CN112925191B - 载人飞船逃逸控制指令收发系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天测控技术领域，提供一种载人飞船逃逸控制指令收发系统和方法。系统主要包括：地面控制中心，用于获取火箭的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息判断所述火箭是否出现故障；至少两台地面站，用于在所述火箭出现故障时，向所述火箭发送不同的逃逸控制指令；箭上逃逸指令接收机，包括至少两个接收通道，用于在所述至少两个接收通道中任一通道收到所述逃逸控制指令后，立即执行载人飞船与所述火箭分离。本发明大大提升了载人飞船发射过程中的异常处置能力和航天员安全性，逃逸控制可靠性高、安全性高。

Description

载人飞船逃逸控制指令收发系统和方法

技术领域

本发明涉及航天测控技术领域，尤其涉及一种载人飞船逃逸控制指令收发系统和方法。

背景技术

在载人航天任务中，航天员的生命安全是首要考虑的问题。工程总体对航天员安全性提出的极高的要求，在各飞行阶段总体设计时必须考虑影响航天员生命安全的因素，制定应急处置方案，满足安全性指标要求。然而，载人飞船发射过程中，火箭飞行可靠性指标与安全性指标并不匹配，为确保航天员安全性，设计了地面逃逸控制手段，一旦火箭出现故障，利用逃逸控制通道使飞船脱离故障火箭，飞行至安全区域。

在现有技术中，逃逸控制指令的收发模式为：箭上安装单频点逃逸控制指令接收机；地面仅部署统一测控系统，采用统一载波体制发送逃逸控制指令。该模式具有以下局限性：一是逃逸控制指令仅能从一个通道发送至逃逸控制指令接收机，可靠性有限；二是统一载波体制采用多级相干调制/解调方式，捕获和解调过程时间长，降低了逃逸控制的实时性和可用性；三是指令集合中样本数量有限，容易遍历，存在接收误指令的安全性风险，后果不堪设想。

发明内容

基于此，本发明实施例提供一种载人飞船逃逸控制指令收发系统和方法，以解决现有技术中逃逸控制指令的收发模式可靠性低的问题。

本发明实施例的第一方面，提供一种载人飞船逃逸控制指令收发系统，包括：

地面控制中心，用于获取火箭的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息判断所述火箭是否出现故障；

至少两台地面站，用于在所述火箭出现故障时，向所述火箭发送不同的逃逸控制指令；

箭上逃逸指令接收机，包括至少两个接收通道，用于在所述至少两个接收通道中任一通道收到所述逃逸控制指令后，立即执行载人飞船与所述火箭分离。

可选的，所述至少两台地面站具体用于：

在所述火箭出现故障时，向所述火箭发送频率不同的逃逸控制指令。

可选的，所述至少两台地面站具体用于：

在所述火箭出现故障时，同时向所述火箭发送频率不同的逃逸控制指令。

可选的，所述至少两个接收通道接收的信号频率均不相同。

可选的，所述箭上逃逸指令接收机具体用于：

通过所述至少两个接收通道接收不同频率的信号，并将所述不同频率的信号均依次进行解调和译码，若得到所述逃逸控制指令，立即执行载人飞船与所述火箭分离。

可选的，所述逃逸控制指令的调制体制为多音组合编码调频体制。

可选的，所述多音组合编码调频体制，包括：

将所述地面站的设备参数和逃逸控制码元与单音信号一一对应，形成单音信号集合；

在所述单音信号集合中获取预设数量的单音并相加，得到一级调制信号；

将所述一级调制信号进行调频，得到与所述地面站对应的所述逃逸控制指令。

本发明实施例的第二方面，提供一种载人飞船逃逸控制指令收发方法，包括：

根据地面控制中心获取的火箭的飞行状态信息，判断所述火箭是否出现故障；

在所述火箭出现故障时，通过至少两个接收通道获取至少两台地面站发送的不同的逃逸控制指令；

在所述至少两个接收通道中任一通道收到所述逃逸控制指令后，立即执行载人飞船与所述火箭分离。

可选的，所述在所述火箭出现故障时，通过至少两个接收通道获取至少两台地面站发送的不同的逃逸控制指令，包括：

在所述火箭出现故障时，通过至少两个接收通道获取至少两台地面站发送的频率不同的逃逸控制指令。

可选的，所述逃逸控制指令的调制体制为多音组合编码调频体制。

本发明实施例的载人飞船逃逸控制指令收发系统和方法与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明主要包括地面控制中心、至少两台地面站和包括至少两个接收通道的箭上逃逸指令接收机；地面控制中心获取火箭的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息判断所述火箭是否出现故障；至少两台地面站在所述火箭出现故障时，向所述火箭发送不同的逃逸控制指令；箭上逃逸指令接收机在所述至少两个接收通道中任一通道收到所述逃逸控制指令后，立即执行载人飞船与所述火箭分离，实现了实时的、快速的控制载人飞船的安全，大大提升了载人飞船发射过程中的异常处置能力和航天员安全性，逃逸控制可靠性高、安全性高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种载人飞船逃逸控制指令收发系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种载人飞船逃逸控制指令收发系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的地面站的布局示意图；

图4是本发明实施例提供的地面站对火箭飞行弹道的可视弧段示意图；

图5是本发明实施例提供的多音组合编码调频体制的原理示意图；

图6是本发明实施例提供的一种载人飞船逃逸控制指令收发方法的实现流程示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参见图1，为本实施例中载人飞船逃逸控制指令收发系统的结构示意图。为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。

所述载人飞船逃逸控制指令收发系统主要包括：地面控制中心100、至少两台地面站200和箭上逃逸指令接收机300。其中，箭上逃逸指令接收机300包括至少两个接收通道，每个接收通道接收不同频率的信号。

具体的，地面控制中心100用于获取火箭的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息判断所述火箭是否出现故障；每台地面站200用于在所述火箭出现故障时，向所述火箭发送不同的逃逸控制指令；箭上逃逸指令接收机300用于在所述至少两个接收通道中任一通道收到所述逃逸控制指令后，立即执行载人飞船与所述火箭分离。应理解，本实施例对地面站200的数量并不进行限定，可以为两个，如图2，也可以为多个，如图3中的多个逃逸控制指令发送设备。

示例性的，在火箭出现故障威胁到航天员安全时，由可视条件较好的两套地面设备，同时向火箭发送不同频率的逃逸控制指令，箭上逃逸指令接收机任一通道收到指令后均立即执行，控制载人飞船与火箭应急分离，如图2所示，可视条件较好的地面站1向火箭发送频率1的逃逸控制指令，同时地面站2向火箭发送频率2的逃逸控制指令，箭上逃逸指令接收机300的通道1收到指令和/或通道2收到指令后立即执行，处理速度快，安全性高。

逃逸控制指令是异常情况下确保航天员安全的最后手段，因此，指令发送的可靠性至关重要。因此，本实施例提供了一种高可靠、高安全逃逸控制指令收发模式，主要针对载人飞船发射期间火箭出现故障的情况，地面需向火箭发送逃逸控制指令使载人飞船应急脱离故障火箭，安全返回地面或进入应急运行轨道，大大提升了指令收发的可靠性，提升载人飞船发射任务的安全性。

可选的，本实施例的至少两台地面站200具体可以用于：

在所述火箭出现故障时，向所述火箭发送频率不同的逃逸控制指令。

每台地面站200在确定火箭出现故障时，均发送与其对应频率的逃逸控制指令，不同地面站200的频率不同，可以适应箭上逃逸指令接收机300的各个通道，保证信号接收的稳定性和可靠性。

可选的，本实施例的至少两台地面站200具体可以用于：

在所述火箭出现故障时，同时向所述火箭发送频率不同的逃逸控制指令。

每台地面站200同时发送不同频率的逃逸控制指令，可以保证箭上逃逸指令接收机300的各个通道尽快收到信号，保证航天员的安全性。

对应的，箭上逃逸指令接收机300的至少两个接收通道接收的信号频率均不相同。可选的，本实施例的箭上逃逸指令接收机300具体可以用于：

通过所述至少两个接收通道接收不同频率的信号，并将所述不同频率的信号均依次进行解调和译码，若任意一通道得到所述逃逸控制指令，立即执行载人飞船与所述火箭分离。

示例性的，两套地面设备采用不同的频率同时向火箭发送逃逸控制指令，箭上配置异频双通道逃逸控制指令接收机同时接收不同频率的信号，并解调、译码形成逃逸控制指令，若两通道中任意一通道得到所述逃逸控制指令，立即执行载人飞船与所述火箭分离。

一个实施例中，本实施例的逃逸控制指令的调制体制可以为多音组合编码调频体制。本实施例采用多音组合编码调频体制进行发送、接收、解调逃逸控制指令，不易被遍历，安全性高。

可选的，本实施例的多音组合编码调频体制具体可以包括：

首先，将地面站200的设备参数和逃逸控制码元与单音信号一一对应，形成单音信号集合；然后在所述单音信号集合中获取预设数量的单音并相加，得到一级调制信号；最后将所述一级调制信号进行调频，得到与地面站200对应的所述逃逸控制指令，实现二级调制，安全性好。

上述实施例，采用多音组合编码调频体制进行发送、接收、解调逃逸控制指令，每条指令可以由若干字母组成，每个字母可以由若干单音合成，组合形成了海量指令集，难以在有限时间内被恶意遍历，误指令概率极低，安全保密性本质提高。

下面结合图1-5对本实施例的系统的工作流程进行示例性说明，如下：

首先研制部署逃逸控制指令发送设备(地面站200)：研制多套逃逸控制指令发送设备，依次部署在火箭飞行轨迹下方，这里以4套设备为例，如图4所示。根据设备对火箭飞行弹道的可视情况，实现对飞行弹道全程的双站覆盖，具有一定冗余度，可靠性高，如图3所示。其中，同时可视的设备工作频率不同，例如，可以分别是f1或f2，工作于f1频率的设备1、设备3在t1时刻可以进行任务交接，工作于f2频率的设备2、设备4在t2时刻可以进行任务交接，如图4。

然后研制箭上逃逸控制指令接收机：研制具备双通道同时接收能力的火箭逃逸控制指令接收机，例如两个通道分别接收、解调f1频率和f2频率的信号，译码形成指令后再转发至逃逸执行机构。两个通道接收的指令按照逻辑“或”的关系执行，即任一通道接收到指令均立即执行，以确保逃逸控制实施的实时性。

其中，一条逃逸控制指令由多个“码元符号”构成，每个码元符号由固定数量(预设数量)的单音相加组成，这些单音从单音集合中选取。码元符号的调制解调体制为多音组合编码调频体制，信号调制采用两级调制方案，一级调制即固定数量的单音相加，二级调制采用调频调制方式，如图5所示，其中，f1-fn是单音对应的频率。示例性的，一级调制过程：假设由3个单音信号叠加产生一个“码元符号”，完成一次调制，而具体如何选择单音信号，则由码元信号与单音信号间的对应关系确定；二级调制过程：将每个“码元符号”进行调频，而后向运载火箭发送，完成一个“码元符号”的二次调制，比如一条指令由5个串行排列的“码元符号”组成，则按照上述过程执行5次完成一条指令的发送。信号解调为调制的逆过程，即先完成调频解调，后完成符号检测，随后输出指令。

最后实施异常处置：搭载载人飞船的火箭起飞后，指挥控制中心100根据火箭飞行弹道和工作状态判断火箭是否正常，若判断出故障决策实施飞船逃逸时，指挥控制中心经由同时“在线”的至少两套逃逸控制指令发送设备向火箭发出逃逸控制指令，箭载逃逸控制指令接收机收到指令后，逃逸执行机构启动，飞船成功逃逸，指令发送过程如图2所示。其中，根据火箭出现故障的不同时段，在线的设备组合可以为“设备1+设备2”、“设备2+设备3”、“设备3+设备4”。

综上所述，采用本发明的方法，可以在火箭飞行异常情况下，安全、可靠、快速的飞船实施逃逸控制，有效保证航天员安全。

上述载人飞船逃逸控制指令收发系统，基于多音组合编码调频体制的异频双通道逃逸控制指令收发模式，逃逸控制可靠性高；在火箭飞行轨迹下方依次布设多套逃逸控制指令发送设备，在火箭飞行全程接力实现多站同时可视，系统可靠性大幅提升；箭上配置异频双通道逃逸控制指令接收机，一旦火箭飞行过程中出现故障，通过可视条件较好的地面设备采用多音组合编码调频体制按照不同的频率同时向火箭发送逃逸控制指令，箭上逃逸指令接收机任一通道收到指令后均立即执行，控制载人飞船与火箭应急分离，大大提升指令收发的可靠性，具有很高的安全性，能够大幅提升载人飞船发射任务的安全性。另外，通过在火箭飞行轨迹下方部署多套设备，在火箭飞行全程接力实现多站同时可视，系统可靠性大幅提升。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上文实施例所述的载人飞船逃逸控制指令收发系统，本实施例提供了一种载人飞船逃逸控制指令收发方法。具体参见图6，为本实施例提供的载人飞船逃逸控制指令收发方法的一个实施例实现流程示意图，详述如下：

步骤S101，根据地面控制中心获取的火箭的飞行状态信息，判断所述火箭是否出现故障。

步骤S102，在所述火箭出现故障时，通过至少两个接收通道获取至少两台地面站发送的不同的逃逸控制指令。

步骤S103，在所述至少两个接收通道中任一通道收到所述逃逸控制指令后，立即执行载人飞船与所述火箭分离。

可选的，所述在所述火箭出现故障时，通过至少两个接收通道获取至少两台地面站发送的不同的逃逸控制指令，包括：

在所述火箭出现故障时，通过至少两个接收通道获取至少两台地面站发送的频率不同的逃逸控制指令。

可选的，所述逃逸控制指令的调制体制为多音组合编码调频体制。

上述载人飞船逃逸控制指令收发方法，基于多音组合编码调频体制的异频双通道逃逸控制指令收发模式，在火箭飞行轨迹下方依次布设多套逃逸控制指令发送设备，箭上配置异频双通道逃逸控制指令接收机，一旦火箭飞行过程中出现故障，通过可视条件较好的地面设备采用多音组合编码调频体制按照不同的频率同时向火箭发送逃逸控制指令，箭上逃逸指令接收机任一通道收到指令后均立即执行，控制载人飞船与火箭应急分离，大大提升指令收发的可靠性，具有很高的安全性，能够大幅提升载人飞船发射任务的安全性。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模型的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种载人飞船逃逸控制指令收发系统，其特征在于，包括：

地面控制中心，用于获取火箭的飞行状态信息，并根据所述飞行状态信息判断所述火箭是否出现故障；

至少两台地面站，用于在所述火箭出现故障时，向所述火箭发送不同频率的逃逸控制指令，所述逃逸控制指令的调制体制为多音组合编码调频体制，所述多音组合编码调频体制，包括：将所述地面站的设备参数和逃逸控制码元与单音信号一一对应，形成单音信号集合；在所述单音信号集合中获取预设数量的单音并相加，得到一级调制信号；将所述一级调制信号进行调频，得到与所述地面站对应的所述逃逸控制指令；

箭上逃逸指令接收机，包括至少两个接收通道，用于在所述至少两个接收通道中任一通道收到所述逃逸控制指令后，立即执行载人飞船与所述火箭分离。

2.如权利要求1所述的载人飞船逃逸控制指令收发系统，其特征在于，

所述至少两台地面站具体用于：

在所述火箭出现故障时，同时向所述火箭发送频率不同的逃逸控制指令。

3.如权利要求1所述的载人飞船逃逸控制指令收发系统，其特征在于，

所述至少两个接收通道接收的信号频率均不相同。

4.如权利要求1所述的载人飞船逃逸控制指令收发系统，其特征在于，所述箭上逃逸指令接收机具体用于：

通过所述至少两个接收通道接收不同频率的信号，并将所述不同频率的信号均依次进行解调和译码，若得到所述逃逸控制指令，立即执行载人飞船与所述火箭分离。

5.一种载人飞船逃逸控制指令收发方法，其特征在于，包括：

根据地面控制中心获取的火箭的飞行状态信息，判断所述火箭是否出现故障；

在所述火箭出现故障时，通过至少两个接收通道获取至少两台地面站发送的不同频率的逃逸控制指令，所述逃逸控制指令的调制体制为多音组合编码调频体制，所述多音组合编码调频体制，包括：将所述地面站的设备参数和逃逸控制码元与单音信号一一对应，形成单音信号集合；在所述单音信号集合中获取预设数量的单音并相加，得到一级调制信号；将所述一级调制信号进行调频，得到与所述地面站对应的所述逃逸控制指令；

在所述至少两个接收通道中任一通道收到所述逃逸控制指令后，立即执行载人飞船与所述火箭分离。