CN110360901A - 箭载综合电子*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及箭(弹)上电气***设计技术领域，具体涉及箭载综合电子***。该***包括至少一个功能模块；其中，所述功能模块包括电源模块、配电模块、时序模块、惯性导航模块以及卫星导航模块中的至少一种；主控模块，与各个所述功能模块连接；所述主控模块用于接收各个所述功能模块的数据，并对数据进行处理后形成相应的控制信号，以对待控制对象进行控制。采用主控模块与各个功能模块的配合以形成能够满足不同需求的***，该模块划分的方式提高了***的集成度，同时降低了电气***的重量和复杂度，整机的重量减少，集成化的设计减少了各单机之间的互联电缆网，最终提高了整个电气***的可靠性，满足对待控制对象飞行控制的要求。

Description

箭载综合电子***

技术领域

本发明涉及箭(弹)上电气***设计技术领域，具体涉及箭载综合电子***。

背景技术

箭载综合电子***是运载火箭(或导弹武器)电气***重要的核心单机，能够实现运载火箭的制导控制、姿态控制、组合导航、惯性导航、卫星导航、供配电控制、时序控制、自主安控等功能，在地面测发控***的配合下，实现对箭测试和发射流程控制。

综合电子***的概念来自航空领域复杂的电子***，后在航天领域逐渐被采用。其中，首先是在卫星上被采用，使卫星的可靠性、集成性进一步提高，目前在运载火箭领域也逐渐推广使用。

箭载综合电子***在传统运载火箭(或导弹武器)中的称呼是箭(弹)载单机，属于分布式结构，由多台单机组成，一般包括箭载计算机、综合控制器、时序控制器、配电器、惯性导航装置、卫星导航接收机等设备。每台单机功能独立完整，内部包括结构件、多块印制板和应用软件，单机和单机之间通过***总线进行指令控制和数据通讯。

然而，上述采用分布式单机结构的电气***，由于分布式结构单机较多，从而导致整个电气***出现故障的概率提高，影响该***的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种箭载综合电子***，以解决现有的电气***的可靠性低的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种箭载综合电子***，包括：

至少一个功能模块；其中，所述功能模块包括电源模块、配电模块、时序模块、惯性导航模块以及卫星导航模块中的至少一种；

主控模块，与各个所述功能模块连接；所述主控模块用于接收各个所述功能模块的数据，并对数据进行处理后形成相应的控制信号，以对待控制对象进行控制。

本发明实施例提供的箭载综合电子***，采用模块的形式对箭载综合电子***的功能进行划分；即采用主控模块与各个功能模块的配合以形成能够满足不同需求的***，该模块划分的方式提高了***的集成度，同时降低了电气***的重量和复杂度，整机的重量减少，集成化的设计减少了各单机之间的互联电缆网，最终提高了整个电气***的可靠性，满足对待控制对象飞行控制的要求。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述主控模块包括片上***。

本发明实施例提供的箭载综合电子***，采用片上***作为主控模块的核心电路，或者也可以理解为采用全可编程SOC的核心处理器及实时操作***，打破传统采用CPU及FPGA逻辑运行的模式，为运算人工智能算法提供软硬件环境，改进了调试方案，大大提高了工作效率。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述电源模块包括：

滤波单元，其输入端与外部电源连接；

电源单元，具有至少一个电源子单元，各个所述电源子单元并联，用于输出不同的电压；其中，所述电源单元的输入端与所述滤波单元的输出端连接，所述电源单元的输出端与其余所述功能模块连接。

本发明实施例提供的箭载综合电子***，通过滤波单元对外部电源进行滤波处理，能够使得该电源模块输出的电信号能够满足隔离要求；同时，在电源单元中集成有至少一个电源子单元，使得该电源模块能够将外部电源变换成多路不同电压和功率的电源输出。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述滤波单元包括依次串联的电磁兼容性滤波器、第一二极管以及低通滤波器；其中，所述第一二极管用于抑制瞬态电压。

本发明实施例提供的箭载综合电子***，采用第一二极管防止母线出现较高的电压，损坏元器件，从而保证了该***的可靠性。

结合第一方面，在第一方面第四实施方式中，所述配电模块包括：

功率单元，其输入端与所述待控制对象的母线连接；所述功率单元具有配电开关电路，所述配电开关电路用于输出至少一个可控配电电源；

控制单元，其输入端与内部总线连接，用于接收主控模块控制命令；所述控制单元具有开关驱动电路，所述开关驱动电路用于驱动所述配电开关电路的动作。

结合第一方面第四实施方式，在第一方面第五实施方式中，所述功率单元包括：

并联的第一支路与第二支路；所述第一支路包括依次串联的防反灌电路、母线开关电路以及所述配电开关电路；所述第二支路包括瞬态抑制电路；所述防反灌电路包括第二二极管以及第一开关器件，用于防止所述母线的电流反灌；所述母线开关电路包括第二开关器件，所述配电开关电路包括第三开关器件；

所述控制单元包括：第一控制器以及所述开关驱动电路；所述第一控制器的输入端与所述内部总线连接，输出端与所述开关驱动电路连接，所述第一控制器用于基于所述主控模块控制命令输出脉冲宽度调制信号，以使得所述开关驱动电路输出电平信号；所述电平信号用于驱动所述第二开关器件，以及所述第三开关器件的动作。

本发明实施例提供的箭载综合电子***，采用开关器件与控制器的配合，实现大功率小型化智能配电技术，将原来大体积单机配电缩小成模块形式集成在综合电子***内部，缩小了整个***的体积。

结合第一方面第五实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述控制单元还包括有：采样电路；其中，所述采样电路用于采集所述功率单元中各个电路的反馈信号并回传至所述第一控制器；所述反馈信号包括电压、电流以及温度。

结合第一方面，在第一方面第七实施方式中，所述时序模块包括依次串联的第二控制器、驱动器以及第四开关器件；

其中，所述第二控制器的输入端与所述待控制对象的内部总线连接，用于基于所述内部总线输出的飞控时序指令形成电平信号，以使得所述驱动器输出电平信号；

所述驱动器输出的电平信号用于驱动所述第四开关器件的动作；

所述第四开关器件用于基于所述电平信号输出时序。

本发明实施例提供的箭载综合电子***，所采用的开关器件体积很小，但流过的电流很大，在一块印刷板上可以集成几十路甚至上百路火工品引爆电路，大大减小了电子仪器的体积；同时由于开关器件的内阻很小，流过的大电流基本不会发热，降低了对仪器散热设计的工作量。

结合第一方面第七实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述时序模块还包括有时序回采单元，用于将所述第四开关器件输出的时序反馈至所述第二控制器；所述第二控制器将接收到的时序发送至所述主控模块，以使得判读人员确定所述时序模块是否正常发出时序信号。

结合第一方面，在第一方面第九实施方式中，所述惯性导航模块包括：

陀螺单元，具有至少三个独立的光纤陀螺，分别用于测量三个方向上的角度；

加表单元，具有至少三个独立的加速度计，分别用于测量三个方向上的加速度；

接口电路，分别与所述陀螺单元以及所述加表单元连接，用于基于所述三个方向上的角度以及所述三个方向上的加速度，形成惯性测量结果，并输出至所述主控模块。

结合第一方面，在第一方面第十实施方式中，所述卫星导航模块包括：

射频单元，具有至少2路射频信号接收通道；

基带处理单元，与所述射频单元的输出端连接，用于对所述射频信号进行基带处理；

信息处理单元，与所述基带处理单元连接，用于对基带处理后的数据进行PVT解算，并将PVT解算结果输出至所述主控模块。

结合第一方面，或第一方面第一实施方式至第一方面第十实施方式中任一项，在第一方面第十一实施方式中，所述主控模块通过第一总线分别与所述配电模块以及所述时序模块连接；所述主控模块通过第二总线分别与所述惯性导航模块以及所述卫星导航模块连接；其中，所述第一总线的通信速率大于所述第二总线的通信速率。

本发明实施例提供的箭载综合电子***，采用高速总线及低速总线的融合，既考虑了大数据传送，又兼顾传统模块的设计接口，基于操作***及Ethernet的调试技术运用，改进了调试方案，大大提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的箭载综合电子***的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的***总线的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的主控模块的原理框图；

图4是根据本发明实施例的电源模块的结构示意图；

图5是根据本发明实施例的电源模块的原理框图；

图6是根据本发明实施例的配电模块的结构示意图；

图7是根据本发明实施例的配电模块的原理框图；

图8是根据本发明实施例的时序模块的结构示意图；

图9是根据本发明实施例的时序模块的原理框图；

图10是根据本发明实施例的惯性导航模块的原理框图；

图11是根据本发明实施例的卫星导航模块的原理框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明实施例中所述的箭载综合电子***可以应用在运载火箭或导弹武器的电气***中，或者在其他航天器(如卫星)、航空器综合电子***以及高可靠电子设备等都有会被应用。相应地，本发明实施例中所述的待控制对象可以是运载火箭、导弹武器、或其他航天器等等。

图1示出了本发明实施例中箭载综合电子***的结构示意图。如图1所示，该***包括主控模块10，以及至少一个功能模块。其中主控模块10分别与各个功能模块连接，用于接收各个功能模块的输出数据，并对数据进行处理后，输出相应的控制信号，以实现对待控制对象的控制。

所述功能模块可以是电源模块、配电模块、时序模块、惯性导航模块以及卫星导航模块中的至少一种，各个待控制对象可以根据各自的功能需求搭配不同的功能模块，即，通过功能模块的组合实现不同的功能。

其中，主控模块10的核心部分可以采用可编程芯片，例如单片机、FPGA等等；也可以采用其他芯片，例如片上***等等。该主控模块为整个箭载综合电子***的核心，用于实现整个***的控制。可选地，在主控模块10中也可以采用其他CPU，以及其他操作***。

电源模块20用于将外部输入电源转换成该***中各个模块工作所需的电源，例如，外部输入电源为28V直流电，而该***中的模块工作所需的电源为5V，15V等等，则就需要电源模块20将输入的28V直流电分别转换为5V，15V的电压等等。可选地，电源模块20可以采用高可靠电源模块，或分立元件，在此对电源模块20的具体结构细节并不做任何限制，只需保证其能够实现电源模块20的上述功能即可。

配电模块30采用智能配电的方案，用于实现箭(弹)上电子设备的配电、转电、断电以及火工品点火等功能。具体地，配电模块30实现上电后1路电源(例如，+B1)输出直接给箭载综合电子***的电源模块20供电，并作为机内总线(例如FC-AE-1553)的接收站点(NT)接收主控模块的指令，完成对箭上电气设备统一的供配电控制，可实现3路可控配电电源(例如，+B2、+B3、+BF)的输出，同时可对配电通路的电源电压及电流进行实时的测试，并将结果反馈给主控模块10。

时序模块40是运载火箭在整个飞行过程中各种动作的直接驱动者，根据负载不同(火工品、电磁阀)，例如，可以分为时序模块Ⅰ、时序模块Ⅱ，其根据运载火箭整个飞行轨迹的飞控时序执行主控模块发出的指令。

惯性导航模块50的功能是输出加速度、角度等信息，送至主控模块10完成组合导航功能。卫星导航模块60完成信号的捕获、跟踪、解出原始观测量、选星，然后完成PVT解算，输出载体的位置、速度、时间等信息，送至主控模块10完成组合导航功能。

关于上述各个模块的具体结构细节将在下文中进行详细描述。

本实施例提供的箭载综合电子***，采用模块的形式对箭载综合电子***的功能进行划分；即采用主控模块与各个功能模块的配合以形成能够满足不同需求的***，该模块划分的方式提高了***的集成度，同时降低了电气***的重量和复杂度，整机的重量减少，集成化的设计减少了各单机之间的互联电缆网，最终提高了整个电气***的可靠性，满足对待控制对象飞行控制的要求。

具体地，主控模块10通过***总线与各个功能模块进行连接。主控模块10通过第一总线分别与配电模块30以及时序模块40连接；主控模块10通过第二总线分别与惯性导航模块50以及卫星导航模块60连接；其中，第一总线的通信速率大于第二总线的通信速率。在下文的描述中，将第一总线称之为高速总线，将第二总线称之为低速总线。该箭载综合电子***以低速总线和高速总线技术融合为基础，连接***内各模块以及与***外单机的通讯。高速总线有FC-AE-1553、Ethernet，低速总线有RS422、CAN，各总线连接示意图见图2。其中，各个模块互联还可以采用其他总线形式，例如Glink、1553B等。在此，对具体的总线并不做任何限制，只需保证主控模块10是分别通过高速总线以及低速总线与相应的模块连接的即可。

如图2所示，箭载综合电子***内部除了电源模块20外，其余各模块通过总线互连。例如，主控模块10作为主控站点(NC)，可以通过FC-AE-1553总线形式，与作为接收站点(NT)的配电模块30、时序模块Ⅰ、时序模块Ⅱ进行通讯；主控模块10通过RS422与惯性导航模块50、卫星导航模块60进行通讯；箭载综合电子***与***外单机的通讯，通过Ethernet、CAN实现。主控模块10通过Ethernet与地面测发控***通讯，通过CAN总线与测量***的中心程序机通讯。

该箭载综合电子***采用高速总线及低速总线的融合，既考虑了大数据传送，又兼顾传统模块的设计接口，基于操作***及Ethernet的调试技术运用，改进了调试方案，大大提高了工作效率。

进一步地，主控模块10可以包括片上***，如图3所示，主控模块10可以通过RS422接收惯性导航模块50输出的加速度、角度等信息，用于惯性导航计算；通过RS422接收卫星导航模块60的GPS信息，与惯性导航信息一起实现组合导航计算，实时完成制导、姿控方程的计算；实时输出姿态控制指令，实时输出时序模块40的开关状态控制指令；在火箭飞行过程中出现姿态失控超出规定范围时，给出箭上安全自毁信息，实现自主安控；作为FC-AE-1553总线的主控站点(NC)实现对配电模块30、时序模块Ⅰ、时序模块Ⅱ的控制及数据采集；可实现对本模块的开关量输入接口、CAN总线接口、Ethernet接口、火工品低压测试接口的控制。

例如，主控模块10的CPU芯片采用Xilinx的全可编程SOC(即ZYNQ)，型号为XC7Z045，运行实时嵌入式操作***。***的各个接口，按照XC7Z045处理器PS端(ARM端)和PL端(FPGA端)各自的特点进行合理划分。DDR3动态存储器RAM、EEPROM存储器、大容量eMMC闪存存储器、SPI配置存储器、CAN总线接口、Ethernet接口等挂接在XC7Z045处理器的PS端(ARM端)实现。FC-AE-1553接口、隔离RS422串口、开关量输入输出接口、采样监控电路等接口通过XC7Z045处理器的PL端(FPGA端)实现。

进一步可选地，DDR3存储器选用Micron公司的MT41K256M16动态DDR3 DRAM芯片，2片并联，总位宽32bit，容量1G；EMMC FLASH数据存储器采用Micron公司的MTFC16GAAAADV大容量EMMC闪存实现；QSPI FLASH采用Cypress公司的S25FL256；EEPROM采用ATMEL公司的AT24C256C。主控模块10上需要1.0V、1.2V、1.5V、1.8V、3.3V、5V等多个电源轨道。采用凌特的LTM4627、LTM4644电源uModule模块生成。晶振选用SiTime公司的SIT5156型温补晶振，符合5ppm的指标要求；RS232串口电平转换采用Linear公司的LTC2802CDE。

CAN总线接口采用XC7Z045处理器PS端的CAN总线IP核+外部CAN收发器芯片的实现，CAN收发器采用NXP公司的TJA1040T接口芯片；双Ethernet网口的实现全部通过XC7Z045处理器PS端的ETH0和ETH1接口实现，两个控制器分别对应两片MARVAL公司88E1518，变压器选用PULSE公司的H5007NL。

RS422串口采用ADI公司的ADM2682隔离串口收发器实现，ADM2682串口收发器自带隔离功能；通过PL端的高速GTX接口，结合协议层IP的方式实现FC-AE-1553总线通讯，晶振采用100MHz差分晶振，电路设计时需要控制传输线阻抗、控制过孔数量、连线保持等长；开关量输入接口电路的形式及参数选择相同，输入电压为28.5±4V，所有开关量输入信号的正、负线均输入，并且采用双绞线输入。

其中，在Xilinx的XC7Z045处理器上运行嵌入式实时操作***。操作***主要完成如下工作：进行操作***上电自加载及应用软件运行状态准备；通过FC-AE-1553总线控制箭载综合电子***(下述***)***设备输入输出信息；通过RS422总线控制******设备输入输出信息；通过Ethernet总线控制******设备输入输出信息；通过CAN总线控制******设备输入输出信息；进行AD数据采集；进行IO输入输出控制；接收***设备电平信号并进行中断触发及处理；提供稳定、可靠和标准的基础网络应用协议接口；提供***硬件存储设备的挂载及访问接口；提供***FPGA通用访问接口；提供***FLASH读取和烧写管控接口。

该主控模块10采用全可编程SOC的核心处理器及实时操作***，打破传统采用CPU裸机运行的模式，为运算人工智能控制算法提供软硬件环境。基于操作***及Ethernet的调试技术运用，改进了调试方案，大大提高了工作效率。

图4示出了电源模块20的结构示意图，如图4所示，该电源模块包括串联的滤波单元21以及电源单元22。其中，滤波单元21与外部电源连接，用于对外部电源的电信号进行滤波，可以采用电磁兼容性滤波器，也可以采用低通滤波器，或者两者的结合等等。电源单元22包括至少一个并联的电源子单元，各个电源子单元用于输出不同的电压。例如，该电源单元22包括电源子单元1，电源子单元2，…，电源子单元n。关于电源子单元的数量可以根据实际情况具体设置，在此并不做任何限制。其中，电源单元22的输入端与滤波单元21的输出端连接，电源单元22的输出端与其余功能模块连接。例如，该箭载综合电子***中各个模块工作所需的电源类型有5种，分别是+5V、+5V1、+5V2、±15V3以及+5V3，那么相应的电源单元22中需要包括5个并联的电源子单元，分别输出相应的电压。

通过滤波单元21对外部电源进行滤波处理，能够使得该电源模块20输出的电信号能够满足隔离要求；同时，在电源单元22中集成有至少一个电源子单元，使得该电源模块20能够将外部电源变换成多路不同电压和功率的电源输出。

进一步地，图5示出了电源模块20的一个具体结构示意图。如图5所示，滤波单元21包括依次串联的电磁兼容性滤波器211(即，EMC滤波器)、第一二极管212以及低通滤波器213(即，EMI滤波器)。其中，第一二极管212用于抑制瞬态电压，也可以将第一二极管212称之为瞬态电压抑制二极管。

电源模块20的功能是将一次直流电压经过DC/DC变换成多路不同电压和功率的直流输出，并满足隔离要求。该电源模块20的输出用于向机内主控模块10、配电模块30、时序模块40、惯性导航模块50、卫星导航模块60以及测试所需的电源电压(其中主控模块10、配电模块30、时序模块40使用+5V、惯性导航模块50使用+5V1、卫星导航模块60使用+5V2、测试电源为±15V3、+5V3)。因此，在设计时，将电源单元22划分为不同的电源子单元充分考虑了产品的可靠性、安全性和电磁兼容性。

电源模块20主要由串联的输入EMC滤波器211、EMI滤波器213、电源单元22组成。外部+28V供电输入首先经过电容、电感构成的EMC滤波器211进行滤波，同时增加瞬态电压抑制二极管212，防止母线出现较高的电压，损坏元器件。输入电源再通过EMI滤波器213后供给电源单元22进行电压变换及电气隔离。

图6示出了配电模块30的结构示意图。如图6所示，该配电模块30包括功率单元31以及控制单元32。其中，功率单元31的输入端与待控制对象的母线连接，且该功率单元31具有配电开关电路311；所述的配电开关电路311用于输出至少一个可控配电电源。例如，配电开关电路311可以是采用开关器件(例如MOS管)形成的开关电路，也可以是其它元器件形成的开关电路，只需保证其能够在控制单元32的驱动下输出至少一个可控配电电源即可。

所述的控制单元32的输入端与内部总线连接，用于接收主控模块控制命令。其中，该控制单元具有开关驱动电路321，该开关驱动电路321用于驱动配电开关电路311的动作。

具体地，请参见图7，所述的功率单元31包括并联的第一支路与第二支路。所述的第一支路包括依次串联的防反灌电路312、母线开关电路313以及配电开关电路311。所述的第二支路包括瞬态抑制电路314。其中，所述防反灌电路312包括第二二极管以及第一开关器件，用于防止所述母线的电流反灌；所述母线开关电路313包括第二开关器件，所述配电开关电路311包括第三开关器件。

所述控制单元32包括第一控制器322以及开关驱动电路321，所述第一控制器322的输入端与内部总线连接，输出端与开关驱动电路321连接；所述第一控制器322用于基于主控模块控制命令输出脉冲宽度调制(PWM)信号，以使得开关驱动电路321输出电平信号；所述电平信号用于驱动所述第二开关器件，以及所述第三开关器件的动作。

作为本实施例的一个可选实施方式，所述的控制单元32还包括有采样电路323。该采样电路323用于采集功率单元31中各个电路的反馈信号并回传至第一控制器322。其中，所述的反馈信号包括电压、电流以及温度中的至少一种。

作为配电模块30的一个具体应用实例，请结合图7，功率单元31包括防反灌电路312、母线开关电路313、配电开关电路311和瞬态抑制电路314，控制单元32由主控电路FPGA、开关驱动电路、采样电路组成。

在功率单元31模块中，母线电流进入防止高电压电源反灌的防反灌电路312，通过防反灌电路312进入控制飞行器工作姿态的母线开关电路313，电流通过母线开关电路313进入控制飞行器设备工作状态的配电开关电路311，并通过瞬态抑制电路314防止尖峰电压产生同时保护配电器。在控制单元32模块中，主控模块控制命令通过内部总线进入第一控制器322(即，主控电路FPGA)，主控电路FPGA将外部时序控制命令转化为PWM信号，并将PWM信号发送至开关驱动电路321，通过开关驱动电路321转换为电平信号并控制母线开关电路313及配电开关电路311的通断，同时通过采样电路323采集功率单元31模块各部分产生的电压、电流、温度参数，并将采集到的参数送入主控电路FPGA通过内部总线与主控模块进行信息交互。

进一步地，防反灌电路312包括第二二极管以及第一开关器件，其中，第一开关器件可以采用功率MOS管，例如选用Infineon公司的IPB017N10N5，该MOS管的耐压为100V、最大工作电流为180A、最大结电阻为1.7mΩ。第二二极管可以选用LINEAR公司的LTC4357。母线开关电路313及配电开关电路311选用的功率MOS管同样为Infineon公司的IPB017N10N5。因为配电电流较大且为长时间工作，因此配电开关均采用冗余设计，将电流由多个MOS管分担，以降低总发热量。瞬态抑制电路314以TSV管为主体，通过功率单元31输入端及输出端安装保护配电电路，防止因输入电压过高产生尖峰电压，TVS管选择873厂的SY5645A。

第一控制器322可以采用控制FPGA，例如选用Actel的FPGA芯片A3P1000-PQ208I，集成了高速总线FC-AE-1553(NT)的IP核，信号滤波IP等。该FPGA为配电模块30的控制中心，接收总线控制命令进行运算处理后送入开关驱动电路321输出MOS开关控制信号，同时接收采样电路323信号进行处理后通过总线送给主控模块。开关驱动电路321接收来自控制FPGA发送的PWM信号激励脉冲，并将PWM信号整流滤波后输出电平信号驱动MOS管工作。采样电路323接收来自功率单元31各部分电路的电压、电流、温度信息进行采集并传回至控制FPGA。

该配电模块30为大功率小型化智能配电技术的应用，采用数字控制及MOS管配合，将原来大体积单机配电缩小成模块形式集成在综合电子***内部。

图8为时序模块40的结构示意图，如图8所示，该时序模块40包括依次串联的第二控制器41、驱动器42以及第四开关器件43。其中，第二控制器41的输入端与待控制对象的内部总线连接，用于基于内部总线输出的飞控时序指令形成电平信号，以使得驱动器42输出电平信号；该驱动器42输出的电平信号用于驱动第四开关器件43的动作，以实现时序控制。可选地，第四开关器件43可以为MOS管，即MOS管在电平信号的驱动下，通过MOS管的导通或截止实现时序控制。

可选地，所述时序模块40还包括有时序回采单元44，用于将第四开关器件43输出的时序反馈至第二控制器41，第二控制器41将接收到的时序发送至主控模块，以通过主控模块告诉判读人员该时序模块40是否正常发出时序信号。进一步可选地，时序回采单元44包括串联的光耦电路441以及整形电路442。

作为时序模块40的一个具体应用实例，请参见图9，时序模块的功能是作为机内FC-AE-1553的接收站点(NT)接收主控模块的指令，完成对应时序输出的控制及驱动，输出火工品时序、电磁阀时序、电机正反转控制时序，并且可实现对时序输出信号的回测。

时序模块40中的第二控制器41可以采用FPGA，第四开关器件43可以采用MOS管。具体地，FPGA选用Actel公司的A3P1000-PQ208I，集成了高速总线FC-AE-1553(NT)的IP核，信号滤波IP等。使用LT公司的LT4363作为驱动器42，该驱动器42通过电荷泵的控制形式控制MOS开关通断。下面对驱动器42及MOS管部分进行阐述。

为减小印制板面积，时序模块40使用Infineon公司的BSC035N10NS5，该MOS管的主要参数如下。工作节温为-55℃～175℃；耐压为100V；最大工作电流为100A；最大结电阻为3.5mΩ。时序模块的MOS管均采用冗余设计，每路输出使用两只MOS管，电流由2个MOS管分担，以降低总发热量。

该时序模块40的第四开关器件43所采用的MOS管体积很小，但流过的电流很大，在一块印制板上可以集成几十路甚至上百路火工品或电磁阀时序电路，大大减小了电子仪器的体积；采用的MOS管内阻很小，流过的大电流基本不会发热，降低了对仪器散热设计的工作量；采用的MOS管开关动作速度快，反映灵敏，没有敏感方向，安装方便，降低了布局布线的设计难度；MOS管驱动电路设计简单，采用具有电荷泵功能的集成芯片，在原有电路上不增加太多硬件，电路设计简单可靠。

需要说明的是，配电模块30以及时序模块40中的开关器件可以采用MOS管，也可以采用电磁继电器或固态继电器。其中，配电模块30以及时序模块40中的开关器件均是通过导通，或关断切换不同的输出信号，以实现相应的功能。

图10示出了惯性导航模块50的结构图，如图10所示，该惯性导航模块50包括陀螺单元51、加表单元52以及接口电路53。其中，陀螺单元51具有至少三个独立的光纤陀螺，分别用于测量三个方向上的角度；例如，具有3个独立的光纤陀螺，分别用于测量X、Y以及Z轴方向上的角度。加表单元52具有至少三个独立的加速度计，分别用于测量三个方向上的加速度；例如，具有3个独立的加速度计，分别用于测量X、Y以及Z轴方向上的加速度。接口电路基于3个方向上的角度以及加速度，形成惯性测量结构输出至主控模块10。

具体地，惯性导航模块50的功能是输出加速度、角度等信息，送至主控模块10完成组合导航功能。例如，惯性导航模块50包括3个独立的光纤陀螺、3个独立的加速度计、电源电路、接口电路和结构本体等等。

其中，惯性导航模块50的结构包括外壳、端板、敏感元件骨架、减振器组件等，它主要完成以下功能：

(1)保证沿惯组坐标系安装陀螺和加速度计的安装精度，并保证安装的稳定性；

(2)为惯组内部仪表提供良好的热、力学环境；

(3)满足对外机械接口和电气接口的安装要求；

(4)安装固定电路组件，满足电磁兼容性设计要求；

(5)具有足够的刚度和可靠性。

结构设计须保证安装陀螺和加速度计的整体具有足够的刚度，在此基础上进行了优化设计。主要用材为弹性模量/密度比高、屈服强度/密度比高、导热性好的铝合金材料，并按照精密零件加工工艺要求进行加工和处理，保证零件精度和尺寸长期稳定性达到设计要求。

图11示出了卫星导航模块的原理框图，如图11所示，卫星导航模块60包括有射频单元61，基带处理单元62以及信息处理单元63。其中，射频单元61具有至少两路射频信号接收通道，用于接收至少两路射频信号。基带处理单元62与射频单元61的输出端连接，用于对射频信号进行基带处理。信息处理单元63与基带处理单元62连接，用于对基带处理后的数据进行PVT解算，并将PVT解算结果输出至主控模块10。其中，基带处理单元62中可以包括有多个GPS信号处理通道。

具体地，卫星导航模块60具有两路射频信号接收通道，即采用二分集接收方式，双天线输入，接收GPS-L1和BDS-B1频点的导航卫星信号，完成信号的捕获、跟踪、解出原始观测量、选星；然后完成PVT解算，输出载体的位置、速度、时间等信息，送至主控模块10完成组合导航功能。

其中，射频单元61包括功率合成器、射频放大器、功率分配器、射频滤波器、射频放大器、混频器、中频滤波器、中频放大器、增益控制器、低通滤波器，将收到的射频信号一次下变频转为中频信号，送至数据处理单元。

信息处理单元63包括模数转换电路、时钟驱动电路、信号处理电路和对外接口电路，主要实现卫星导航信号的解扩解调，导航电文的获取，伪距、多普勒等测量信息的测量，解算出载体的位置、速度和时间等信息，并将秒脉冲信号和各类数据帧发送给***。

通过天线接收来自空间段GPS卫星发播的无线电信号；GPS射频信号经过射频单元61和基带处理单元62完成对信号的解调和观测量的实时提取，实现对导航电文的脱格式；然后将卫星信息和观测信息传输至信息处理单元63完成对当前观测时刻的位置信息、速度信息和守时信息的解算；并且，针对分集接收机，要求接收机同时选择接收两路GPS信号，交由应用信息处理单元63，实现多星座选优定位方案。

本实施例提出的箭载综合电子***解决方案能够满足运载火箭(或导弹武器)电气***飞行控制的要求，电路设计安全可靠，***集成性高、提升了***智能化程度，而且所设计电路经过环境试验及***试验考核。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (12)

1.一种箭载综合电子***，其特征在于，包括：

至少一个功能模块；其中，所述功能模块包括电源模块、配电模块、时序模块、惯性导航模块以及卫星导航模块中的至少一种；

主控模块，与各个所述功能模块连接；所述主控模块用于接收各个所述功能模块的数据，并对数据进行处理后形成相应的控制信号，以对待控制对象进行控制。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述主控模块包括片上***。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述电源模块包括：

滤波单元，其输入端与外部电源连接；

电源单元，具有至少一个电源子单元，各个所述电源子单元并联，用于输出不同的电压；其中，所述电源单元的输入端与所述滤波单元的输出端连接，所述电源单元的输出端与其余所述功能模块连接。

4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，所述滤波单元包括依次串联的电磁兼容性滤波器、第一二极管以及低通滤波器；其中，所述第一二极管用于抑制瞬态电压。

5.根据要求1所述的***，其特征在于，所述配电模块包括：

功率单元，其输入端与所述待控制对象的母线连接；所述功率单元具有配电开关电路，所述配电开关电路用于输出至少一个可控配电电源；

控制单元，其输入端与内部总线连接，用于接收主控模块控制命令；所述控制单元具有开关驱动电路，所述开关驱动电路用于驱动所述配电开关电路的动作。

6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述功率单元包括：

并联的第一支路与第二支路；所述第一支路包括依次串联的防反灌电路、母线开关电路以及所述配电开关电路；所述第二支路包括瞬态抑制电路；所述防反灌电路包括第二二极管以及第一开关器件，用于防止所述母线的电流反灌；所述母线开关电路包括第二开关器件，所述配电开关电路包括第三开关器件；

所述控制单元包括：第一控制器以及所述开关驱动电路；所述第一控制器的输入端与所述内部总线连接，输出端与所述开关驱动电路连接，所述第一控制器用于基于所述主控模块控制命令输出脉冲宽度调制信号，以使得所述开关驱动电路输出电平信号；所述电平信号用于驱动所述第二开关器件，以及所述第三开关器件的动作。

7.根据权利要求6所述的***，其特征在于，所述控制单元还包括有：采样电路；其中，所述采样电路用于采集所述功率单元中各个电路的反馈信号并回传至所述第一控制器；所述反馈信号包括电压、电流以及温度中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述时序模块包括依次串联的第二控制器、驱动器以及第四开关器件；

其中，所述第二控制器的输入端与所述待控制对象的内部总线连接，用于基于所述内部总线输出的飞控时序指令形成电平信号，以使得所述驱动器输出电平信号；

所述驱动器输出的电平信号用于驱动所述第四开关器件的动作；

所述第四开关器件用于基于所述电平信号输出时序。

9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述时序模块还包括有时序回采单元，用于将所述第四开关器件输出的时序反馈至所述第二控制器；所述第二控制器将接收到的时序发送至所述主控模块，以使得判读人员确定所述时序模块是否正常发出时序信号。

10.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述惯性导航模块包括：

陀螺单元，具有至少三个独立的光纤陀螺，分别用于测量三个方向上的角度；

加表单元，具有至少三个独立的加速度计，分别用于测量三方向上的加速度；

接口电路，分别与所述陀螺单元以及所述加表单元连接，用于基于所述三个方向上的角度以及所述三个方向上的加速度，形成惯性测量结果，并输出至所述主控模块。

11.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述卫星导航模块包括：

射频单元，具有至少2路射频信号接收通道；

基带处理单元，与所述射频单元的输出端连接，用于对所述射频信号进行基带处理；

信息处理单元，与所述基带处理单元连接，用于对基带处理后的数据进行PVT解算，并将PVT解算结果输出至所述主控模块。

12.根据权利要求1-11中任一项所述的***，其特征在于，所述主控模块通过第一总线分别与所述配电模块以及所述时序模块连接；所述主控模块通过第二总线分别与所述惯性导航模块以及所述卫星导航模块连接；其中，所述第一总线的通信速率大于所述第二总线的通信速率。