CN207301728U - 一种一体化制导控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种一体化制导控制系统，它包括功能控制模块、数据收发控制模块、第一运算处理模块和第二运算处理模块，数据收发控制模块包括开关量收发单元、数据收发单元、存储单元和逻辑单元；将数据收发控制模块作为与功能控制模块各单元的通信接口和公共数据存储区，第一运算处理模块完成惯性传感器单元传递的数据的误差补偿和组合导航解算，第二运算处理模块完成弹体控制律的计算、任务装订、载机通信等，为弹上功能控制模块提供统一的一体化运算控制平台。整合硬件资源，实现资源共享与集中控制，减少器件冗余，缩短了炸弹电子舱长度和减轻了重量，降低了成本，减小信号传输时延，提高可靠性，据具体应用可进行功能裁剪，增加通用性。

Description

一种一体化制导控制系统

技术领域

本实用新型涉及制导控制领域，特别是涉及一种一体化制导控制系统。

背景技术

MEMS技术、信息融合技术、导航技术和制导与控制技术的快速发展，推动了微小型捷联惯导系统技术的不断成熟，并在航天器姿态测控、武器制导、微小型飞行器控制等众多领域显示出十分广阔的应用前景。

传统的制导控制系统通常由不同设备供应商提供的子系统构成，这些子系统通常包含定制的功能软件和与硬件绑定的嵌入式计算机系统，使制导控制系统存在可靠性低、硬件和软件重用性低、通用性差、使用维护成本高等弊端，难以满足目前市场急需的低成本制导炸弹的应用要求。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种一体化制导控制系统。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种一体化制导控制系统，它包括功能控制模块，所述功能控制模块包括导引头探测单元、卫星接收单元、舵机控制单元、弹翼控制单元、发动机控制单元、载机接口单元、引信控制单元、遥测/记录单元、热电池控制单元、仿真及监测单元和惯性传感器单元之一或它们的任意组合，还包括数据收发控制模块、第一运算处理模块和第二运算处理模块，所述数据收发控制模块包括开关量收发单元、数据收发单元、存储单元和逻辑单元；

所述开关量收发单元的开关量输出端与功能控制模块中各单元的开关量输入端连接，开关量输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端连接，控制端与逻辑单元输出端连接；所述数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口双向连接，控制端与逻辑单元输出端连接；所述存储单元分别与逻辑单元、数据收发单元、第一运算处理模块和第二运算模块双向连接。

通过开关量收发单元接收功能控制模块中各单元的运行状态，传递控制信号控制各单元执行任务，以及开启或关闭各单元。通过数据收发单元接收功能控制模块中各单元的探测数据信息，并将数据存储于存储单元中，还发送控制参数等数据信息；第一运算处理模块和第二运算处理模块分别从存储单元中取出所需数据进行运算并将运算结果存入存储单元，第一运算处理模块完成惯性传感器单元传递数据的误差补偿和组合导航解算，第二运算处理模块完成弹体控制律的计算、任务装订、载机通信等工作；逻辑单元从存储单元中取出运算结果，进行分析后通过开关量收发单元和/或数据收发单元发送控制信息至功能控制模块的各单元。该制导控制系统将数据收发控制模块作为与功能控制模块各单元的通信接口和公共数据存储区，第一运算处理模块和第二运算处理模块分别承担大量数据运算，为弹上的导引头探测单元、卫星接收单元、舵机控制单元等提供统一的一体化运算控制平台。

该一体化制导控制系统整合了硬件资源，将导引头探测单元、惯性传感器单元、舵机控制单元、发动机控制单元、弹翼控制单元、引信控制单元和载机接口单元等高度集成在一起，实现资源共享与集中控制，减少系统内器件冗余，有效缩短了炸弹电子舱的长度，减轻了电子舱的重量，降低了成本，减小了系统内信号传输时延，提高可靠性，另外，该系统能根据炸弹的具体应用，可以对功能进行裁剪，增加了通用性。

在本实用新型的另种优选实施方式中，还包括接口转换及控制模块，所述接口转换及控制模块包括设置在开关量收发单元的开关量输出端与功能控制模块中各单元的开关量输入端之间的开关量输出控制单元，设置在开关量收发单元的开关量输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端之间的开关量输入控制单元，以及设置在数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口之间的数据转换控制单元；所述开关量输出控制单元包括依次连接的第一逻辑隔离器、第一光耦隔离器、继电器和第一接口保护电路，所述第一逻辑隔离器输入端与开关量收发单元的开关量输出端连接，接口保护电路输出端与功能控制模块中各单元开关量输入端连接；所述开关量输入控制单元包括依次连接的第二接口保护电路、第二光耦隔离器和第二逻辑隔离器，所述第二接口保护电路输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端连接，第二逻辑隔离器输出端与开关量收发单元的开关量输入端连接；所述数据转换控制单元包括依次连接的第三接口保护电路和隔离驱动电路，第三接口保护电路与功能控制模块中各单元的数据接口双向连接，隔离驱动电路与数据收发单元的数据接口双向连接。

通过接口转换及控制模块，将功能控制模块与一体化电气制导系统进行隔离，减小了相互之间的电磁干扰影响，降低了静电或强干扰等损坏器件的风险，提高了制导系统的可靠性。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述接口转换及控制模块还包括设置在功能控制模块中各单元模拟输出端与数据收发单元的信号采集端之间的模拟量输入转换单元，所述模拟量输入转换单元包括依次连接的信号预处理电路和A/D转换器，所述信号预处理电路输入端与功能控制模块中各单元的模拟输出端连接，A/D转换器输出端与数据收发单元的信号采集端连接。

通过设置模拟量输入转换单元，可实现模拟信号采集，提高系统控制的灵活性，如可采集舵机位置信息，形成闭环控制，提高了控制精度。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述第一接口保护电路和/或第二接口保护电路和/或第三接口保护电路包含一ESD防护器件，所述ESD防护器件第一端与功能控制模块中各单元开关量输出端或功能控制模块中各单元开关量输入端或功能控制模块中各单元数据接口连接，ESD防护器件第二端与地连接。保护接口，减小静电损坏风险。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述存储单元通过并行总线分别与第一运算处理模块和第二运算模块双向数据通信。通过并行总线连接，提高数据读写速度。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口采用RS422标准进行通信。全双工接口，支持多机通信。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述数据收发控制模块为FPGA芯片，型号为EP3C25。成本低，运算速度快,编程简易。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述第一运算处理模块为DSP芯片，型号为tms320c6713。成本低，低功耗，高性能的处理能力。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述第二运算处理模块为DSP芯片，型号为omap-l138。成本低，低功耗，高性能的处理能力。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式的系统框图；

图2是本实用新型一具体实施方式中开关量输出控制单元的结构框图；

图3是本实用新型一具体实施方式中开关量输入控制单元的结构框图；

图4是本实用新型一具体实施方式中数据转换控制单元的结构框图；

图5是是本实用新型一具体实施方式中模拟量输入转换单元的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

本实用新型提供了一种一体化制导控制系统，图1为一种优选实施方式的系统框图，它包括功能控制模块，该功能控制模块包括导引头探测单元、卫星接收单元、舵机控制单元、弹翼控制单元、发动机控制单元、载机接口单元、引信控制单元、遥测/记录单元、热电池控制单元、仿真及监测单元和惯性传感器单元之一或它们的任意组合，还包括数据收发控制模块、第一运算处理模块和第二运算处理模块，该数据收发控制模块包括开关量收发单元、数据收发单元、存储单元和逻辑单元；

开关量收发单元的开关量输出端与功能控制模块中各单元的开关量输入端连接，开关量输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端连接，控制端与逻辑单元输出端连接；数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口双向连接，控制端与逻辑单元输出端连接；存储单元分别与逻辑单元、数据收发单元、第一运算处理模块和第二运算模块双向连接。

在本实施方式中，通过开关量收发单元接收功能控制模块中各单元的运行状态，传递控制信号控制各单元执行任务，以及开启或关闭各单元。通过数据收发单元接收功能控制模块中各单元的探测数据信息，并将数据存储于存储单元中，还发送控制参数等数据信息；第一运算处理模块和第二运算处理模块分别从存储单元中取出所需数据进行运算并将运算结果存入存储单元，第一运算处理模块完成惯性传感器单元传递数据的误差补偿和组合导航解算，第二运算处理模块完成弹体控制律的计算、任务装订、载机通信等工作；逻辑单元从存储单元中取出运算结果，进行分析后通过开关量收发单元和/或数据收发单元发送控制信息至功能控制模块的各单元。该制导控制系统将数据收发控制模块作为与功能控制模块各单元的通信接口和公共数据存储区，第一运算处理模块和第二运算处理模块分别承担大量数据运算，为弹上的导引头探测单元、卫星接收单元、舵机控制单元等提供统一的一体化运算控制平台。

在本实施方式中，数据收发控制模块充当着整个系统的公共数据区，该公共数据区包含导航信息数据区、制导信息数据区和控制信息数据区，且这些数据可共享；同时，数据收发控制模块对公共数据区的数据进行管理，按可编程的帧率和要求控制开关量收发单元和数据收发单元输出IMU信息、组合导航信息、与图像处理机的交互信息、导引头随动系统控制信号、舵机控制信息、引信控制信息等至功能控制模块中的各单元。

在本实施方式中，该一体化制导控制系统整合了硬件资源，将导引头探测单元、惯性传感器单元、舵机控制单元、发动机控制单元、弹翼控制单元、引信控制单元和载机接口单元等高度集成在一起，实现资源共享与集中控制，减少系统内器件冗余，有效缩短了炸弹电子舱的长度，减轻了电子舱的重量，降低了成本，还减小了系统内信号传输时延，提高可靠性，另外，该系统能根据炸弹的具体应用，可以对功能进行裁剪，增加了通用性。

在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括接口转换及控制模块，接口转换及控制模块包括设置在开关量收发单元的开关量输出端与功能控制模块中各单元的开关量输入端之间的开关量输出控制单元，设置在开关量收发单元的开关量输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端之间的开关量输入控制单元，以及设置在数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口之间的数据转换控制单元；如图2所示，开关量输出控制单元包括依次连接的第一逻辑隔离器、第一光耦隔离器、继电器和第一接口保护电路，第一逻辑隔离器输入端与开关量收发单元的开关量输出端连接，接口保护电路输出端与功能控制模块中各单元开关量输入端连接；如图3所示，开关量输入控制单元包括依次连接的第二接口保护电路、第二光耦隔离器和第二逻辑隔离器，第二接口保护电路输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端连接，第二逻辑隔离器输出端与开关量收发单元的开关量输入端连接；如图4所示，数据转换控制单元包括依次连接的第三接口保护电路和隔离驱动电路，第三接口保护电路与功能控制模块中各单元的数据接口双向连接，隔离驱动电路与数据收发单元的数据接口双向连接。

在本实施方式中，第一光耦隔离器和第二光耦隔离器可选用TLP3107芯片以及其外围电路实现；继电器可选用JZC-102mb；隔离驱动电路包括依次连接的光隔离器件和电平转换驱动器件，光隔离器件可选用高速光耦6N137或6N136等芯片，电平转换驱动器件可选用MAX14857；第一逻辑隔离器和/或第二逻辑隔离器可选择74系列逻辑隔离芯片，如74HC374D；具体的管脚连接方式在本实用新型的教导下结合本领域通用的连接方式连接。通过接口转换及控制模块，将功能控制模块与一体化电气制导系统进行隔离，减小了相互之间的电磁干扰影响，降低了静电或强干扰等损坏器件的风险，提高制导系统的可靠性。

在本实用新型的一种优选实施方式中，如图5所示，接口转换及控制模块还包括设置在功能控制模块中各单元模拟输出端与数据收发单元的信号采集端之间的模拟量输入转换单元，模拟量输入转换单元包括依次连接的信号预处理电路和A/D转换器，信号预处理电路输入端与功能控制模块中各单元的模拟输出端连接，A/D转换器输出端与数据收发单元的信号采集端连接。

在本实施方式中，信号预处理电路包括信号放大电路和低通滤波电路，信号放大电路输入端与功能控制模块中各单元的模拟输出端连接，信号放大电路输出端与低通滤波器输入端连接，低通滤波器输出端与A/D转换器输入端连接，优选的，信号放大电路中的运放选择隔离运放，低通滤波器选择RC一阶滤波器。通过设置模拟量输入转换单元，可实现模拟信号采集，提高系统控制的灵活性，如可采集舵机位置信息，形成闭环控制，提高了控制精度。

在本实用新型的一种优选实施方式中，第一接口保护电路和/或第二接口保护电路和/或第三接口保护电路包含一ESD防护器件，ESD防护器件第一端与功能控制模块中各单元开关量输出端或功能控制模块中各单元开关量输入端或功能控制模块中各单元数据接口连接，ESD防护器件第二端与地连接。

在本实施方式中，ESD防护器件保护接口，减小静电损坏风险，可选择TVS管或者压敏电阻，优选的，可在ESD防护器件后级串接磁珠和/或PPTC电阻，磁珠用于吸收线路中的高频干扰，PPTC电阻防止过流损坏器件管脚。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述存储单元通过并行总线分别与第一运算处理模块和第二运算模块双向数据通信。通过并行总线连接，提高数据读写速度。

在本实用新型的再一种优选实施方式中，所述数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口采用RS422标准进行通信。全双工接口，支持多机通信。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述数据收发控制模块为FPGA芯片，型号为EP3C25。成本低，运算速度快,编程简易。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述第一运算处理模块为DSP芯片，型号为tms320c6713。成本低，低功耗，高性能的处理能力。

在本实用新型的一种优选实施方式中，所述第二运算处理模块为DSP芯片，型号为omap-l138。成本低，低功耗，高性能的处理能力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种一体化制导控制系统，包括功能控制模块，所述功能控制模块包括导引头探测单元、卫星接收单元、舵机控制单元、弹翼控制单元、发动机控制单元、载机接口单元、引信控制单元、遥测/记录单元、热电池控制单元、仿真及监测单元和惯性传感器单元之一或它们的任意组合，其特征在于，还包括数据收发控制模块、第一运算处理模块和第二运算处理模块，所述数据收发控制模块包括开关量收发单元、数据收发单元、存储单元和逻辑单元；

所述开关量收发单元的开关量输出端与功能控制模块中各单元的开关量输入端连接，开关量输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端连接，控制端与逻辑单元输出端连接；所述数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口双向连接，控制端与逻辑单元输出端连接；所述存储单元分别与逻辑单元、数据收发单元、第一运算处理模块和第二运算模块双向连接。

2.如权利要求1所述的一体化制导控制系统，其特征在于，还包括接口转换及控制模块，所述接口转换及控制模块包括设置在开关量收发单元的开关量输出端与功能控制模块中各单元的开关量输入端之间的开关量输出控制单元，设置在开关量收发单元的开关量输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端之间的开关量输入控制单元，以及设置在数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口之间的数据转换控制单元；所述开关量输出控制单元包括依次连接的第一逻辑隔离器、第一光耦隔离器、继电器和第一接口保护电路，所述第一逻辑隔离器输入端与开关量收发单元的开关量输出端连接，接口保护电路输出端与功能控制模块中各单元开关量输入端连接；所述开关量输入控制单元包括依次连接的第二接口保护电路、第二光耦隔离器和第二逻辑隔离器，所述第二接口保护电路输入端与功能控制模块中各单元的开关量输出端连接，第二逻辑隔离器输出端与开关量收发单元的开关量输入端连接；所述数据转换控制单元包括依次连接的第三接口保护电路和隔离驱动电路，第三接口保护电路与功能控制模块中各单元的数据接口双向连接，隔离驱动电路与数据收发单元的数据接口双向连接。

3.如权利要求2所述的一体化制导控制系统，其特征在于，所述接口转换及控制模块还包括设置在功能控制模块中各单元模拟输出端与数据收发单元的信号采集端之间的模拟量输入转换单元，所述模拟量输入转换单元包括依次连接的信号预处理电路和A/D转换器，所述信号预处理电路输入端与功能控制模块中各单元的模拟输出端连接，A/D转换器输出端与数据收发单元的信号采集端连接。

4.如权利要求2所述的一体化制导控制系统，其特征在于，所述第一接口保护电路和/或第二接口保护电路和/或第三接口保护电路包含一ESD防护器件，所述ESD防护器件第一端与功能控制模块中各单元开关量输出端或功能控制模块中各单元开关量输入端或功能控制模块中各单元数据接口连接，ESD防护器件第二端与地连接。

5.如权利要求1所述的一体化制导控制系统，其特征在于，所述存储单元通过并行总线分别与第一运算处理模块和第二运算模块双向数据通信。

6.如权利要求1所述的一体化制导控制系统，其特征在于，所述数据收发单元的数据接口与功能控制模块中各单元的数据接口采用RS422标准进行通信。

7.如权利要求1所述的一体化制导控制系统，其特征在于，所述数据收发控制模块为FPGA芯片，型号为EP3C25。

8.如权利要求1所述的一体化制导控制系统，其特征在于，所述第一运算处理模块为DSP芯片，型号为tms320c6713。

9.如权利要求1所述的一体化制导控制系统，其特征在于，所述第二运算处理模块为DSP芯片，型号为omap-l138。