CN213067290U - 一种运载火箭的双总线架构电子系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及火箭电子系统领域，公开了一种运载火箭的双总线架构电子系统，解决了电子系统的总线带宽无法满足测试系统和控制系统融合之后的高总线带宽使用需求问题。其主要技术方案为：一种运载火箭的双总线架构电子系统，包括控制系统和测试系统，控制系统包括分别与1553B总线连接的惯组、伺服机构、速率陀螺和综合电子设备，测试系统包括测发控设备、以太网和交换机，综合电子设备在测试系统工作时与以太网连接，1553B为飞行信息流总线，以太网为测试信息流总线，测发控设备接入以太网。本实用新型在电子系统中加入以太网来作为测试信息流的载体，大幅提高了信息传输带宽，满足了电子系统的高总线带宽需求。

Description

一种运载火箭的双总线架构电子系统

技术领域

本实用新型涉及运载火箭电子系统领域，尤其涉及一种运载火箭的双总线架构电子系统。

背景技术

运载火箭的总线架构随着电子系统的发展而不断发生着变化，我国第一代运载火箭电子系统基本全部由模拟电路搭建而成，那时还没有数字通讯总线的应用。随着数字电路技术的发展，第二代运载火箭电子系统开始采用以RS422为代表的串行数字总线，使得电子系统得到大大简化，可靠性得以提升，电子系统重量随之下降，然而RS422串行数字总线只能采用点对点通讯，其还不属于真正意义上的“总线”。第三代运载火箭，以1553B为代表的真正意义上的总线开始在箭上得到应用，箭上通讯电缆网得以大幅减少，可靠性进一步提高。1553B总线以其非常高的可靠性、低误码率、使用简单、支持广泛等优势在航天运载领域得到快速大量应用。

然而，随着数字集成电路技术、智能化技术的进一步发展，火箭正在变得越来越智能，火箭上要测量、监测的量也越来越多，“健康诊断、智能测试”等理念本质上是在大量测试数据的基础上进行的，测试数据量的增加使得对通讯总线的带宽提出了更高的要求。

虽然1553B总线具备上述很多优点，但是1553B总线仅有1Mbps的带宽，虽然在火箭飞行过程中仅满足控制系统使用是够用的，但是在地面测试过程中却越来越无法满足需求。尤其是在控制系统和测量系统融合之后，大量测试数据的传输远超1553B总线的承载能力，故有待改进。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于通过加入双冗余以太网来作为测试信息流的载体，大幅提高信息传输带宽，满足控制系统和测量系统一体化融合设计之后的高总线带宽测试需求。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种运载火箭的双总线架构电子系统，包括控制系统和测试系统，所述控制系统包括1553B总线、惯组、伺服机构、速率陀螺和综合电子设备，所述惯组、伺服机构、综合电子设备和速率陀螺均分别与1553B总线连接，所述测试系统包括测发控设备和电池，所述测试系统还包括以太网和交换机，所述电池连接交换机以接入以太网，所述综合电子设备在测试系统工作时与以太网连接，所述1553B为飞行信息流总线，所述以太网为测试信息流总线，所述测发控设备接入以太网。

通过采用上述技术方案，当火箭处于飞行状态时，以太网总线处于停用状态，分别与作为飞行信息流总线的1553B总线连接的惯组、伺服机构、综合电子设备和速率陀螺依然通过1553B总线传输控制信息和数据。而在火箭处于地面测试状态或发射控制阶段时，地面测发控设备作为任务的发起方，通过以太网总线来传输控制信息，行使主控作用，电池连接交换机后通过接收以太网指令完成供电控制，综合电子设备执行相关动作并通过以太网总线反馈控制和测试信息。以太网作为测试信息流总线，所有测试信息均通过以太网传输，相较于仅有1Mbps带宽的1553B总线，大大提高了测试阶段电子系统的传输数据量和传输速度。且由于飞行信息流和测试信息流分开设计，大大简化了电子系统在飞行过程中的软件协议，降低了飞行控制相关软件的设计难度，降低了人为出错的概率。同时，与以太网连接的电池不需要再与1553B总线连接，减少了1553B的节点数量，节约了电池与1553B之间的线缆、接插件和耦合器等设备，降低了1553B总线系统的成本。

本实用新型进一步设置为：所述以太网采用双路冗余方式设置。

通过采用上述技术方案，在电子系统中同时设置有两路相同的以太网作为测试系统的总线，当其中一路以太网故障导致数据传输中断后，测试数据可及时通过另一路以太网传输，避免了因以太网故障导致测试数据传输中断而延误火箭的测试工作，提高了电子系统的工作可靠性。

本实用新型进一步设置为：双路所述以太网采用热备用方式工作。

通过采用上述技术方案，电子系统中的双路以太网并行工作，同时收发数据，先到先收。当其中任意一路以太网故障后，在不需人工干预的情况下，测试系统的数据由另一路以太网传输，实现了及时、无扰动切换，进一步提高了电子系统的工作可靠性。

本实用新型进一步设置为：所述以太网设置为星型连接方式。

通过采用上述技术方案，与以太网连接的每个设备均由一条单独的以太网电缆与交换机连接，便于管理以太网的连接节点，便于后续扩展和维修工作。

本实用新型进一步设置为：所述交换机包括二级交换机和四级交换机，与所述二级交换机位于同一级的电池和综合电子设备接入二级交换机，与所述四级交换机位于同一级的电池和综合电子设备接入四级交换机。

通过采用上述技术方案，在火箭的不同级位置处布设的二级交换机和四级交换机便于周边设备接入以太网，避免了距离交换机位置较远的设备采用较长以太网电缆与交换机连接的情况。同时，对于不同位置处的交换机，设计人员可根据实际需要接入以太网的节点数量选择具有适宜端口数量的交换机，提高了以太网总线系统的经济性和实用性。

本实用新型进一步设置为：所述二级交换机与测发控设备连接，所述四级交换机与测发控设备连接，所述二级交换机与四级交换机连接。

通过采用上述技术方案，测发控设备同时与二级交换机和四级交换机连接，三者构成封闭的环形结构，使得来自测发控设备的控制信息可通过四级交换机传输至其他设备，也可以通过二级交换机传输至其他设备。同时，与四级交换机连接的设备的反馈信息可直接通过四级交换机传输至测发控设备，也可经由二级交换机后再传输至测发控设备；与二级交换机连接的设备的反馈信息可直接通过二级交换机传输至测发控设备，也可经由四级交换机后再传输至测发控设备，该设置进一步提高了以太网链路可靠性。

综上所述，本实用新型实现的有益效果如下：

(1)高带宽的以太网作为测试信息流总线，所有测试信息均通过以太网传输，大大提高了测试阶段电子系统的传输数据量和传输速度；

(2)飞行信息流和测试信息流分开设计，大大简化了电子系统在飞行过程中的软件协议，降低了飞行控制相关软件的设计难度，降低了人为出错的概率；

(3)部分与以太网连接的设备不需要再与1553B总线连接，减少了1553B的节点数量，节约了设备与1553B之间的线缆、接插件和耦合器等部件，降低了1553B总线系统的成本；

(4)以太网采用双冗余热备用的工作方式，任意一路以太网故障后，在不需人工干预的情况下，测试系统的数据由另一路以太网传输，大大提高了电子系统的工作可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请中四级固体运载火箭上双总线架构系统组成框图。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如附图1所示，一种运载火箭的双总线架构电子系统，以四级固体运载火箭为例，包括地面测发控设备、主要作为控制系统总线的1553B总线和主要作为测试系统总线的双冗余以太网。

其中，仅与1553B总线连接的设备有惯组、各级伺服机构和速率陀螺；仅与双冗余以太网连接的设备有电池；同时与1553B总线连接和双冗余以太网连接的设备有各级综合电子设备。与1553B总线连接的各终端节点设备均通过变压器和耦合器配合工作的方式接入1553B总线，且位于1553B主线两端的耦合器均设置有终端电阻。

在四级固体运载火箭的第一级位置处，一级伺服机构连接到1553B总线上，用于控制火箭的飞行方向和飞行姿态。

在四级固体运载火箭的第二级位置处，速率陀螺连接到1553B总线上，用于测量火箭飞行时的角速度。

第二级火箭的综合电子设备为二级一体化组合设备，连接到1553B总线上。

二级伺服机构连接到1553B总线上，用于在第一级分离后控制火箭的飞行方向和飞行姿态。

在四级固体运载火箭的第三级位置处，三级伺服机构连接到1553B总线上，用于在第二级分离后控制火箭的飞行方向和飞行姿态。

在四级固体运载火箭的第四级位置处，惯组连接到1553B总线上，用于测量火箭飞行时在三个相互正交的基准方向上的姿态角和加速度。

第四级火箭的综合电子设备为组合设备1和组合设备2，分别连接到1553B总线上。

四级伺服机构连接到1553B总线上，用于在第三级分离后控制火箭的飞行方向和飞行姿态。

与以太网总线连接的设备包括电池和交换机，均通过以太网电缆接入以太网。电池包括电池1、电池2、电池3和电池4；交换机包括二级交换机和四级交换机。

在四级固体运载火箭的第二级位置处设置有一个二级交换机，电池4为第二级的设备供电并与二级交换机连接。

二级一体化组合除与1553B总线连接外，还与二级交换机连接，使得火箭测试时二级一体化组合的信息通过以太网传输。

二级交换机与测发控设备连接，使得测发控设备接入以太网。

在四级固体运载火箭的第三级位置处设置有电池3，电池3为第三级的设备供电。

在四级固体运载火箭的第四级位置处设置有电池1和电池2，电池1和电池2为第四级的设备供电并与四级交换机连接。

组合设备1和组合设备2与1553B总线连接的同时还分别与四级交换机连接，使得火箭测试时组合设备1和组合设备2的数据信息通过以太网传输。

火箭的第三级位置处设置的电池3就近与四级交换机连接。

四级交换机还与测发控设备连接，同时四级交换机与二级交换机连接，使得四级交换机、二级交换机和测发控设备组成封闭环形结构。

上述实施例的实施原理为：

基于1553B和以太网的运载火箭双总线架构电子系统工作时，1553B总线采用默认的A、B双通道设计，A为主通信通道、B为备份通信通道。正常情况下，信息流在A通道中流动，当检测到A总线存在异常而无法通信的情况下，总线底层会自动切换到B通道。以太网采用双路冗余热备用的工作方式，双路以太网并行工作，即主、备双线路同时收发数据，以此方式提高电子系统链路的工作可靠性；

在火箭处于地面测试状态或发射控制阶段时，地面测发控作为任务的发起方，通过双冗余热备用以太网总线来传输控制信息行使主控作用，其它设备执行相关动作并反馈控制测试信息。具体的，电池1和电池2与四级交换机连接后为火箭的第四级的设备供电，电池3与四级交换机连接后为第三级的设备供电，电池4与二级交换机连接后为第二级的设备供电。二级一体化组合、组合设备1和组合设备2在测试过程中与以太网连接，执行相关动作并通过以太网总线反馈控制和测试信息。

当火箭起飞后，惯组、速率陀螺、二级一体化组合、组合设备1、组合设备2和各级伺服机构投入工作。此时双冗余以太网不再使用，由1553B作为电子系统的总线。惯组、速率陀螺、二级一体化组合、组合设备1、组合设备2和各级伺服机构的控制信号和反馈数据通过1553B总线传输。

尽管已描述了本实用新型的优选实施例，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实用新型范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种运载火箭的双总线架构电子系统，包括控制系统和测试系统，所述控制系统包括1553B总线、惯组、伺服机构、速率陀螺和综合电子设备，所述惯组、伺服机构、综合电子设备和速率陀螺均分别与1553B总线连接，所述测试系统包括测发控设备和电池，其特征在于，所述测试系统还包括以太网和交换机，所述电池连接交换机以接入以太网，所述综合电子设备在测试系统工作时与以太网连接，所述1553B为飞行信息流总线，所述以太网为测试信息流总线，所述测发控设备接入以太网。

2.根据权利要求1所述的一种运载火箭的双总线架构电子系统，其特征在于，所述以太网采用双路冗余方式设置。

3.根据权利要求2所述的一种运载火箭的双总线架构电子系统，其特征在于，双路所述以太网采用热备用方式工作。

4.根据权利要求1所述的一种运载火箭的双总线架构电子系统，其特征在于，所述以太网设置为星型连接方式。

5.根据权利要求4所述的一种运载火箭的双总线架构电子系统，其特征在于，所述交换机包括二级交换机和四级交换机，与所述二级交换机位于同一级的电池和综合电子设备接入二级交换机，与所述四级交换机位于同一级的电池和综合电子设备接入四级交换机。

6.根据权利要求5所述的一种运载火箭的双总线架构电子系统，其特征在于，所述二级交换机与测发控设备连接，所述四级交换机与测发控设备连接，所述二级交换机与四级交换机连接。

Images