CN112422386A - 一种飞行控制系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

一种飞行控制系统及其通信方法，包括：主控模块、箭上以太网交换子模块、以及多个其他以太网节点模块，其中，所述主控模块与所述箭上以太网交换子模块之间通过以太网总线建立有一级链路；所述一级链路包括一级主链路和一级备链路；所述箭上以太网交换子模块与其他以太网节点模块之间通过以太网总线建立有二级链路；所述二级链路包括二级主链路和二级备链路；在以太网通信链路异常时，优先进行二级链路切换。采用本申请中的方案，可以降低多总线传输的复杂度，降低系统设计难度，有利于降低产品成本，提高箭上电气系统电磁兼容性，更具应用优势。

Description

一种飞行控制系统及其通信方法

技术领域

本申请涉及箭载总线设计技术，具体地，涉及一种飞行控制系统及其通信方法。

背景技术

总线是维系运载火箭各个电气功能单元的“神经网络”，目前火箭箭上总线设计多采用分层总线架构，即“中低速控制总线+高速遥测总线”的设计方案：控制总线实时完成火箭的控制任务，当前多采用CAN总线或1553B总线；遥测总线实现箭上大容量数据的交换、处理和传输，当前多采用LVDS。

未来火箭将面临大数据处理和高速数据传输需求，要具备较强的数据处理和传输能力。

现有技术中存在的问题：

现有火箭箭上总线设计无法满足未来大数据处理和高速数据传输的需求。

发明内容

本申请实施例中提供了一种飞行控制系统及其通信方法，以解决上述技术问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种飞行控制系统，包括：主控模块、箭上以太网交换子模块、以及多个其他以太网节点模块，其中，

所述主控模块与所述箭上以太网交换子模块之间通过以太网总线建立有一级链路；所述一级链路包括一级主链路和一级备链路；

所述箭上以太网交换子模块与其他以太网节点模块之间通过以太网总线建立有二级链路；所述二级链路包括二级主链路和二级备链路；

在以太网通信链路异常时，优先进行二级链路切换。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种飞行控制系统的通信方法，包括：

主控模块通过箭上以太网交换子模块向其他以太网节点模块发送指令；所述主控模块与所述箭上以太网交换子模块之间通过以太网总线建立有一级链路；所述一级链路包括一级主链路和一级备链路；所述箭上以太网交换子模块与其他以太网节点模块之间通过以太网总线建立有二级链路；所述二级链路包括二级主链路和二级备链路；

在以太网通信链路异常时，优先进行二级链路切换。

采用本申请实施例中提供的飞行控制系统及其通信方法，利用扩展性好、传输速率快、应用广泛的单一总线进行飞行控制软件间通信，可以降低多总线传输的复杂度，降低系统设计难度，有利于降低产品成本，提高箭上电气系统电磁兼容性，更具应用优势。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例一中飞行控制系统的结构示意图；

图2示出了本申请实施例一中四冗余总线切换策略示意图；

图3示出了本申请实施例二中飞行控制系统的通信方法实施的流程示意图。

具体实施方式

针对现有技术的技术问题，本申请实施例中提供了一种基于四冗余高速实时以太网控遥测一体化总线架构方案，该架构能够实现箭上控制总线与遥测总线的深入融合，通过四冗余设计及飞控软件应用层实时判断链路有效性提高总线的可靠性，减少了箭上总线种类，减轻电气系统产品总重量，有效压缩产品研制成本和周期。

本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1示出了本申请实施例一中飞行控制系统的结构示意图。

如图所示，所述飞行控制系统包括：主控模块、箭上以太网交换子模块、以及多个其他以太网节点模块，其中，

所述主控模块与所述箭上以太网交换子模块之间通过以太网总线建立有一级链路；所述一级链路包括一级主链路和一级备链路；

所述箭上以太网交换子模块与其他以太网节点模块之间通过以太网总线建立有二级链路；所述二级链路包括二级主链路和二级备链路；

在以太网通信链路异常时，优先进行二级链路切换。

采用本申请实施例中提供的飞行控制系统，利用扩展性好、传输速率快、应用广泛的单一总线进行飞行控制软件间通信，可以降低多总线传输的复杂度，降低系统设计难度，有利于降低产品成本，提高箭上电气系统电磁兼容性，更具应用优势。

在一种实施方式中，所述以太网通信链路异常，包括：

主控模块使用当前链路向其他以太网节点模块发送第一指令，在预设时间内未收到所述其他以太网节点模块的回复回令时，确认以太网通信链路异常。

在一种实施方式中，在所述预设时间为4ms时，所述第一指令，包括以下一种或多种：

非火工品时序指令、非火工品配电指令。

在一种实施方式中，在所述预设时间为2ms时，所述第一指令，包括以下一种或多种：

火工品时序指令、火工品时序指令。

在一种实施方式中，所述以太网通信链路异常，包括：

主控模块使用一级主链路和二级主链路向其他以太网节点模块发送第二指令，在预设时间内未收到所述其他以太网节点模块的回复回令时，确认以太网通信链路异常。

在一种实施方式中，在所述预设时间为4ms时，所述第二指令，包括以下一种或多种：

空气舵控制指令、姿控喷管控制指令。

在一种实施方式中，所述系统进一步包括：

若二级链路切换后以太网通信链路仍然异常，切换一级链路。

在一种实施方式中，所述系统进一步包括：

地面以太网交换子模块，所述地面以太网交换子模块与所述箭上以太网交换子模块通过以太网总线建立有二级链路，所述地面以太网交换子模块通过以太网总线与其他以太网节点模块建立有二级链路。

图2示出了本申请实施例一中四冗余总线切换策略示意图。

如图所示，假设当前通信链路为一级主链路和二级主链路组成的通信链路，主控模块可以通过一级主链路发送指令给交换单元(例如：箭上以太网交换子模块、地面以太网交换子模块)，然后交换单元通过二级主链路发送给其他以太网节点模块。

若当前通信链路异常时，即主控模块在预设时间内没有收到其他以太网节点模块的回复回令，那么，可以将二级主链路切换为二级备链路，当前通信链路变为一级主链路和二级备链路组成的通信链路。若此时仍然通信链路异常，则进行一级链路切换，即将一级主链路切换为一级备链路，当前通信链路变为一级备链路和二级备链路组成的通信链路。若此时仍然通信链路异常，则进行二级链路切换，将二级备链路切换为二级主链路，当前通信链路变为一级备链路和二级主链路组成的通信链路。

实施例二

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种飞行控制系统的通信方法，该方法解决技术问题的原理与一种飞行控制系统相似，重复之处不再赘述。

图3示出了本申请实施例二中飞行控制系统的通信方法实施的流程示意图。

如图所示，所述飞行控制系统的通信方法包括：

步骤301、主控模块通过箭上以太网交换子模块向其他以太网节点模块发送指令；所述主控模块与所述箭上以太网交换子模块之间通过以太网总线建立有一级链路；所述一级链路包括一级主链路和一级备链路；所述箭上以太网交换子模块与其他以太网节点模块之间通过以太网总线建立有二级链路；所述二级链路包括二级主链路和二级备链路；

步骤302、在以太网通信链路异常时，优先进行二级链路切换。

采用本申请实施例中提供的飞行控制系统的通信方法，利用扩展性好、传输速率快、应用广泛的单一总线进行飞行控制软件间通信，可以降低多总线传输的复杂度，降低系统设计难度，有利于降低产品成本，提高箭上电气系统电磁兼容性，更具应用优势。

在一种实施方式中，所述方法进一步包括：

若二级链路切换后以太网通信链路仍然异常，切换一级链路。

实施例三

为了便于本申请的实施，本申请实施例以一具体实例进行说明。

以太网总线完成上面级控制器内部各模块及箭地通信控制功能，以太网总线采用星型网络架构，以太网交换子芯片作为各功能模块的交换中心，完成各模块之间信息的交互。

以太网传输层协议采用UDP协议，物理层的电气特性符合ANSI/IEEEStd.802.3标准。以太网各节点间采用双总线冗余设计，通过两个独立、冗余的链路传输数据，能够在一个链路完全失效的情况下正常传输数据，保证了数据传输的可靠性，以太网总线各节点详见下表所示：

箭上以太网总线切换工作由主控模块完成，针对“主控模块←→以太网交换子模块←→其他以太网节点模块”的通信链路，分为“主控模块←→以太网交换子模块”和“以太网交换子模块←→其他以太网节点模块”两部分。“主控模块←→以太网交换子模块”简称为“一级链路”；“以太网交换子模块←→其他以太网节点模块”为“二级链路”。制定多级链路切换机制，当以太网通信链路异常时，优先进行“二级链路”切换。

箭上以太网切换工作由上面级飞控软件完成，为了确保飞行过程控制信号实时性及可靠性，箭上总线切换机制仅针对伺服控制指令及时序控制类指令进行超时判断及总线切换。

假设主链路为A、备链路为B，那么以太网总线切换方式有三种：

a)主控模块飞行软件使用当前链路向其他模块发送指令，其他模块如果在4ms回复回令，如果有则认为本次传输正常，否则进行链路切换，并重发该指令，然后再继续判断是否有回令，如果有回令，则认为本次传输正常，否则继续重传最多4次，切换的顺序为：AA->AB->BB->BA->AA…；

b)主控模块飞行软件使用当前链路向其他模块发送指令，其他模块如果在2ms回复回令，如果有则认为本次传输正常，否则进行链路切换，并重发该指令，然后再继续判断是否有回令，如果有回令，则认为本次传输正常，否则继续重传最多4次，切换的顺序为AA->AB->BB->BA->AA…；

c)主控模块飞行软件使用AA链路向其他模块发送指令，其他模块如果在4ms回复回令，如果有则认为本次传输正常，否则进行链路切换，链路的切换顺序为AA->AB->BB->BA->AA…。

使用第1种切换方式的指令有：非火工品时序指令与配电指令。

使用第2种切换方式的指令有：火工品时序指令。

使用第3种切换方式的指令有：空气舵控制指令和姿控喷管控制指令，共计2种。

下面本申请实施例以空气舵控制指令和姿控喷管控制指令为例，介绍具体切换过程如下：

a)上面级飞控软件由主通道(192.168.0.11)发送至模块2主通道(192.168.0.3)的伺服控制指令/姿控喷管控制指令，在超时时间(4ms)内如果未收到模块2回令，则上面级飞控软件在下一个5ms周期内切换为备通道(192.168.0.11)发送指令至模块2主通道(192.168.0.103)；

b)如果超时时间内还未收到回令，则上面级飞控软件在下一个5ms周期内切换为备通道(192.168.0.101)发送指令至模块2备通道(192.168.0.103)；

c)如果超时时间内还未收到回令，则上面级飞控软件在下一个5ms切换为备通道(192.168.0.101)发送指令至模块2主通道(192.168.0.3)。

本申请实施例相比于以往箭载总线设计存在以下优点：

1)开放性、扩展性不够：基于TCP/IP协议的以太网是一种标准的开放式网络，不同厂商的设备容易互联互通。这种特性非常适合于解决商业航天领域箭载电气系统中不同厂商设备兼容和互操作的问题。以太网是目前应用最广泛的局域网技术，受到广泛的技术支持。几乎所有的编程语言都支持其应用和开发。因此，采用基于以太网作为现场总线,可以保证多种开发工具、开发环境供选择。

2)数据传输速率低：以太网支持的数据传输速率为10Mbps、100Mbps、1Gbps。比目前的任何现成总线都快，可以满足对宽带的更高要求。随着未来火箭遥测及控制数据量的激增，箭载总线一般选择100Mpbs以上的传输速率。在相同通信条件下，通信速率的提高意味着网络负荷的减轻，而网络负荷的减轻则意味着确定性的提高。

3)成本低：由于以太网应用广泛，受到硬件开发与生产厂商的高度重视与广泛支持，有多种硬件产品供用户选择。同其它总线产品相比，其硬件价格相对低廉得多。随着集成电路技术的发展，其价格还会进一步下降。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种飞行控制系统，其特征在于，包括：主控模块、箭上以太网交换子模块、以及多个其他以太网节点模块，其中，

所述主控模块与所述箭上以太网交换子模块之间通过以太网总线建立有一级链路；所述一级链路包括一级主链路和一级备链路；

所述箭上以太网交换子模块与其他以太网节点模块之间通过以太网总线建立有二级链路；所述二级链路包括二级主链路和二级备链路；

在以太网通信链路异常时，优先进行二级链路切换。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述以太网通信链路异常，包括：

主控模块使用当前链路向其他以太网节点模块发送第一指令，在预设时间内未收到所述其他以太网节点模块的回复回令时，确认以太网通信链路异常。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述预设时间为4ms时，所述第一指令，包括以下一种或多种：

非火工品时序指令、非火工品配电指令、。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述预设时间为2ms时，所述第一指令，包括以下一种或多种：

火工品时序指令、火工品时序指令。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述以太网通信链路异常，包括：

主控模块使用一级主链路和二级主链路向其他以太网节点模块发送第二指令，在预设时间内未收到所述其他以太网节点模块的回复回令时，确认以太网通信链路异常。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，在所述预设时间为4ms时，所述第二指令，包括以下一种或多种：

空气舵控制指令、姿控喷管控制指令。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

若二级链路切换后以太网通信链路仍然异常，切换一级链路。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：

地面以太网交换子模块，所述地面以太网交换子模块与所述箭上以太网交换子模块通过以太网总线建立有二级链路，所述地面以太网交换子模块通过以太网总线与其他以太网节点模块建立有二级链路。

9.一种飞行控制系统的通信方法，其特征在于，包括：

主控模块通过箭上以太网交换子模块向其他以太网节点模块发送指令；所述主控模块与所述箭上以太网交换子模块之间通过以太网总线建立有一级链路；所述一级链路包括一级主链路和一级备链路；所述箭上以太网交换子模块与其他以太网节点模块之间通过以太网总线建立有二级链路；所述二级链路包括二级主链路和二级备链路；

在以太网通信链路异常时，优先进行二级链路切换。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括：

若二级链路切换后以太网通信链路仍然异常，切换一级链路。

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