CN109840234A - 一种运载火箭电气***及数据处理方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种运载火箭电气***及数据处理方法，包括：火箭上面级、火箭二级和火箭一级；火箭上面级的电气***包括：第一供电板卡、第一集中接口、第一FPGA板卡、一块射频信道板卡、CPU计算及存储模块和信息敏感模块；第一供电板卡用于在火箭上面级内提供统一供电；第一集中接口用于在火箭上面级内提供统一接口；第一FPGA板卡用于处理数据；射频信道板卡用于处理火箭上面级***频信道信息。本申请的有益效果是对运载火箭电气***的各部分箭体采用集中供电、集中接口、集中数据处理等集中方式，使得火箭箭上电气***的集成度、可靠性得到显著提高，同时集成化使得***装箭的元器件及设备重量显著减少，火箭运力得到显著提升。

Description

一种运载火箭电气***及数据处理方法

技术领域

本公开一般涉及火箭电气***的技术领域，具体涉及一种运载火箭电气***及数据处理方法。

背景技术

运载火箭电气***是火箭的重要组成部分，完成火箭各级发动机点火等时序输出控制，获取火箭位置、速度、角速度等信息按照预定控制策略完成火箭的各级飞行控制，完成火箭实时遥测、外测、无线安控等功能。

目前运载火箭电气***各组成设备间多采用1553B、CAN总线进行信息通信，各设备功能比较单一，集成度不高，且现有总线成本较高，不利于商业化应用。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种运载火箭电气***集成方法及装置。

第一方面本申请提供一种运载火箭电气***，火箭上面级、火箭二级和火箭一级；所述火箭上面级的设备包括：箭载计算机、惯性测量组件、卫星导航接收机和遥测终端；所述火箭二级的设备包括：二级综合控制器、二级伺服***；所述火箭一级的设备包括：一级综合控制器、一级伺服***；

所述火箭上面级的电气***包括：各设备共用的第一供电板卡、各设备共用的第一集中接口、各设备共用的第一FPGA板卡、卫星导航接收机和遥测终端共用的射频信道板卡、箭载计算机的CPU计算及存储模块和惯性测量组件的信息敏感模块；

所述第一供电板卡，具备冗余供电能力，配置用于：为火箭上面级的各设备提供集中统一供电；

所述第一集中接口，配置用于：为火箭上面级的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭二级及火箭一级的接口相连通；

所述第一FPGA板卡，配置用于：综合处理所述火箭上面级、火箭二级和火箭一级中各设备的数据；

所述射频信道板卡，配置用于：综合处理卫星导航接收机和遥测终端的射频信道信息。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述火箭二级的电气***包括：各设备共用的第二供电板卡、各设备共用的第二集中接口、各设备共用的第二FPGA板卡、二级综合控制器的时序输出模块和二级伺服***的驱动模块；所述第二供电板卡，具备冗余供电能力，配置用于：为火箭二级的各设备提供集中统一供电；所述第二集中接口，配置用于：为火箭二级的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭上面级及火箭一级的接口相连通；所述第二FPGA板卡，为一块内嵌多核ARM实时处理CPU的FPGA板卡，配置用于：处理火箭二级中各设备的数据。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第一FPGA板卡和第二FPGA板卡通过冗余RS422总线相连接。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述火箭一级的电气***包括：各设备共用的第三供电板卡、各设备共用的第三集中接口、各设备共用的第三FPGA综合处理板卡、一级综合控制器的时序输出模块和一级伺服***的驱动模块；所述第三供电板卡，具备冗余供电能力，配置用于：为火箭一级的各设备提供集中统一供电；所述第一集中接口，配置用于：为火箭一级的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭上面级及火箭二级的接口相连通；所述第三FPGA板卡，是一块内嵌多核ARM实时处理CPU的FPGA板卡，配置用于：处理火箭一级中各设备的数据。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述第三FPGA板卡与第一FPGA板卡及第二FPGA板卡上通过冗余RS422总线相连接。

第二方面本申请提供一种运载火箭电气***的数据处理方法，包括以下步骤：

实时获取箭载计算机的输入数据和输出数据；

以固定周期获取火箭一级数据及火箭二级数据；

根据火箭一级数据判断火箭一级是否启动工作；

当火箭一级启动工作时，以第一预设周期获取火箭一级数据，以固定周期获取火箭二级数据；所述第一预设周期小于所述固定周期；

根据火箭二级数据判断火箭二级是否启动工作；

当火箭二级启动工作时，以第一预设周期获取火箭二级数据，停止获取火箭一级数据；

以第二预设周期获取惯性测量组件数据；

以第三预设周期获取卫星导航接收机数据；所述第三预设周期是第二预设周期的整数倍；

以第四预设周期获取遥测终端数据；所述第四预设周期大于所述第三预设周期。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述火箭二级数据中设置报警标识位，当获取的所述报警标识位数据为异常时，还包括以下步骤：

将所述第一预设周期设置为等于最小获取数据周期；

判断遥测终端数据的帧结构中包含冲击测量波道还是图像波道；

当帧结构中包含冲击测量波道时，在帧结构中未占用的冲击测量波道内存入箭载计算机数据和报警标识位对应的火箭二级数据；

当帧结构中包含图像波道时，在帧结构中将不重要的图像波道内存入箭载计算机数据、报警标识位对应的火箭二级数据和惯性测量组件数据。

根据本申请实施例提供的技术方案，所述火箭一级数据中设置报警标识位，当获取的所述报警标识位数据为异常时，还包括以下步骤：

将所述第一预设周期设置为等于最小获取数据周期；

判断遥测终端数据的帧结构中包含冲击测量波道还是图像波道；

当帧结构中包含冲击测量波道时，在帧结构中未占用的冲击测量波道内存入箭载计算机数据和报警标识位对应的火箭一级数据；

当帧结构中包含图像波道时，在帧结构中将不重要的图像波道内存入箭载计算机数据、报警标识位对应的火箭一级数据和惯性测量组件数据。

本申请技术方案的有益效果是：对运载火箭电气***的各部分箭体采用集中供电、集中接口、集中数据处理等集中方式，使得火箭箭上电气***的集成度、可靠性得到显著提高，同时由于***装箭的元器件、板卡及设备重量得到显著减少，因此火箭运力得到显著提升，成本得到有效控制。另外在数据处理过程中，当火箭上面级的FPGA获取的火箭一级或火箭二级的数据存在异常时，一方面增加火箭一级或二级的数据响应频率(即减小响应周期)，多采集发生异常的火箭一级或二级的数据；另一方面，通过改变遥测终端的数据帧结构，向部分遥测终端的数据空间内存入箭载计算机及有异常的火箭一级或二级的数据，使得多采集的数据在不需要地面控制中心配合的情况下，能够通过遥测终端将异常数据发回地面。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请第一种实施例的结构原理示意图；

图2为本申请第二种实施例的流程示意图；

图3为本申请第三种实施例的流程示意图；

100、火箭上面级；101、第一供电板卡；102、第一集中接口；103、第一FPGA板卡；104、射频信道板卡；200、火箭二级；201、第二供电板卡；202、第二集中接口；203、第二FPGA板卡；300、火箭一级；301、第三供电板卡；302、第三集中接口；303、第三FPGA板卡。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

请参考图1为本申请的第一种实施例的结构原理示意图，

本实施例中以二级运载火箭为例，在其他实施例中，三级运载火箭等其他型号运载火箭也适用于本申请。

运载火箭包括：火箭上面级100、火箭二级200和火箭一级300。

火箭上面级100的设备包括：箭载计算机、惯性测量组件、卫星导航接收机和遥测终端。

所述火箭上面级100的电气***包括：各设备共用的具备冗余供电能力的第一供电板卡101、各设备共用的第一集中接口102、各设备共用的第一FPGA板卡103、卫星导航接收机和遥测终端共用的一块射频信道板卡104、箭载计算机的CPU计算及存储模块和惯性测量组件的信息敏感模块。

在本实施例中，第一供电板卡101设计为具备冗余供电能力是指在此供电板卡内设计了两套独立的、可以同时输出相同电压、电流的供电电路，两个独立供电输出电路之间通过二极管进行输出隔离，可以确保在任意一套电路出现问题时另一套可以保证此板卡的正常工作。第一供电板卡101，配置用于：为火箭上面级100的各设备提供集中统一供电，提供本级其他设备所需的供电电压及电流。

第一集中接口102，配置用于：为火箭上面级100的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭二级200及火箭一级300的接口相连通。使火箭各级的信息可以通过此接口进行传递和交互，RS422提供一种标准化的通用接口电平，保证各符合标准的接口芯片及其电路可以互联互通。

在本实施例中，将现有技术中运载火箭电气***接口经常采用的1553B总线(或CAN总线)连接方式优化为通过冗余RS422总线相连接，原各设备间的通信接口改为利用内部总线进行通信，减少元器件用量、降低成本的同时，提高了信息交互的实时性。

第一FPGA板卡103，配置用于：综合处理所述火箭上面级100、火箭二级200和火箭一级300中各设备的数据。同时还包括遥测采集编帧、部分卫星导航解算等功能。

在本实施例中，第一FPGA板卡103综合处理火箭上面级、火箭二级、火箭一级中各设备的数据，是整个运载火箭电气***中数据处理的中心。

射频信道板卡104，配置用于：综合处理卫星导航接收机和遥测终端的射频信道信息。完成卫星导航射频信号的放大处理、下变频及遥测数据流的编码、调制及前级射频信号放大处理等工作。

对火箭上面级的电气***采用集中供电、集中接口、集中数据处理等集中方式，减轻重量的同时提升***可靠性。

如图1所示，在一优选实施例中，火箭二级200的设备包括：二级综合控制器、二级伺服***。所述火箭二级200的电气***包括：各设备共用的具备冗余供电能力的第二供电板卡201、各设备共用的第二集中接口202、各设备共用的一块内嵌多核ARM实时处理CPU的第二FPGA板卡203、二级综合控制器的时序输出模块和二级伺服***的驱动模块。

第二供电板卡201，配置用于：为火箭二级200的各设备提供集中统一供电。

第二集中接口202，配置用于：为火箭二级200的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭上面级100及火箭一级300的接口相连通。

第二FPGA板卡203，配置用于：处理火箭二级200中各设备的数据。

第二FPGA板卡203与第一FPGA板卡103通过冗余RS422总线相连通。

在本优选实施例中设置一块内嵌多核ARM实时处理CPU的FPGA板卡的目的：此CPU可以提供伺服***进行控制模型解算所需的计算能力，相对火箭上面级的第一FPGA板卡103，此内嵌式CPU体积更小、集成度更高但计算能力偏弱；在减轻重量的同时提升软件的冗余计算能力，提高了***运行的可靠性。

在本优选实施例中，所述火箭二级200的各设备数据是火箭上面级100的第一集中接口102通过访问第二FPGA板卡203上的数据而获取的。

如图1所示，在一优选实施例中，火箭一级300的设备包括：一级综合控制器、一级伺服***。火箭一级300的电气***包括：各设备共用的具备冗余供电能力的第三供电板卡301、各设备共用的第三集中接口302、各设备共用的一块内嵌多核ARM实时处理CPU的第三FPGA板卡303、一级综合控制器的时序输出模块和一级伺服***的驱动模块。

第三供电板卡301，配置用于：为火箭一级300的各设备提供集中统一供电。

第三集中接口302，配置用于：为火箭一级300的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭上面级100及火箭二级200的接口相连通。

第三FPGA板卡303，配置用于：处理火箭一级300中各设备的数据。在本优选实施例中，第三FPGA板卡303通过冗余RS422总线与第一FPGA板卡103及第二FPGA板卡203相连接。

如图2所示，为本申请第二种实施例的流程示意图，包括以下步骤：

S10、实时获取箭载计算机的输入数据和输出数据。

S20、以固定周期获取火箭一级数据及火箭二级数据。在本实施例中，固定周期为5ms。

S30、根据火箭一级数据判断火箭一级是否启动工作。在本实施例中第一FPGA板卡通过获取的火箭一级飞行各向视加速度数据即可判断出火箭一级是否开始点火工作。当火箭一级启动工作时，执行步骤S40；当火箭一级未启动工作时，执行步骤S20。

S40、当火箭一级启动工作时，以第一预设周期获取火箭一级数据，以固定周期获取火箭二级数据；所述第一预设周期小于所述固定周期。此步骤中，火箭一级开始工作，火箭二级未启动工作，为了更好地监测火箭一级，以小于固定周期的第一预设周期访问火箭一级，在本实施例中，第一预设周期为3ms。

S50、根据火箭二级数据判断火箭二级是否启动工作。在本实施例中第一FPGA板卡通过获取的火箭二级数据即可判断出火箭二级是否开始点火工作。当火箭二级启动工作时，执行步骤S60；当火箭二级未启动工作时，执行步骤S40。

S60、当火箭二级启动工作时，以第一预设周期获取火箭二级数据，停止获取火箭一级数据。此步骤中，火箭二级开始工作，火箭一级已结束工作，为了更好地监测火箭二级，以小于固定周期的第一预设周期访问火箭二级。

S70、以第二预设周期获取惯性测量组件数据。在本实施例中第二预设周期为2.5ms。

S80、以第三预设周期获取卫星导航接收机数据；所述第三预设周期是第二预设周期的整数倍。在本实施例中，卫星导航用来辅助惯性测量，所以将第三预设周期设置为第二预设周期的整数倍有利于导航数据修正。在本实施例中，第三预设周期设为第二预设周期的2倍。

S90、以第四预设周期获取遥测终端数据；所述第四预设周期大于所述第三预设周期。在本实施例中第四预设周期为6ms。

如图3所示为本申请的第三种实施例，在火箭二级数据中设置报警标识位，当第一FPGA板卡获取的所述报警标识位数据为异常时，还包括以下步骤：

S100、将第一预设周期设置为等于最小获取数据周期。在本实施例中，第一FPGA板卡的最小获取数据周期为1ms。

S200、判断遥测终端数据的帧结构中包含冲击测量波道还是图像波道。当遥测终端数据的帧结构中包含冲击测量波道时，执行步骤300；当遥测终端数据的帧结构中包含图像波道时，执行步骤400。

S300、当帧结构中包含冲击测量波道时，在帧结构中未占用的冲击测量波道内存入箭载计算机数据和报警标识位对应的火箭二级数据。

S400、当帧结构中包含图像波道时，在帧结构中将不重要的图像波道内存入箭载计算机数据、报警标识位对应的火箭二级数据和惯性测量组件数据。由于图像波道占帧格式中的波道数量多于冲击测量波道的波道数，在本实施例中，图像波道占帧格式中波道总数量的大于等于30％，相较于冲击测量波道可以有更多的数据空间存储数据，所以在本实施例中，图像波道内不仅可以存储箭载计算机数据和报警标识位对应的火箭二级数据，还可以存储惯性测量组件数据。

在一优选实施例中，在火箭一级数据中设置报警标识位，当第一FPGA板卡获取的所述报警标识位数据为异常时，还包括以下步骤：

将所述第一预设周期设置为等于最小获取数据周期；

判断遥测终端数据的帧结构中包含冲击测量波道还是图像波道；

当帧结构中包含冲击测量波道时，在帧结构中未占用的冲击测量波道内填充箭载计算机数据和报警标识位对应的火箭一级数据；

当帧结构中包含图像波道时，在帧结构中将不重要的图像波道内填充箭载计算机数据、报警标识位对应的火箭一级数据和惯性测量组件数据。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (8)

1.一种运载火箭电气***，所述运载火箭包括：火箭上面级、火箭二级和火箭一级；所述火箭上面级的设备包括：箭载计算机、惯性测量组件、卫星导航接收机和遥测终端；所述火箭二级的设备包括：二级综合控制器、二级伺服***；所述火箭一级的设备包括：一级综合控制器、一级伺服***；其特征在于，

所述火箭上面级的电气***包括：各设备共用的第一供电板卡、各设备共用的第一集中接口、各设备共用的第一FPGA板卡、卫星导航接收机和遥测终端共用的一块射频信道板卡、箭载计算机的CPU计算及存储模块和惯性测量组件的信息敏感模块；

所述第一供电板卡，具备冗余供电能力，配置用于：为火箭上面级的各设备提供集中统一供电；

所述第一集中接口，配置用于：为火箭上面级的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭二级及火箭一级的接口相连通；

所述第一FPGA板卡，配置用于：综合处理所述火箭上面级、火箭二级和火箭一级中各设备的数据；

所述射频信道板卡，配置用于：综合处理卫星导航接收机和遥测终端的射频信道信息。

2.根据权利要求1所述的运载火箭电气***，其特征在于，所述火箭二级的电气***包括：各设备共用的第二供电板卡、各设备共用的第二集中接口、各设备共用的第二FPGA板卡、二级综合控制器的时序输出模块和二级伺服***的驱动模块；

所述第二供电板卡，具备冗余供电能力，配置用于：为火箭二级的各设备提供集中统一供电；

所述第二集中接口，配置用于：为火箭二级的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭上面级及火箭一级的接口相连通；

所述第二FPGA板卡，为一块内嵌多核ARM实时处理CPU的FPGA板卡，配置用于：处理火箭二级中各设备的数据。

3.根据权利要求2所述的运载火箭电气***，其特征在于，所述第一FPGA板卡和第二FPGA板卡通过冗余RS422总线相连接。

4.根据权利要求1所述的运载火箭电气***，其特征在于，所述火箭一级的电气***包括：各设备共用的第三供电板卡、各设备共用的第三集中接口、各设备共用的第三FPGA综合处理板卡、一级综合控制器的时序输出模块和一级伺服***的驱动模块；

所述第三供电板卡，具备冗余供电能力，配置用于：为火箭一级的各设备提供集中统一供电；

所述第一集中接口，配置用于：为火箭一级的各设备提供集中统一的接口，并通过冗余RS422总线与所述火箭上面级及火箭二级的接口相连通；

所述第三FPGA板卡，是一块内嵌多核ARM实时处理CPU的FPGA板卡，配置用于：处理火箭一级中各设备的数据。

5.根据权利要求4所述的运载火箭电气***，其特征在于，所述第三FPGA板卡与第一FPGA板卡及第二FPGA板卡上通过冗余RS422总线相连接。

6.一种基于权利要求1-5中任意一项所述的运载火箭电气***的数据处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

实时获取箭载计算机的输入数据和输出数据；

以固定周期获取火箭一级数据及火箭二级数据；

根据火箭一级数据判断火箭一级是否启动工作；

当火箭一级启动工作时，以第一预设周期获取火箭一级数据，以固定周期获取火箭二级数据；所述第一预设周期小于所述固定周期；

根据火箭二级数据判断火箭二级是否启动工作；

当火箭二级启动工作时，以第一预设周期获取火箭二级数据，停止获取火箭一级数据；

以第二预设周期获取惯性测量组件数据；

以第三预设周期获取卫星导航接收机数据；所述第三预设周期是第二预设周期的整数倍；

以第四预设周期获取遥测终端数据；所述第四预设周期大于所述第三预设周期。

7.根据权利要求6所述的运载火箭电气***的数据处理方法，其特征在于，所述火箭二级数据中设置报警标识位，当获取的所述报警标识位数据为异常时，还包括以下步骤：

将所述第一预设周期设置为等于最小获取数据周期；

判断遥测终端数据的帧结构中包含冲击测量波道还是图像波道；

当帧结构中包含冲击测量波道时，在帧结构中未占用的冲击测量波道内填充箭载计算机数据和报警标识位对应的火箭二级数据；

当帧结构中包含图像波道时，在帧结构中将不重要的图像波道内填充箭载计算机数据、报警标识位对应的火箭二级数据和惯性测量组件数据。

8.根据权利要求6所述的运载火箭电气***的数据处理方法，其特征在于，所述火箭一级数据中设置报警标识位，当获取的所述报警标识位数据为异常时，还包括以下步骤：

将所述第一预设周期设置为等于最小获取数据周期；

判断遥测终端数据的帧结构中包含冲击测量波道还是图像波道；

当帧结构中包含冲击测量波道时，在帧结构中未占用的冲击测量波道内填充箭载计算机数据和报警标识位对应的火箭一级数据；

当帧结构中包含图像波道时，在帧结构中将不重要的图像波道内填充箭载计算机数据、报警标识位对应的火箭一级数据和惯性测量组件数据。