CN117201224A - 一种基于tte总线的运载火箭全数字互联系统 - Google Patents

Abstract

一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，属于载人运载火箭控制系统集成化技术领域。本发明通过统一的TTE总线实现了运载火箭控制系统箭上设备间和箭地间的一体化信息交互，避免了控制系统箭上总线和箭地总线的异构；避免箭地间采用额外的总线传输信息，同时取消了箭地间的“复位”等开关量控制信号，统一通过TTE总线传输，大幅度简化了箭地接口类型和箭地电缆规模，压缩了控制系统成本。同时，采用TTE总线传输箭地信息，相对于开关量，有着更高的可靠性；除数据转换器外，箭上设备间简化和统一的对外通信接口，有助于设备的产品化和通用化设计，能够压缩设备成本、简化设计难度。

Description

一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统

技术领域

本发明涉及一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，属于载人运载火箭控制系统集成化技术领域。

背景技术

运载火箭控制系统的主要实现火箭飞行过程中的导航、制导与控制，以及相关的时序输出控制、贮箱增压控制、推进剂利用控制、发动机推力调节控制和供配电管理等功能。

传统的1553B总线命令响应式通信模式和受限的传输带宽又限制了运载火箭控制系统数字化控制的程度。主要体现在：

(1)在测试发射准备阶段，受1553B总线命令响应式通信模式的限制，若箭上计算机始终作为主控制节点，则地面测试阶段主控计算机不能主动发起测试流程，需要增加独立的箭地总线传输测试数据和控制指令，增加了箭地接口的复杂性；若飞行前在地面设置主控制节点，起飞后再以箭上计算机作为主控制节点，则涉及到1553B总线主控制节点的切换，增加了总线通信系统设计的复杂性，客观上会影响整体可靠性。

(2)一条标准1553B总线可接入的终端节点数量不超过31个。随着控制系统规模的增加，限制了有上网需求的终端节点的大规模接入，限制了箭上数字化的程度。特别是受入网终端节点规模约束，运载火箭测量系统仅有少量MT终端接入控制系统1553B网络，使得控制、测量系统无法实现箭上通信的一体化。

(3)更高精度的火箭飞行控制需要更大规模的信息采集、传输。随着箭上设备用处理器性能的提升，仅有1Mbps带宽的1553B总线成为了信息交互的瓶颈。限制了火箭性能的进一步提升。因此，除1553B总线外，设备间还存在诸如串口、LVDS等各种类型的数据总线作为补充。

(4)针对级间分离工况，需要在火箭各级设计额外的终端匹配电阻切换电路，火箭级间分离后，将终端匹配电阻接入到网络中，以避免由于部分1553B终端节点与主网络断开导致的总线阻抗匹配问题，匹配电阻切换电路的存在，同样增加了总线通信系统设计的复杂性，切换功能异常还会影响整体1553B网络的可用性。

传统的EPA总线，可克服采用1553B总线作为箭上控制系统总线的接入节点数量受限、带宽受限，以及需要额外的终端匹配电阻切换电路的不足^[2]，但是EPA总线采用类似于1588协议的同步方式，需设置主同步节点；主同步节点功能异常后需按照预先设置的顺序(一般是IP地址由小到大的顺序)，依次切换至备用同步节点，因此，对终端节点的IP地址设置存在一定的约束，限制了终端节点的免配置任意接入能力。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，将TTE总线作为运载火箭箭上控制系统主干网及箭地互联总线，在满足高精度控制所需的总线带宽和总线规模可扩展需求基础上，达到仅通过单一总线体制，实现所有跨级信息互联和取消数字控制设备间IO连线，以简化运载火箭控制系统箭上拓扑结构，降低系统设计难度。

本发明的技术解决方案是：一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，包括使用TTE总线连接的若干数字控制设备；所述数字控制设备包括配电通信设备、功能节点设备和汇聚节点设备；所述配电通信设备为用于实现TTE交换机功能的数字控制配电器；所述功能节点设备为通过TTE总线进行对外信息交互的数字控制功能设备；所述汇聚节点设备为用于对局部非TTE消息进行转换，并通过TTE总线与其他控制系统数字控制设备进行信息交互的设备；

运载火箭各级的配电通信设备均通过三冗余总线连接到相邻级的配电通信设备；功能节点设备及汇聚节点设备均就近连接至本级配电通信设备；有通信需求的非TTE总线设备就近连接至本级汇聚节点设备。

进一步地，运载火箭各级配备至少一台主配电通信设备，当满足从配电通信设备条件时，另外配备1～2台从配电通信设备；各级主配电通信设备均通过一组三冗余总线连接到相邻级的主配电通信设备，各级各从配电通信设备均通过一组三冗余总线连接到本级的主配电通信设备；运载火箭各级的配电通信设备的个数不超过三。

进一步地，所述从配电通信设备条件包括：

当本级内功能节点设备和汇聚节点设备、与本级主配电通信设备有物理连接关系的其他部段配电通信设备对应的TTE端节点数量之和超过15个，或者本级内要求的可控配电通路大于n路时，从配电通信设备个数为一；其中，n为1台配电通信设备最大可用的可控配电通路规模；

当本级内功能节点设备和汇聚节点设备对应的TTE端节点数量之和超过2台配电通信组合提供的除用于级内和级间配电通信组合互联之外的TTE端口数量，或者本级内要求的可控配电通路大于2n路时，从配电通信设备个数为二。

进一步地，所述配电通信设备包括配电单元、电源变换单元、交换机以及数控单元；

配电单元，接收外部电源28V供电输入，采用不控配电通路为本设备供电，采用可控配电通路为运载火箭本级内其他数字控制设备配电；

电源变换单元，用于将配电单元输出的28V供电母线转换为配电通信设备内其他单元所需的各种电压；

交换机，用于与数控单元，以及数字控制设备的互联；

数控单元，通过TTE总线接收其他数字控制设备发送的控制和配电指令，控制配电单元执行相应的操作，并通过TTE总线将本设备配电单元、电源变换单元以及数控单元自身状态测试信息发送至其他设备。

进一步地，所述交换机设有三台，实现三冗余总线网络；三台交换机均设有16端口。

进一步地，所述功能节点设备包括功能单元、电源变换单元以及数控单元；

功能单元，用于实现控制功能，包括特定的数据采集和执行输出；

电源变换单元，用于将配电通信设备输出的28V供电母线转换为设备内其他单元所需的各种电压；

数控单元，通过TTE总线接收控制系统其他设备发送的控制指令和数据，完成信息处理和计算，控制功能单元执行相应的操作，并通过TTE总线将本设备配电单元、电源变换单元以及数控单元自身状态测试信息发送至其他设备；

所述数控单元的个数为1～3。

进一步地，所述汇聚节点设备包括1个或者多个接口转换单元、电源变换单元，以及数控单元；

接口转换单元，用于接收本部段内各类非TTE总线设备发送的非TTE格式的接口信息，并将之发送至数控单元；

电源变换单元，用于将配电通信设备输出的28V供电母线转换为设备内其他单元所需的各种电压；

数控单元，接收接口转换单元转发的非TTE格式消息，按需进行计算和数据处理后，通过TTE总线将数据处理结果连同本设备配电单元、电源变换单元以及数控单元自身状态测试信息均发送至其他设备；

所述非TTE总线接口包括开关量输入接口、局部总线接口。

进一步地，所述数控单元包括CPU子系统及TTE端节点子系统；

CPU子系统，用于实现指令数据处理和计算，并将计算完成的指令数据发送至TTE端节点子系统；所述指令数据包括对运载火箭地面测试或者飞行过程中采集或接收的控制指令或者测试数据；

TTE端节点子系统，用于接收外部TTE消息，将之解析为指令数据发送给CPU子系统，或者接收CPU子系统传输的指令数据，将之组帧为TTE消息发送至TTE总线上。

进一步地，所述CPU子系统配套存储芯片和对外接口IP及相关电路，通过RapidIO接口与本数控单元内其他电路通信，并基于复位电路，在接收到TTE总线传输的复位指令后，对数控单元和其他功能电路实施复位操作；

所述TTE端节点子系统配套存储芯片和对外接口IP及相关电路，通过SGMII方式，通过三冗余链路L1n、L2n、L3n与本级的配电通信设备中的交换机单元实现互联；

所述TTE端节点子系统与CPU子系统间通过IO接口传递中断消息，通过PCIE总线传输数据和指令；TTE端节点地址配置方式包括：MAC地址设置全网唯一，采用预分配方式固化在存储芯片中；采用外部地址选通方式设置IP地址，上电后动态识别TTE端节点IP地址。

进一步地，所述复位电路为无开关量输入复位电路；

所述复位操作包括：CPU子系统接收三类与设备复位相关的外部TTE指令：复位、禁止复位、允许复位；其中，CPU子系统接收到禁止复位TTE指令后，在寄存器对禁止复位状态位置位；数控单元接收到允许复位TTE指令后，在寄存器对禁止复位状态位复位；CPU子系统接收到复位TTE指令后，首先查询寄存器禁止复位状态位状态，若处于置位状态，则不响应该复位指令；若处于复位状态，则执行相应的复位动作；复位动作过程包括：a)CPU子系统内部生成宽度200ms的复位脉冲信号，同时对CPU子系统可编程逻辑控制器部分、TTE端节点子系统、设备内其他电路单元复位实施复位；b)上述复位过程执行完毕后，CPU子系统对复位寄存器置位，对CPU子系统处理器部分实施复位。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过统一的TTE总线实现了运载火箭控制系统箭上设备间和箭地间的一体化信息交互，避免了控制系统箭上总线和箭地总线的异构；避免箭地间采用额外的总线传输信息，同时取消了箭地间的“复位”等开关量控制信号，统一通过TTE总线传输，大幅度简化了箭地接口类型和箭地电缆规模，压缩了控制系统成本。同时，采用TTE总线传输箭地信息，相对于开关量，有着更高的可靠性；除数据转换器外，箭上设备间简化和统一的对外通信接口，有助于设备的产品化和通用化设计，能够压缩设备成本、简化设计难度。

(2)本发明通过配电通信一体化设计方法，实现了系统供电与核心总线模块电路的同步启动；避免了传统火箭采用先系统供电、再为总线配电的分时启动步骤，为控制系统供电后，TTE总线即具备信息交互能力。箭上各级控制系统不需要设计额外的总线配电开关，真正实现基于TTE总线的全数字控制能力。

(3)本发明通过在火箭各级设计数据转换器，非TTE总线数据的就近入网，避免多类型信息跨级传输；各级控制系统间仅通过TTE总线实现跨级通信，简化了级间连接关系，提升了系统可靠性；TTE总线支持组播功能，就近入网后的信息可以为全网设备接收、使用，避免了部分总线，如RS422仅支持点对点通信，多设备接收必须设计多条总线的弊端，能够有效压缩电缆规模。

(4)本发明通过TTE总线实现了运载火箭箭上控制、测量等电气系统总线的一体化设计；测量系统可通过TTE统一接入控制系统总线网络，并仅通过总线直接接收数字控制设备或经数据转换器转换后的控制系统TTE信息，不再需要设计诸如模拟量、开关量、不同类型总线接口等电路，简化了测量系统的规模和设计难度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明配电通信设备功能组成框图；

图2为本发明功能节点设备功能组成框图；

图3为本发明汇聚节点设备功能组成框图；

图4为本发明数控单元组成框图；

图5为某运载火箭控制系统三级数字控制设备构成示意图；

图6为某运载火箭控制系统三级配电通信设备配套规模示意图1；

图7为某运载火箭控制系统三级配电通信设备配套规模示意图2；

图8为某运载火箭控制系统信息跨级传输示意图；

图9为本发明统一的功能及汇聚节点设备示意图。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统做进一步详细的说明，具体实现方式可以包括：将全箭控制系统数字控制设备按控制信息互联角色不同，分为配电通信设备、功能节点设备、汇聚节点设备3类。其中配电通信设备是包含TTE交换机功能的数字控制配电器；功能节点设备是对外仅通过TTE总线进行信息交互的数字控制设备；汇聚节点设备是可实现对局部非TTE消息进行转换，并通过TTE总线与其他控制系统数字控制设备进行信息交互的设备。

2)在运载火箭各级按需配置1台或者多台配电通信设备，用于为控制系统提供可用的全箭TTE数字交互链路。

如图1所示，配电通信设备由配电单元、电源变换单元、3个交换机，以及数控单元组成。其中：配电单元用于接收外部电源28V供电输入，为本设备及运载火箭本级内其他控制系统设备配电。电源变换单元用于将配电单元输出供本设备使用的28V供电母线转换为设备内其他单元所需的各种电压。交换机1/2/3用于构建运载火箭本部段内的三冗余总线网络，实现与设备内部数控单元，以及本部段内其他控制系统设备的互联；数控单元通过TTE总线接收控制系统其他设备发送的控制和配电指令，控制配电单元执行相应的操作，并通过TTE总线将本设备状态测试信息发送至控制系统。

不控配电通路不受程序控制，有电就输出；可控配电通路指有一个程控开关控制该配电通路是否接通，通过程序控制其他设备是否能够工作。

配电通信设备工作过程如下：(1)在保持箭地连接状态下，控制系统地面开关K0接通，地面电源28V向设备供电。(2)地面电源28V供电母线经配电单元内部二极管D0、不控配电通路P0，直接向电源变换单元供电。(3)电源变换单元经短路保护电路、输入滤波电路、DC/DC变换电路和输出滤波电路，将28V供电转换为不同电压的二次母线，通过供电通路S0为数控单元、交换机和配电单元内的功能电路供电。(4)由于此时交换机1～3，以及数控单元的CPU模块与TTE端节点模块均已上电，因此交换机可通过链路L10、L20、L30实现与设备内数控单元间的三冗余TTE通信；交换机可通过链路L11～1F、L21～2F、L31～3F实现与设备外设备间的TTE通信。(5)由于此时配电单元功能电路已上电，因此数控单元可接收到外部TTE指令输入，并通过设备内控制线C/S控制配电开光K2-1～K2-n接通或者断开，从而控制配电通路P1～Pn输出或者不输出。(6)设备通过TTE总线接收到“转箭上电池供电”TTE指令后，数控单元控制开关K1-1闭合，箭上电池开始经由二极管D1、开关K1-1为设备供电，此时地面开关K0断开不影响设备的正常供电。

图1中3台交换机均设计为16端口，从端口0开始编号，一直到端口15。以交换机1为例，L10～L1 F分别表示交换机的第0～15路端口，F为十六进制表示的“端口15”。

图1中开关K2-1～K2-n表示配电单元共有n路配电输出开关，对应的可控配电输出通路分别为P1～Pn。综合考虑箭上设备规模和数量，一般设计n＝6～8。

3)根据需要实现的控制系统功能，在运载火箭各级配置1台或者多台功能节点设备。

如图2所示，功能节点设备由0个或者多个功能单元、电源变换单元，以及数控单元组成。考虑控制系统可靠性，数控单元可以配套为1～3个。其中：功能单元用于实现特定的数据采集、执行输出等控制功能。电源变换单元用于将配电通信设备输出供本设备使用的28V供电母线转换为设备内其他单元所需的各种电压；数控单元通过TTE总线接收控制系统其他设备发送的控制指令和数据，完成信息处理和计算，控制功能单元执行相应的操作，并通过TTE总线将本设备状态测试信息发送至控制系统。

功能节点设备工作过程如下：(1)配电通信设备接通配电通路Pn，功能节点设备电源变换单元经短路保护电路、输入滤波电路、DC/DC变换电路和输出滤波电路，将28V供电转换为不同电压的二次母线，通过供电通路S0为数控单元、功能电路供电。(2)由于此时数控单元的TTE端节点模块均已上电，因此配电通信设备交换机可通过链路L1n、L2n、L3n实现与设备内数控单元间的三冗余TTE通信。(3)由于此时数控单元的CPU模块、功能单元均已上电，因此数控单元可根据接收到外部TTE指令输入，并通过设备内控制线C/S控制功能单元执行具体控制功能，或者将设备状态信息通过TTE总线发送至控制系统。(4)配电通信设备断开配电通路Pn后，设备掉电并切出TTE总线网络。

4)根据需要实现的控制系统功能，在运载火箭各级配置1台或者多台汇聚节点设备。

如图3所示，汇聚节点设备由1个或者多个接口转换单元、电源变换单元，以及数控单元组成。考虑控制系统可靠性，数控单元可以配套为1～3个。其中：接口转换单元用于接收本部段内各类非TTE总线设备发送的非TTE格式的接口信息，并将之发送至数控单元。控制系统电源变换单元用于将配电通信设备输出供本设备使用的28V供电母线转换为设备内其他单元所需的各种电压；数控单元接收接口转换单元转发的非TTE格式消息，按需进行计算和数据处理后，通过TTE总线将数据处理结果连同本设备状态测试信息均发送至控制系统。其中，非TTE总线接口主要包括开关量输入接口、局部总线接口，如RS422/485串行接口、CAN总线接口、LVDS串行接口等。

汇聚节点设备工作过程如下：(1)配电通信设备接通配电通路Pn，汇聚节点设备电源变换单元经短路保护电路、输入滤波电路、DC/DC变换电路和输出滤波电路，将28V供电转换为不同电压的二次母线，通过供电通路S0为数控单元、接口转换单元电路供电。(2)由于此时接口转换单元已上电，因此接口转换单元可通过接口通路N1～n接收本部段内的非TTE总线设备1～n发送的数据，并通过设备内数据S将之转发至数控单元。(3)由于此时数控单元的CPU模块、TTE端节点均已上电，因此数控单元可完成计算和数据处理功能，并将计算结果和设备状态信息通过TTE总线发送至控制系统。

5)控制系统数字控制设备中，参与TTE通信核心电路数控单元由CPU子系统及TTE端节点子系统组成。其中CPU子系统用于实现应用层数据处理和计算；TTE端节点子系统用于接收外部TTE消息，将之解析为应用层数据发送给CPU子系统，或者接收CPU子系统传输的应用层数据，将之组帧为TTE消息发送至TTE总线上。

如图4，数控单元具体实现方式为：(1)CPU子系统采用Xilinx Zynq系列芯片或者同类型芯片组合作为核心处理芯片，并配套FLASH、DDR等存储芯片和对外接口IP及相关电路。其中CPU子系统通过RapidIO与本设备内其他电路通信，并设计复位电路，在接收到TTE总线传输的“复位”指令后，对数控单元和其他功能电路实施复位操作。(2)TTE端节点子系统采用TTE协议芯片作为核心器件，配套FLASH、DDR等存储芯片和对外接口IP及相关电路。其中TTE协议芯片通过SGMII方式，经由PHY芯片，通过三冗余链路L1n、L2n、L3n与本级的配电通信设备中的交换机单元实现互联。(3)TTE端节点子系统与CPU子系统间通过IO传递中断消息，通过PCIE总线传输数据和指令。

TTE端节点地址配置方式为：(1)MAC地址设置应保证全网唯一性，采用预分配方式，直接固化在FLASH中；(2)IP地址设置应保证互换性和通用化，采用设计系统跳线方式，上电后动态识别端节点IP地址。

数控单元复位实现方式为：(1)无开关量输入复位电路，仅保留TTE总线指令复位功能。(2)CPU子系统可接收3类与设备复位相关的外部TTE指令：复位、禁止复位、允许复位。(3)CPU子系统接收到“禁止复位”TTE指令后，在寄存器对“禁止复位”状态位置位，数控单元接收到“允许复位”TTE指令后，在寄存器对“禁止复位”状态位复位。(4)CPU子系统接收到“复位”TTE指令后，首先查询寄存器“禁止复位”状态位状态，若处于置位状态，则不响应该“复位”指令；若处于复位状态，则执行相应的复位动作。(5)复位动作过程为：a)CPU子系统内部生成宽度200ms的复位脉冲信号，同时对CPU子系统可编程逻辑控制器部分、TTE端节点子系统、设备内其他电路单元复位实施复位；b)上述复位过程执行完毕后，CPU子系统对复位寄存器置位，对CPU子系统处理器部分实施复位。

6)运载火箭各级控制系统配电通信设备配套规模计算方法为：(1)运载火箭各级至少配套1台主配电通信设备；(2)存在以下任意一种情况时，考虑增加1台从配电通信设备：a)本级内功能节点设备和汇聚节点设备(含接入TTE网络的不属于控制系统的数字控制设备)、与之直接有物理连接关系的其他部段配电通信设备对应的TTE端节点数量之和超过15个；b)本级内要求的可控配电通路大于n路，n为1台配电通信设备最大可用的可控配电通路规模。增加的1台从配电通信设备通过三冗余TTE总线与本级主配电通信设备直接相连。(3)若增加1台从配电通信设备后，存在以下任意一种情况时，考虑增加第2台从配电通信设备：a)本级内功能节点设备和汇聚节点设备(含接入TTE网络的不属于控制系统的数字控制设备)对应的TTE端节点数量之和超过2台配电通信组合提供的除用于级内和级间配电通信组合互联之外的TTE端口数量；b)本级内要求的可控配电通路大于2n路，n为1台配电通信设备最大可用的可控配电通路规模。增加的第2台从配电通信设备通过三冗余TTE总线与本级主配电通信设备直接相连。(4)各级控制系统配电通信设备配套规模不超过3台。

7)运载火箭各级控制系统数字控制设备连接关系为：(1)各级主配电通信设备均通过一组三冗余总线连接到相邻级的主配电通信设备；(2)若各级存在从配电通信设备，则各配电通信设备均通过一组三冗余总线连接到本级的主配电通信设备；(3)功能节点设备及汇聚节点设备均就近连接至本级配电通信设备；(4)有通信需求的其他控制设备就近连接至本级汇聚节点设备。

在本申请实施例所提供的方案中，具体包括：

1)如图5所示，以某运载火箭三级控制系统为例，说明典型功能节点设备组成如下：

(1)箭载计算机(G31)：是运载火箭的核心控制设备，用于完成运载火箭飞行过程中GNC计算功能。该设备对可靠性要求较高，由3个冗余的数控单元C1、C2、C3，1个电源变换单元S1，以及1个功能单元F1组成。其中功能单元F1用于解析卫星导航接收机信息，参与组合导航运算。数控单元C1、C2、C3通过TTE总线接收外部导航、姿态传感器信息，完成运算后，将控制指令通过TTE总线发送至全箭的各类执行器。

(2)在线轨迹求解器(G32)：是运载火箭的应急控制设备，用于在飞行异常时在线计算飞行轨迹。该设备由1个数控单元C1及1个电源变换单元S1组成，无功能单元。数控单元C1通过TTE总线接收外部飞行状态信息，完成运算后，将在线轨迹数据通过TTE总线发送至箭载计算机。

(3)光学惯组(G33)：是运载火箭的核心控制设备，用于获取运载火箭飞行过程中运载火箭加速度、姿态角信息。其中加速度、姿态角获取各对应一个功能单元F1、F2；该设备对可靠性要求较高，配置3个冗余的数控单元C1、C2、C3，以及1个电源变换单元S1。该设备数控单元C1、C2、C3将运载火箭加速度、姿态角信息通过TTE总线发送至箭载计算机。

(4)三级伺服机构(G34)：是运载火箭的核心控制设备，用于改变运载火箭飞行过程中发动机喷管方向，实现推力矢量控制。其中一个功能单元F1用于驱动伺服机构作动；该设备对可靠性要求较高，配置3个冗余的数控单元C1、C2、C3，以及1个电源变换单元S1。该设备数控单元C1、C2、C3接收箭载计算机通过TTE总线发送的控制指令。

(5)三级时序控制器(G35)：是运载火箭的核心控制设备，用于输出发动机关机、级间分离、增压控制等时序控制指令。其中一个功能单元F1用于控制电磁阀通断或者引爆火工品；该设备对可靠性要求较高，配置3个冗余的数控单元C1、C2、C3，以及1个电源变换单元S1。该设备数控单元C1、C2、C3接收箭载计算机通过TTE总线发送的控制指令。

2)如图5所示，以某运载火箭三级控制系统为例，说明汇聚节点设备组成如下：该级控制系统有两类非TTE接口传感器有数据传输需求。其中，压力传感器通过RS485串口向控制系统实时发送三级推进剂贮箱压力信息，液位传感器通过开关量接口向控制系统实时发送三级推进剂是否耗尽的信息。为此设置1台三级数据转换器(H31)，用于将测量数据转换为TTE信息发送到控制系统总线网络。该设备对可靠性有需求，配置2个冗余的数控单元C1、C2，以及1个电源变换单元S1和1个接口转换单元I1。接口转换单元I1用于提供RS485串口和开关量(DI)接口，并对相应格式的输入数据解析后发送给数控单元。该设备数控单元C1、C2将压力传感器、液位传感器测试数据发送到总线网络。

3)以某运载火箭三级为例，说明配电通信设备配套数量计算过程：

(1)如图6所示，该运载火箭三级配电通信设备除为上述控制系统功能节点设备、汇聚节点设备配电外，尚需为运载火箭三级外系统设备安全控制器(GY31)、遥测数据采编器(GY32)供电。配电通信设备能够提供的可控配电通路数n＝6。其中箭载计算机、在线轨迹求解器共用一路配电通路P1，光学惯组用一路配电通路P2，三级伺服机构用一路配电通路P3，三级时序控制器用一路配电通路P4，三级数据转换器用一路配电通路P5，外系统设备设备共用一路配电通路P6。因此从配电通路方面考虑，三级控制系统仅需配套1台主配电通信设备。

(2)如图7所示，该运载火箭三级配电通信设备除与上述控制系统功能节点设备、汇聚节点设备进行TTE通信外，尚需与运载火箭三级外系统设备安全控制器(GY31)、遥测数据采编器(GY32)进行TTE通信。a)上述设备各数控单元分别对应一个TTE端节点，即每个数控单元与配电通信设备间均存在一条三冗余的通信链路Lx，x取值为1～15。b)上述设备包含的数控单元总数为21，大于单台配电通信设备可提供的最大TTE端口数量，需要增加1台从配电通信设备。c)三级主配电通信设备(E31)通过一组三冗余总线L15连接到二级的主配电通信设备(E21)；d)增加的从配电通信设备(E32)通过一组三冗余总线连接到本级的主配电通信设备(E31)，该总线连接对于主配电通信设备(E31)为L14，对于从配电通信设备(E32)为L9。e)主配电通信设备(E31)通过三冗余总线L1～L13分别连接到箭载计算机(G31)、在线轨迹求解器(G32)、光学惯组(G33)、三级伺服机构(G34)、三级时序控制器(G35)的共13个数控单元。f)从配电通信设备(E32)通过三冗余总线L1～8分别连接到三级数据转换器(H31)、安全控制器(GY31)、遥测数据采编器(GY32)共8个数控单元。g)主配电通信设备(E31)TTE端口已用满，从配电通信设备(E32)TTE端口尚未用满，因此从TTE端节点数量方面考虑，三级控制系统需配套1台主配电通信设备和1台从配电通信设备。

(3)综合配电通路、TTE端节点数量需求，三级控制系统实际配套1台主配电通信设备和1台从配电通信设备共2台配电通信设备，满足单级控制系统配电通信设备不超过3台的限制。

4)如图8所示，以某三级火箭箭载计算机接收的测试与控制信息为例，说明信息传输路径。其中三级配套2台配电通信设备，二级、一级分别配套1台配电通信设备。

(1)测试及飞行阶段级内控制系统信息传输路径：以三级为例，三级压力传感器周期性贮箱压力测试数据经RS485总线传输至三级数据转换器H31，三级数据转换器H31将之转换为周期性的TTE总线数据后，通过TTE通信链路，经三级从配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。三级液位传感器的非周期开关量输入信号经光耦接口电路接收后，三级数据转换器H31将之转换为非周期性的TTE总线信息，通过TTE通信链路，经三级从配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。三级其他数字控制设备到箭载计算机间的信息传输路径为直接通过TTE通信链路，经三级从配电通信设备或者三级主配电通信设备到箭载计算机接收。

(2)测试及飞行阶段二-三级间控制系统信息传输路径：二级压力传感器周期性贮箱压力测试数据、二级速率陀螺周期姿态角测试数据、加速度表周期加速度测试数据经RS485总线传输至二级数据转换器H21，二级数据转换器H21将之转换为不同周期的TTE总线数据后，通过TTE通信链路，经二级主配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。二级液位传感器的非周期开关量输入信号经光耦接口电路接收后，二级数据转换器H21将之转换为非周期性的TTE总线信息，通过TTE通信链路，经二级主配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。二级其他数字控制设备到箭载计算机间的信息传输路径为直接通过TTE通信链路，经二级主配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。

(3)测试及飞行阶段一-三级间控制系统信息传输路径：一级压力传感器周期性贮箱压力测试数据、一级速率陀螺周期姿态角测试数据经RS485总线传输至一级数据转换器H11，一级数据转换器H11将之转换为不同周期的TTE总线数据后，通过TTE通信链路，经一级主配电通信设备、二级主配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。一级液位传感器的非周期开关量输入信号经光耦接口电路接收后，一级数据转换器H11将之转换为非周期性的TTE总线信息，通过TTE通信链路，经一级主配电通信设备、二级主配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。一级其他数字控制设备到箭载计算机间的信息传输路径为直接通过TTE通信链路，经一级主配电通信设备、二级主配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。

(4)测试阶段地面设备-三级间控制系统信息传输路径：地面各以太网控制终端控制指令经以太网总线传输至地面数据转换器H01，地面数据转换器H01将之转换为非周期的TT帧格式TTE总线数据后，通过TTE通信链路，经一级主配电通信设备、二级主配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。地面发送的开关量输入指令信号经光耦接口电路接收后，地面数据转换器H01将之转换为非周期性的TTE总线信息，通过TTE通信链路，经一级主配电通信设备、二级主配电通信设备、三级主配电通信设备到箭载计算机接收。

当需要连接的非TTE接口设备数量或者通道较少时，图2、图3所示的功能节点设备、汇聚节点设备亦可按需合并为统一的功能及汇聚节点设备，即在一台设备中既集成特定的控制功能，又实现接收本部段内各类非TTE总线设备发送的非TTE格式的接口信息，并将之发送至数控单元的目的。如此相比分为两台设备的状态，可节约部分电源变换单元和数控单元，如图9所示。

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。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，包括使用TTE总线连接的若干数字控制设备；所述数字控制设备包括配电通信设备、功能节点设备和汇聚节点设备；所述配电通信设备为用于实现TTE交换机功能的数字控制配电器；所述功能节点设备为通过TTE总线进行对外信息交互的数字控制功能设备；所述汇聚节点设备为用于对局部非TTE消息进行转换，并通过TTE总线与其他控制系统数字控制设备进行信息交互的设备；

运载火箭各级的配电通信设备均通过三冗余总线连接到相邻级的配电通信设备；功能节点设备及汇聚节点设备均就近连接至本级配电通信设备；有通信需求的非TTE总线设备就近连接至本级汇聚节点设备。

2.根据权利要求1所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，运载火箭各级配备至少一台主配电通信设备，当满足从配电通信设备条件时，另外配备1～2台从配电通信设备；各级主配电通信设备均通过一组三冗余总线连接到相邻级的主配电通信设备，各级各从配电通信设备均通过一组三冗余总线连接到本级的主配电通信设备；运载火箭各级的配电通信设备的个数不超过三。

3.根据权利要求2所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，所述从配电通信设备条件包括：

当本级内功能节点设备和汇聚节点设备、与本级主配电通信设备有物理连接关系的其他部段配电通信设备对应的TTE端节点数量之和超过15个，或者本级内要求的可控配电通路大于n路时，从配电通信设备个数为一；其中，n为1台配电通信设备最大可用的可控配电通路规模；

当本级内功能节点设备和汇聚节点设备对应的TTE端节点数量之和超过2台配电通信组合提供的除用于级内和级间配电通信组合互联之外的TTE端口数量，或者本级内要求的可控配电通路大于2n路时，从配电通信设备个数为二。

4.根据权利要求1所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，所述配电通信设备包括配电单元、电源变换单元、交换机以及数控单元；

配电单元，接收外部电源28V供电输入，采用不控配电通路为本设备供电，采用可控配电通路为运载火箭本级内其他数字控制设备配电；

电源变换单元，用于将配电单元输出的28V供电母线转换为配电通信设备内其他单元所需的各种电压；

交换机，用于与数控单元，以及数字控制设备的互联；

数控单元，通过TTE总线接收其他数字控制设备发送的控制和配电指令，控制配电单元执行相应的操作，并通过TTE总线将本设备配电单元、电源变换单元以及数控单元自身状态测试信息发送至其他设备。

5.根据权利要求4所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，所述交换机设有三台，实现三冗余总线网络；三台交换机均设有16端口。

6.根据权利要求1所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，所述功能节点设备包括功能单元、电源变换单元以及数控单元；

功能单元，用于实现控制功能，包括特定的数据采集和执行输出；

电源变换单元，用于将配电通信设备输出的28V供电母线转换为设备内其他单元所需的各种电压；

数控单元，通过TTE总线接收控制系统其他设备发送的控制指令和数据，完成信息处理和计算，控制功能单元执行相应的操作，并通过TTE总线将本设备配电单元、电源变换单元以及数控单元自身状态测试信息发送至其他设备；

所述数控单元的个数为1～3。

7.根据权利要求1所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，所述汇聚节点设备包括1个或者多个接口转换单元、电源变换单元，以及数控单元；

接口转换单元，用于接收本部段内各类非TTE总线设备发送的非TTE格式的接口信息，并将之发送至数控单元；

电源变换单元，用于将配电通信设备输出的28V供电母线转换为设备内其他单元所需的各种电压；

数控单元，接收接口转换单元转发的非TTE格式消息，按需进行计算和数据处理后，通过TTE总线将数据处理结果连同本设备配电单元、电源变换单元以及数控单元自身状态测试信息均发送至其他设备；

所述非TTE总线接口包括开关量输入接口、局部总线接口。

8.根据权利要求4～7任一项所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，所述数控单元包括CPU子系统及TTE端节点子系统；

CPU子系统，用于实现指令数据处理和计算，并将计算完成的指令数据发送至TTE端节点子系统；所述指令数据包括对运载火箭地面测试或者飞行过程中采集或接收的控制指令或者测试数据；

TTE端节点子系统，用于接收外部TTE消息，将之解析为指令数据发送给CPU子系统，或者接收CPU子系统传输的指令数据，将之组帧为TTE消息发送至TTE总线上。

9.根据权利要求8所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，所述CPU子系统配套存储芯片和对外接口IP及相关电路，通过RapidIO接口与本数控单元内其他电路通信，并基于复位电路，在接收到TTE总线传输的复位指令后，对数控单元和其他功能电路实施复位操作；

所述TTE端节点子系统配套存储芯片和对外接口IP及相关电路，通过SGMII方式，通过三冗余链路L1n、L2n、L3n与本级的配电通信设备中的交换机单元实现互联；

所述TTE端节点子系统与CPU子系统间通过IO接口传递中断消息，通过PCIE总线传输数据和指令；TTE端节点地址配置方式包括：MAC地址设置全网唯一，采用预分配方式固化在存储芯片中；采用外部地址选通方式设置IP地址，上电后动态识别TTE端节点IP地址。

10.根据权利要求9所述的一种基于TTE总线的运载火箭全数字互联系统，其特征在于，所述复位电路为无开关量输入复位电路；

所述复位操作包括：CPU子系统接收三类与设备复位相关的外部TTE指令：复位、禁止复位、允许复位；其中，CPU子系统接收到禁止复位TTE指令后，在寄存器对禁止复位状态位置位；数控单元接收到允许复位TTE指令后，在寄存器对禁止复位状态位复位；CPU子系统接收到复位TTE指令后，首先查询寄存器禁止复位状态位状态，若处于置位状态，则不响应该复位指令；若处于复位状态，则执行相应的复位动作；复位动作过程包括：a)CPU子系统内部生成宽度200ms的复位脉冲信号，同时对CPU子系统可编程逻辑控制器部分、TTE端节点子系统、设备内其他电路单元复位实施复位；b)上述复位过程执行完毕后，CPU子系统对复位寄存器置位，对CPU子系统处理器部分实施复位。