CN117054136B - 一种可回收运载火箭的测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可回收运载火箭的测量系统及方法。涉及可回收式运载火箭领域。所述可回收运载火箭的测量系统包括：设置在运载火箭上的传感装置，传感装置用于获取运载火箭上的各个组件的实时状态数据；设置在运载火箭内，且与传感装置电连接的采编装置，采编装置用于接收传感装置获取的实时状态数据，并对实时状态数据进行预处理，获取传输数据；与采编装置电连接的数据加密模块，数据加密模块用于接收所述传输数据，对传输数据进行加密处理，获取目标数据；与数据加密模块电连接的遥测发射机，遥测发射机用于将目标数据传输至地面接收端。本发明的方案实现了回收火箭飞行过程中对关键参数的精确测量，以及对回收火箭上实时数据的精准传输。
Description
技术领域
本发明涉及可回收式运载火箭领域，特别是指一种可回收运载火箭的测量系统及方法。
背景技术
目前，可回收式运载火箭在多次进入大气层和多段飞行过程中面临着复杂的动力学和环境条件，传统的不可回收式火箭测量系统无法提供足够准确和可靠的数据，无法满足对火箭飞行过程中关键参数的精确测量需求，目前，可回收式运载火箭在多次进入大气层和多段飞行过程中面临着复杂的动力学和环境条件，传统的不可回收式火箭测量系统应用于可回收式运载火箭是存在以下问题：1.不可回收火箭测量系统主要专注于火箭的发射阶段，但对于回收阶段的关键数据获取能力有限。回收阶段包括火箭的再入大气层、降落和着陆等关键环节，但由于传感器的限制和数据采集系统的设计，现有的不可回收火箭测量系统难以提供详尽准确的回收阶段数据，这限制了对回收过程的全面分析和优化。2.不可回收火箭测量系统通常采用存储数据的方式，在火箭发射完成后才能回收数据进行分析。这导致数据的实时性受到限制，特别是在发生异常情况时，难以及时获得有关火箭状态和性能的关键信息。3.不可回收火箭测量系统在结构应变等细节参数的测量方面存在局限性。由于传感器的布置和测量原理的限制，不可回收火箭测量系统往往难以实时测量火箭结构的应变情况，无法提供关键部位的应力和变形数据。
发明内容
本发明提供一种可回收运载火箭的测量系统及方法。解决了现有技术中火箭测量系统在应用于回收火箭时，存在数据实时性受限以及无法提供回收阶段的关键数据和结构应变详细参数等问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
本发明的实施例提供一种可回收运载火箭的测量系统，包括：
设置在运载火箭上的传感装置，所述传感装置用于获取所述运载火箭上的各个组件的实时状态数据；
设置在所述运载火箭内，且与所述传感装置电连接的采编装置，所述采编装置用于接收所述传感装置获取的实时状态数据，并对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据；
与所述采编装置电连接的数据加密模块，所述数据加密模块用于接收所述传输数据，对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据；
与所述数据加密模块电连接的遥测发射机，所述遥测发射机用于将所述目标数据传输至地面接收端。
可选的，所述数据加密模块与所述采编装置通过交换机进行电连接。
可选的，所述的可回收运载火箭的测量系统，其特征在于，还包括：
设置在所述采编装置与所述传感装置之间的故障监测模块，以及与所述故障监测模块电连接的至少一个备用传感装置；
其中，所述备用传感装置设置在所述传感装置的一侧，所述故障监测装置分别与所述采编装置和所述传感装置电连接；
所述故障监测装置用于获取所述传感装置所获取的实时状态数据，并对所述实时状态数据进行分析，当分析结果符合预设范围时，将所述实时状态数据传输至采编装置中，当分析结果不符合预设值时，则关闭传感装置，启动至少一个备用传感装置，获取符合预设范围的实时状态数据，并传输至采编装置中。
可选的，所述故障监测装置包括：
数据处理模块，所述数据处理模块用于对所述传感装置的实时状态数据或备用传感装置采集的实时状态数据进行分析，获取分析结果，并将所述分析结果与预设结果进行比对，获取比对结果，将所述分析结果传输至控制模块中；
所述控制模块用于根据所述比对结果控制所述备用传感装置和传感装置的通断，并将符合预设范围的实时状态数据传输至采编装置中。
可选的，对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据，包括：
对所述实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合处理，获取传输数据。
可选的，所述数据加密模块对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据，包括：
所述数据加密模块将所述传输数据转换为固定长度的哈希值；
将所述哈希值作为目标数据通过所述遥测发射机传输至地面接收端。
可选的，所述传感装置包括：
设置在运载火箭尾罩上的第一传感器，所述第一传感器用于获取所述运载火箭尾罩上的尾罩组件的实时状态数据；
设置在芯一级运载火箭上的第二传感器，所述第二传感器用于获取所述芯一级运载火箭上的芯一级组件的实时状态数据。
可选的，采编装置包括：
设置在运载火箭尾罩内的第一采编模块，所述第一采编模块用于获取所述第一传感器的实时状态数据，并对所述第一传感器的实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合，获取第一传输数据；
设置在运载火箭芯二级内的第二采编模块，所述第二采编模块用于获取所述第二传感器的实时状态数据，并对所述第二传感器的实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合，获取第二传输数据。
可选的，所述尾罩组件的实时状态数据，包括：
箭地脱插连接指示数据、尾罩板脱插连接指示数据、尾罩供电及电池状态监测数据、噪声数据以及尾罩惯组数据。
本发明的实施例还提出一种可回收运载火箭的测量方法，所述方法应用于上述任一项所述的可回收运载火箭的测量系统，所述方法包括：
获取所述运载火箭上的各个组件的实时状态数据；
对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据；
对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据；
将所述目标数据传输至地面接收端。
本发明的上述方案至少包括以下有益效果：
本发明所述的可回收运载火箭的测量系统，包括：设置在运载火箭上的传感装置，所述传感装置用于获取所述运载火箭上的各个组件的实时状态数据；设置在所述运载火箭内，且与所述传感装置电连接的采编装置，所述采编装置用于接收所述传感装置获取的实时状态数据，并对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据；与所述采编装置电连接的数据加密模块，所述数据加密模块用于接收所述传输数据，对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据；与所述数据加密模块电连接的遥测发射机，所述遥测发射机用于将所述目标数据传输至地面接收端。实现了回收火箭飞行过程中对关键参数的精确测量，以及对回收火箭上实时数据的精准传输。
附图说明
图1是本发明的可回收运载火箭的测量系统的模块示意图；
图2是本发明的可回收运载火箭的测量系统的故障监测装置的模块示意图；
图3是本发明的可回收运载火箭的测量系统在地面模拟发射时的结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1至图3所示，本发明的实施例提供一种可回收运载火箭的测量系统，包括：
设置在运载火箭上的传感装置，所述传感装置用于获取所述运载火箭上的各个组件的实时状态数据；
设置在所述运载火箭内，且与所述传感装置电连接的采编装置，所述采编装置用于接收所述传感装置获取的实时状态数据，并对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据；
与所述采编装置电连接的数据加密模块，所述数据加密模块用于接收所述传输数据，对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据；
与所述数据加密模块电连接的遥测发射机，所述遥测发射机用于将所述目标数据传输至地面接收端。
本实施例中，所述传感装置可以是高精度的应力传感器、姿态传感器以及噪声无线传感网络等，确保设备能够准确地获取子级回收段的噪声数据、变形、姿态等关键数据；所述测量系统通过高精度的传感装置、采编装置以及遥测发射机的设计，能够在复杂飞行环境中提供更准确、稳定的姿态、动力学和环境参数测量，并将获取的数据实时传输至地面接收端，从而解决现有技术中不可回收火箭测量系统无法实时测量火箭结构的应变情况，无法提供关键部位的应力和变形数据，以及不可回收火箭测量系统难以提供详尽准确的回收阶段数据的问题，本发明的方案通过提供更可靠的数据，增加火箭飞行的精确性和可重复使用性，同时本方案通过数据加密模块的设计，确保了数据传输过程中的安全性和保密性，能够更有效地保护敏感数据，防止未经授权的访问者获取敏感信息。
本发明的一个可选的实施例中，所述数据加密模块与所述采编装置通过交换机进行电连接。
本实施例中，所述交换机为TTE(时间触发的以太网)总线交换机；所述采编装置通过TTE总线与所述TTE总线交换机连接，然后通过所述TTE总线交换机与所述数据加密模块连接；该实施例通过采用TTE总线交换机的设计能够准确捕获和记录火箭子级回收段的关键数据，确保数据的准确性和可靠性。
本发明的一个可选的实施例中，所述的可回收运载火箭的测量系统，还包括：
设置在所述采编装置与所述传感装置之间的故障监测模块，以及与所述故障监测模块电连接的至少一个备用传感装置；
其中，所述备用传感装置设置在所述传感装置的一侧，所述故障监测装置分别与所述采编装置和所述传感装置电连接；
所述故障监测装置用于获取所述传感装置所获取的实时状态数据，并对所述实时状态数据进行分析，当分析结果符合预设范围时，将所述实时状态数据传输至采编装置中，当分析结果不符合预设值时，则关闭传感装置，启动至少一个备用传感装置，获取符合预设范围的实时状态数据，并传输至采编装置中。
本实施例中，所述传感装置与所述备用传感装置结构完全相同；所述故障监测装置用于根据所述传感装置所获取的实时状态数据对所述传感装置进行监测，防止所述传感装置出现故障，当所述传感装置出现故障时，则可通过断开传感装置，并启用备用传感装置的方式继续获取实时状态数据，从而保障测量系统的稳定性和可靠性；该实例中，通过故障监测装置对传感装置所获取的实时状态数据进行实时监测和分析，及时发现潜在的故障或异常情况，并进行相应的纠正措施，确保了测量系统的稳定性和可靠性，同时提高了系统的冗余度。
本发明的一个可选的实施例中，所述故障监测装置包括：
数据处理模块，所述数据处理模块用于对所述传感装置的实时状态数据或备用传感装置采集的实时状态数据进行分析，获取分析结果，并将所述分析结果与预设结果进行比对，获取比对结果，将所述分析结果传输至控制模块中；
所述控制模块用于根据所述对比结果控制所述备用传感装置和传感装置的通断，并将符合预设范围的实时状态数据传输至采编装置中。
本实施例中，所述数据处理模块和控制模块的设计，使测量系统具备一定的自主决策能力，在遇到异常情况时，测量系统可以根据实时数据做出适应性调整，保证火箭飞行过程的数据的准确性，从而保障火箭飞行过程的安全和稳定。
本发明的一个可选的实施例中，所述故障监测装置还包括：
与所述控制模块电连接的数据储存模块，所述数据储存模块用于存储所述控制模块中的比对结果以及故障调整结果。
一种优选的实施例中，所述故障监测装置中的控制模块与所述TTE总线交换机连接，所述控制模块通过所述TTE总线交换机将实时的比对结果和故障调整结果传输至地面接收端，地面接收端接收到故障监测装置的实时数据后，可以进行实时分析和判断，在发现故障或异常时，地面控制中心可以远程发送指令给运载火箭控制系统，对子级回收段进行调整或控制。
本发明的一个可选的实施例中，对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据，包括：
对所述实时状态数据进行数据校准、以及融合处理，获取传输数据。
本实施例中，对所述实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合处理，获取传输数据的具体过程如下：
数据校准：由于不同传感器可能存在误差或偏移，需要对采集到的实时状态数据进行校准，校准过程考虑到各个传感器的误差特性，进行初始校准和动态校准，以修正静态误差和动态误差，确保数据的准确性；
数据滤波处理：飞行过程中，传感器数据可能受到噪声和干扰，为了减少数据的抖动和误差，采用滤波处理；常用的滤波算法，如卡尔曼滤波、无迹卡尔曼滤波(UKF)等，用于对实时状态数据进行平滑处理，提高数据的精确性和稳定性；
数据融合处理：可回收火箭测量系统中，同时使用多种传感器，每个传感器提供不同类型的数据，数据融合的目的是将来自不同传感器的数据融合在一起，得到更全面、准确的状态估计，采用数据融合方法，如传感器数据融合、模型融合和信息融合等，充分利用不同传感器的优势，提高数据的可靠性和全面性；
获取传输数据：经过数据校准、滤波和融合处理后，得到的数据即为获取传输数据，这些数据具有高精度和稳定性，可以用于实时传输到地面控制中心，供地面人员进行实时监控和飞行决策。
该实施例通过以上预处理过程，使可回收式火箭测量系统获得了高精度、准确的姿态、动力学和环境参数测量数据，这些数据对于飞行控制、姿态调整和回收阶段的决策起着关键作用，使可回收式火箭系统能够在复杂的飞行环境中表现出更可靠和精确的性能，提高了火箭的安全性和可重复使用性。
本发明的一个可选的实施例中，所述数据加密模块对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据，包括：
所述数据加密模块将所述传输数据转换为固定长度的哈希值；
将所述哈希值作为目标数据通过所述遥测发射机传输至地面接收端。
本实施例中，所述数据加密模块中设置有预设加密算法，所述预设加密算法可以是哈希加密算法中的MD5、SHA-256等；使用时，所述数据加密模块将输入的传输数据转换为固定长度的哈希值，然后将所述哈希值作为目标数据通过所述遥测发射机传输至地面接收端，所述地面接收端接收所述哈希值后，通过再次对所述哈希值进行哈希计算，获取新的哈希值，然后将新的哈希值与接收到的哈希值进行比对，如果两个哈希值一致，表示目标数据在传输过程中没有被篡改，可以信任数据的完整性；该实施例中，所述哈希值不可逆且难以被解密，通过所述数据加密模块的设计保障了数据的保密性。
本发明的一个可选的实施例中，所述传感装置包括：
设置在运载火箭尾罩上的第一传感器，所述第一传感器用于获取所述运载火箭尾罩上的尾罩组件的实时状态数据；
设置在芯一级运载火箭上的第二传感器，所述第二传感器用于获取所述芯一级运载火箭上的芯一级组件的实时状态数据。
本实施例中，所述传感器可以为噪声无线传感网络、应力传感器、姿态传感器等更具环境适应性和耐久性的传感器和组件，确保在各种极端环境下正常工作，提高火箭的适应性和可重复使用性；所述传感器还可以是如惯性测量单元(IMU)、全球定位系统(GPS)、空气动力学传感器、高度传感器等，用于实时采集火箭的各项状态数据，包括位置、姿态、速度、加速度、高度、气压、风速等。
本发明的一个可选的实施例中，采编装置包括：
设置在运载火箭尾罩内的第一采编模块，所述第一采编模块用于获取所述第一传感器的实时状态数据，并对所述第一传感器的实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合，获取第一传输数据；
设置在运载火箭芯二级内的第二采编模块，所述第二采编模块用于获取所述第二传感器的实时状态数据，并对所述第二传感器的实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合，获取第二传输数据。
本发明的一个可选的实施例中，所述尾罩组件的实时状态数据，包括：
箭地脱插连接指示数据、尾罩板脱插连接指示数据、尾罩供电及电池状态监测数据、噪声数据以及尾罩惯组数据，所述尾罩惯组数据，为运载火箭尾罩的运行方向数据。
本发明的一个可选的实施例中，所述芯一级组件的实时状态数据，包括：
再入大气后回收子级箭体应力参数数据、子级垂直降落端环境参数数据、着陆段栅格舵展开气动特性数据、芯一级供电及电池状态监测数据以及芯二级惯组数据，所述芯二级惯组数据为芯二级的运行方向数据。
本发明的一个可选的实施例中，所述的可回收运载火箭的测量系统，还包括：与所述采编装置连接的时统系统，所述时统系统用于为所述采编装置提供统一的时间长度，确保所述测量系统时间的准确性。
本发明所述的可回收运载火箭的测量系统在火箭发射前还需要在地面进行飞行模拟实验，来验证所述可回收运载火箭的测量系统的可行性，具体验证过程如下(所述的可回收运载火箭的测量系统在地面上进行模拟发射与实际发射时的工作环境相同)：
首先将地面系统与可回收火箭测量系统的各个模块进行集成，确保它们之间的连接和通信正常运行，可以通过模拟火箭的各个飞行阶段来验证测量系统的协调运行，并确保数据传输和处理的准确性；
模拟实验：使用模拟器或计算机模型对火箭的飞行过程进行虚拟模拟，将预期的飞行轨迹、环境条件和性能参数输入模拟系统，并使用回收火箭测量系统的实时数据来验证模拟结果的准确性；
飞行性能验证：使用测量系统的数据，验证火箭的飞行性能是否满足预期要求，例如，检查姿态控制是否准确，推进系统是否正常运行，飞行轨迹是否与预期一致等；
故障模拟和排除：模拟火箭飞行过程中可能发生的故障和异常情况，并验证回收火箭测量系统是否能够及时检测并进行相应的故障排除和纠正。
本发明所述的可回收运载火箭的测量系统具备可重复使用的特点，可以在多次火箭发射任务中使用，相比不可回收系统需要每次都重新配置和部署测量设备，测量系统具有更高的效益和可持续性，减少了资源的浪费，同时所述测量系统通过实时数据的传输和处理技术，能够实时监测子级回收段火箭的性能和状况，并通过箭上TTE总线技术和加密传输技术及时反馈给地面接收端。实现了回收火箭飞行过程中对关键参数的精确测量，以及对回收火箭上实时数据的精准传输；这使得在飞行过程中可以做出实时的调整和决策，提高了任务的灵活性和响应性，为可回收运载火箭提供了准确、可靠的子级回收段测量数据，为火箭的设计、改进和安全运行提供了支持。
本发明的实施例还提出一种可回收运载火箭的测量方法，所述方法应用于上述任一项所述的可回收运载火箭的测量系统，所述方法包括：
获取所述运载火箭上的各个组件的实时状态数据；
对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据；
对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据；
将所述目标数据传输至地面接收端。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种可回收运载火箭的测量系统，其特征在于，包括：
设置在运载火箭上的传感装置，所述传感装置用于获取所述运载火箭上的各个组件的实时状态数据；
设置在所述运载火箭内，且与所述传感装置电连接的采编装置，所述采编装置用于接收所述传感装置获取的实时状态数据，并对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据；
与所述采编装置电连接的数据加密模块，所述数据加密模块用于接收所述传输数据，对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据；
与所述数据加密模块电连接的遥测发射机，所述遥测发射机用于将所述目标数据传输至地面接收端；
所述数据加密模块与所述采编装置通过交换机进行电连接；
所述交换机为时间触发的以太网总线交换机；
所述采编装置通过时间触发的以太网总线与所述时间触发的以太网总线交换机连接，并通过所述时间触发的以太网总线交换机与所述数据加密模块连接；
设置在所述采编装置与所述传感装置之间的故障监测装置，以及与所述故障监测装置电连接的至少一个备用传感装置；
其中，所述备用传感装置设置在所述传感装置的一侧，所述故障监测装置分别与所述采编装置和所述传感装置电连接；
所述故障监测装置用于获取所述传感装置所获取的实时状态数据，并对所述实时状态数据进行分析，当分析结果符合预设范围时，将所述实时状态数据传输至采编装置中，当分析结果不符合预设值时，则关闭传感装置，启动至少一个备用传感装置，获取符合预设范围的实时状态数据，并传输至采编装置中；
所述故障监测装置包括：
数据处理模块，所述数据处理模块用于对所述传感装置的实时状态数据或备用传感装置采集的实时状态数据进行分析，获取分析结果，并将所述分析结果与预设结果进行比对，获取比对结果，将所述分析结果传输至控制模块中；
所述控制模块用于根据所述比对结果控制所述备用传感装置和传感装置的通断，并将符合预设范围的实时状态数据传输至采编装置中；
所述故障监测装置还包括：
与所述控制模块电连接的数据储存模块，所述数据储存模块用于存储所述控制模块中的比对结果以及故障调整结果；
所述故障监测装置中的控制模块与所述时间触发的以太网总线交换机连接，所述控制模块通过所述时间触发的以太网总线交换机将实时的比对结果和故障调整结果传输至地面接收端，地面接收端接收到故障监测装置的实时数据后，对接收数据进行实时分析和判断，当分析出故障或异常时，地面控制中心远程发送指令至运载火箭控制系统，对子级回收段进行调整或控制；
对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据，包括：
对所述实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合处理，获取传输数据；
所述数据加密模块对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据，包括：
所述数据加密模块将所述传输数据转换为固定长度的哈希值；
将所述哈希值作为目标数据通过所述遥测发射机传输至地面接收端；
所述传感装置包括：
设置在运载火箭尾罩上的第一传感器，所述第一传感器用于获取所述运载火箭尾罩上的尾罩组件的实时状态数据；
设置在芯一级运载火箭上的第二传感器，所述第二传感器用于获取所述芯一级运载火箭上的芯一级组件的实时状态数据；
采编装置包括：
设置在运载火箭尾罩内的第一采编模块，所述第一采编模块用于获取所述第一传感器的实时状态数据，并对所述第一传感器的实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合，获取第一传输数据；
设置在运载火箭芯二级内的第二采编模块，所述第二采编模块用于获取所述第二传感器的实时状态数据，并对所述第二传感器的实时状态数据进行数据校准、滤波以及融合，获取第二传输数据；
所述尾罩组件的实时状态数据，包括：
箭地脱插连接指示数据、尾罩板脱插连接指示数据、尾罩供电及电池状态监测数据、噪声数据以及尾罩惯组数据；
其中，所述数据校准处理用于对采集到的实时状态数据进行初始校准处理和动态校准处理，生成校准数据；
数据滤波处理用于对实时状态的校准数据进行平滑处理，生成滤波数据；
数据融合处理用于将来自不同传感器的滤波数据进行融合，获取传输数据。
2.一种可回收运载火箭的测量方法，其特征在于，所述方法应用于如权利要求1所述的系统，所述方法包括：
获取所述运载火箭上的各个组件的实时状态数据；
对所述实时状态数据进行预处理，获取传输数据；
对所述传输数据进行加密处理，获取目标数据；
将所述目标数据传输至地面接收端。
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