编码识别开关模块，遥控编码识别开关模块对信号处理模块传输来的数据识别处理后发送至遥测编码识别开关模块，遥测编码识别开关模块对从信息处理模块和遥控编码识别开关模块接收的双路数据识别处理后，同时传输至手动点火开关模块和自动点火开关模块，手动点火开关模块和自动点火开关模块根据接收的数据判定点火控制模块是否发送点火指令。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述遥控编码识别开关模块由多路点火通道组成，点火通道中开关选择继电器或可控硅，信息处理模块将遥控指令传输至遥控编码识别开关模块的电路板控制芯片中，再由电路板控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道；
所述遥测编码识别开关模块由多路点火通道组成，点火通道开关选择继电器或可控硅，信息处理模块将遥测信息传输至遥测编码识别开关模块的电路板控制芯片中，由电路板中的控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述自动点火开关模块由多路点火通道组成，点火通道开关选择继电器或可控硅，信息处理模块将自动点火指令发送至自动点火模块的电路板控制芯片中，由电路板中的控制芯片控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述手动点火开关模块由多路点火通道组成，点火通道开关选择继电器或可控硅，由人工手动操作机械按钮开关控制继电器或可控硅导通或关断点火通道。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述遥控编码识别开关模块和遥测编码识别开关模块中的多路点火通道，按照通道编号组成串联电路逻辑；
所述手动点火开关模块和自动点火开关模块中的多路点火通道，按照通道编号组成并联电路逻辑；
所述手动点火开关模块和自动点火开关模块按照通道编号组成的并联电路再串联接入由遥控编码识别开关模块和遥测编码识别开关模块按照通道编号组成的串联电路中。
10.一种无人机集群助推火箭点火控制系统工作方法，其特征在于，包括物理端口识别模块中逻辑处理方法、遥控编码识别开关模块中的逻辑处理方法和遥测编码识别开关模块中逻辑处理方法；
所述物理端口识别模块中逻辑处理方法包括：
步骤a1，系统启动；
步骤a2，端口巡检电路板依次巡检接线端口状态；
步骤a3，通过端口巡检电路板识别助推火箭导线接入状态，如果没有助推火箭导线接入，则重复步骤a2；如果有助推火箭接入则转到步骤a4；
步骤a4，物理端口识别模块记录当前接线端口的编号；
步骤a5，显示模块接收并显示接线端口接入状态；
步骤a6，开启下轮循环转到步骤a1；
所述遥控编码识别开关模块中的逻辑处理方法包括：
步骤b1，遥控编码识别开关模块识别并记录物理端口模块中已接入助推火箭的接线端口编号；
步骤b2，计算机依次解析遥控接收机传输来的无人机遥控指令；
步骤b3，检测遥控指令字符中的无人机编号；
步骤b4，比对已接入助推火箭的接线端口编号与步骤b3检测的无人机编号是否一致，如果编号不一致，则返回步骤b2再次解析遥控接收机传输来的无人机遥控指令；如果编号一致，则记录无人机编号；
步骤b5，闭合遥控编码识别开关模块中对应的无人机编号开关通道；
步骤b6，开启下轮循环，转到步骤b1；
所述遥测编码识别开关模块中的逻辑处理方法包括：
步骤c1，计算机依次解析遥测接收机传输来的无人机遥测指令；
步骤c2，计算机通过上位机软件识别无人机是否具备起飞条件，如果不具备起飞条件则重复步骤c1；如果具备起飞条件则转到步骤c3；
步骤c3，记录具备起飞条件的无人机编号；
步骤c4，计算机依次解析遥控接收机传输来的无人机遥控指令；
步骤c5，记录无人机遥控指令字符中包括起飞指令的无人机编号；
步骤c6，比对含起飞指令的无人机编号与遥测具备起飞条件的无人机编号是否一致，如果不一致则重复步骤c4；如果一致，则转到步骤c7；
步骤c7，闭合遥测编码识别开关模块中对应的编号开关通道；
步骤c8，开启下轮循环，转到步骤c1。
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