CN110906985A - 一种导弹健康监测***和方法 - Google Patents

一种导弹健康监测***和方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种导弹健康监测***和方法，该***包括：多个导弹包装箱，配置于每个包装箱内的传感器和终端节点，以及终端设备；传感器可以采集对应包装箱内导弹的环境信息、工作状态信息和部件状态信息，并将采集的信息传输给相应的终端节点；终端节点通过无线网络与终端设备进行通信，可以将接收到的环境信息、工作状态信息和部件状态信息发送给终端设备；终端设备可以对接收到的信息进行数据处理和健康判断。本发明实施例通过在包装箱内部放置传感器和终端节点，能够在不打开包装箱的前提条件下对导弹进行健康监测，够对导弹健康进行精准定位，能够在存储有大量包装箱的库房中精准的找出可能存在故障的导弹，从而开箱对导弹进行检测。

Description

一种导弹健康监测***和方法
技术领域
本申请涉及但不限于导弹健康监测与故障检测技术领域，尤指一种导弹健康监测***和方法。
背景技术
机载导弹在整个生命周期内要反复经历运输、贮存、测试、战斗值班等不同的任务剖面。每个任务场景的切换都需要对导弹进行测试，由于导弹在大多数生命周期都储存在包装箱内，在某些应用场景下对导弹进行开箱测试需要耗费巨大的人力物力成本，因此，对导弹健康测试提出了新的要求。
故障预测与健康管理(Prognostic Health Management，简称为：PHM)正是在新的导弹测试需求背景下提出来的技术。该技术通过监测导弹的使用环境、工作状况和部件状态等信息，进行***的故障诊断和预测，科学合理的安排维修计划，极大的提高导弹的管理效率。通过监测导弹储存的环境参数，应用PHM故障预测分析，结合导弹健康状态数据库，预测导弹可能存在的故障，为导弹维修提供参考依据。PHM虽然已提出与导弹健康检测的相关意见，但是并未给出具体实现方式。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种导弹健康监测***和方法，该导弹健康监测***基于无线传感网络，能够采集导弹储存的环境，并且评估导弹的健康状况，从而解决了现有技术中导弹故障预测与健康管理的问题。
本发明实施例提供一种导弹健康监测***和方法，包括：设置于导弹仓库中的多个导弹包装箱，配置于每个包装箱内的传感器和终端节点，以及终端设备；
所述传感器，被配置为采集对应包装箱内导弹的环境信息、工作状态信息和部件状态信息，并将采集的信息传输给所述导弹包装箱内的终端节点；
所述终端节点通过无线网络与所述终端设备进行通信，被配置为将接收到的环境信息、工作状态信息和部件状态信息发送给终端设备；
所述终端设备，被配置为对接收到的信息进行数据处理和健康判断。
可选地，如上所述的导弹健康监测***中，每个包装箱内配置的传感器包括：温度传感器，湿度传感器，气压传感器，振动传感器；
所述传感器，还被配置为采集对应包装箱内导弹在其全生命周期内不同应用场景下的环境信息、工作状态信息和部件状态信息。
可选地，如上所述的导弹健康监测***中，还包括：多个路由器节点，每个路由器节点与其覆盖范围内的终端节点进行通信；
所述终端节点，还被配置为将其接收到的信息发送给对应的路由器节点；
所述路由器节点，被配置为将从终端节点接收到的信息转发给终端设备。
可选地，如上所述的导弹健康监测***中，还包括：协调器节点，被配置为将路由器节点和终端节点加入网路；
所述路由器节点，还被配置为将从终端节点接收到的信息转发给协调器节点；
所述协调器节点与终端设备连接，被配置为将从路由器节点接收到的信息发送给终端设备。
可选地，如上所述的导弹健康监测***中，
每个包装箱内的传感器和终端节点通过外部接口相连接，所述外部接口包括I2C和SPI接口。
可选地，如上所述的导弹健康监测***中，
所述协调器节点与终端设备连接通过无线网路、网线或串口相连接。
可选地，如上所述的导弹健康监测***中，所述终端设备对接收到的信息进行数据处理和健康判断，包括：
所述终端设备，被配置为对接收到的信息进行数据解析，依据故障预测模型及已有的数据库对导弹健康状况进行评估，并给出维修建议。
本发明实施例还提供一种导弹健康监测方法，采用如上述任一项所述的导弹健康监测***执行所述健康监测方法，包括：
通过传感器采集对应导弹包装箱内导弹的环境信息、工作状态信息和部件状态信息，并将采集的信息传输给对应导弹包装箱内的终端节点；
终端节点通过无线网络将导弹的信息传输给终端设备；
所述终端设备根据接收到的信息进行数据处理和健康判断。
本发明实施例提供的导弹健康监测***和方法，包括：设置于导弹仓库中的多个导弹包装箱，配置于每个包装箱内的传感器和终端节点，以及终端设备；传感器，被配置为采集对应包装箱内导弹的环境信息、工作状态信息和部件状态信息，并将采集的信息传输给导弹包装箱内的终端节点；终端节点通过无线网络与所述终端设备进行通信，被配置为将接收到的环境信息、工作状态信息和部件状态信息发送给终端设备；终端设备，被配置为对接收到的信息进行数据处理和健康判断。本发明实施例提供的导弹健康监测***，通过在导弹包装箱内部放置传感器和终端节点，能够在不打开包装箱的前提条件下对导弹进行健康监测；采用该导弹健康监测***能够对导弹健康进行精准定位，能够在存储有大量包装箱的库房中精准的找出可能存在故障的导弹，从而开箱对导弹进行检测。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例提供的一种导弹健康监测***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种导弹健康监测***的结构示意图；
图3为采用本发明实施例提供的导弹健康监测***执行导弹健康检测方法的流程图；
图4为本发明实施例提供的导弹健康监测***采用树状网络进行无线传输的示意图；
图5为本发明实施例所采用的无线传输Zigbee节点体系架构的示意图；
图6为一种无线网络软件中应用层处理的流程图；
图7为本发明实施例提供的一种导弹健康监测方法的流程图；
图8本发明实施例提供的导弹健康监测***的一种整体应用场景的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。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任意组合。
本发明实施例涉及导弹健康监测与故障预测领域，特别是涉及导弹全生命周期的故障监测。本发明以下各实施例采用无线传感技术，通过传感器采集导弹健康参数，无线网络把数据上传给远程终端，实现导弹的健康监测。
以下通过几个具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明。本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例提供的一种导弹健康监测***的结构示意图。本实施例提供的导弹健康监测***可以包括：设置于导弹仓库中的多个导弹包装箱，配置于每个包装箱内的传感器和终端节点，以及终端设备；
本发明实施例中的传感器，被配置为采集对应包装箱内导弹的环境信息、工作状态信息和部件状态信息，并将采集的信息传输给本包装箱内的终端节点；
终端节点通过无线网络与终端设备进行通信，被配置为将接收到的境信息、工作状态信息和部件状态信息发送给终端设备，终端设备例如为一PC电脑；
终端设备，被配置为对接收到的信息进行数据处理和健康判断。
可选地，本发明实施例中每个包装箱内配置的传感器包括：温度传感器，湿度传感器，气压传感器，振动传感器；
传感器，还被配置为采集对应包装箱内导弹在其全生命周期内不同应用场景下的环境信息、工作状态信息和部件状态信息。
可以看出，本发明实施例的导弹健康监测***，通过传感器采集导弹储存的环境参数，能够对导弹的健康状况进行评估。该***通过在导弹包装箱内部放置传感器，采集包装箱内部的环境参数，例如温度、湿度、气压、振动等，这些环境参数能够间接的反映导弹的健康状况。
该导弹健康监测***在导弹包装箱内部放置传感器和终端节点，能够在不打开包装箱的前提条件下对导弹进行健康监测，通过该导弹健康监测***能够对导弹健康进行精准定位，能够在存储有大量包装箱的库房中精准的找出可能存在故障的导弹，从而开箱对导弹进行检测。
可选地，图2为本发明实施例提供的另一种导弹健康监测***的结构示意图。本发明实施例中网络构架形式可以为，还包括：多个路由器节点，每个路由器节点与其覆盖范围内的终端节点进行通信；
终端节点，还被配置为将其接收到的信息发送给对应的路由器节点；
路由器节点，被配置为将从终端节点接收到的信息转发给终端设备。
可选地，本发明实施例中网络构架形式可以为，还包括：协调器节点，被配置为将路由器节点和终端节点加入网路；
路由器节点，还被配置为将从终端节点接收到的信息转发给协调器节点；
协调器节点与终端设备连接，被配置为将从路由器节点接收到的信息发送给终端设备。
可选地，本发明实施例中的每个包装箱内的传感器和终端节点通过外部接口相连接，外部接口包括I2C和SPI接口。
在实际应用中，协调器节点与终端设备连接通过无线网路、网线或串口相连接。
本发明实施例中的导弹健康监测***，特别的引入了无线传感技术，通过该技术终端节点采集的数据能够通过无线网络发送给终端设备或协调器节点。无线网络可以采用树状拓扑网络结构，能够确保所有数据汇合在协调器节点上，最终传输到移动终端设备。基于无线传感网络技术的导弹健康监测***能够实现对导弹健康的远程监测，监测人员只需要在值班室就能够监测导弹健康状况。
本发明实施例提供的导弹健康监测***主要内容包括以下几个方面：1、导弹环境采集的传感器设计；2、无线网络节点设计；3、远程终端数据采集；4、故障预测与评估。该监测***在几个子模块的共同协作下完成对周边环境参数的采集，并给出维修建议。
本发明实施例中，导弹环境采集的传感器设计主要功能是实现对导弹环境的检测，选用何种类型的传感器监测的环境参数能够正确反映导弹的健康状况是本发明实施例关注的重点。导弹全生命周期要经历不同的应用场景，在每个应用场景所处的环境状况各不一样，选取的传感器类型必须具有广泛的代表性，传感器采集的值能够直接或者间接反映导弹的健康状况。本***中采用温度传感器，湿度传感器，气压传感器，振动传感器，这四类传感器的值能够间接反映导弹的健康状况。
无线网络节点设计主要包括无线终端节点设计，路由器节点设计，协调器节点设计。无线终端节点与传感器互连，传感器采集的值通过外部接口(如I2C，SPI)发送给终端节点。协调器节点完成无线网络的组网，节点加入删除等管理。路由器节点在无线网络中负责对数据的路由，把从终端节点采集的数据转发给协调器节点。无线网络的主要功能是把所有传感器采集的数据汇集在协调器节点上，并最终把所有的结果发送给远程终端设备。
远程终端设备主要为终端的PC或者手机等移动存储设备，远程终端与协调器节点通过无线网络(针对手机)、网线或者RS232串口进行通信。汇集在协调器的数据转发给远程终端，远程终端对接收到的数据进行解析，通过信息能够确认是从哪个终端节点互连的传感器传输过来的数据。
本发明实施例提出的导弹健康监测***通过传感器采集导弹包装箱内的储存环境，由于仓库储存的包装箱数量较多且传感器种类也比较多，对传感器采集的结果采用无线网络进行传输，通过无线网络能够把所有传感器的值汇聚在终端设备上。这样，维修人员只需要打开终端设备就可以实时查看导弹当前的健康状况，并通过与数据库中以往数据的对比，对可能存在的故障给出报警信息，维修人员只需要对特定的极少数的包装箱进行开箱检测，节约了维修的人力物力成本。
本发明实施例提出的导弹健康监测***可以给导弹维修提供建设性意见，基于导弹健康状态的维修能够对导弹进行精准维修，相比于以往的定期维修和出现故障后的维修，可以节约维修的成本，在故障发生前进行维修，能够避免导弹发生重大安全事故。该监测***代表一种测试方法的转变，从传统的故障维修转变为智能维修，从反应式的响应转变为主动式的检测，提高了导弹的管理效率和使用效率。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例。
本发明实施例整体流程实施细节如图3所示，为采用本发明实施例提供的导弹健康监测***执行导弹健康检测方法的流程图，可以包括以下步骤：数据的采集和传输、数据处理、状态监测、健康评估、故障预测，以及自动推理决策。数据采集通过各种类型的传感器监测导弹环境参数，并通过无线传感网络进行传输，最后把数据转发给远程终端，终端对数据进行解析，依据故障预测模型及原有的数据库对导弹健康状况进行评估，并给出维修建议。
本发明实施例提供的导弹健康监测***的传输示意图也可以参照图2所示，该***传输示意图包括传感器采集模块，终端节点发送模块，路由器转发模块，协调器接收模块及远程终端模块，整体来说，该导弹健康监测***包含三部分：传感器采集、无线网络数据转发、远程终端数据处理。在实际运用场景中，并不需要实时采集导弹所处的环境参数，可能每天24小时采集一次就可以，因此对采集的传感器和终端节点并不需要实时供电。在实际工作中，传感器和无线终端节点多放置在包装箱内部，采用电池供电，所有必须对整个***进行低功耗设计提高电池的使用寿命。
本发明实施例提供的导弹健康监测***中选用的传感器种类可以包括温度、湿度、气压、振动，这些环境参数能够代表导弹所处的环境以及所受到外部的影响。这些环境参数若发生异常，能够间接说明导弹可能存在故障。温度过高，导弹内部金属部件加速老化；温度过低，导弹内部的橡胶件发脆而强度下降；温度剧烈变化，会使导弹战斗部受潮结露，导弹内部的晶体管易损坏。湿度过小，导弹内部的皮革件就会变脆断裂，火药中的水分蒸发使得燃速增大；如果湿度过大，导弹内部金属部件锈蚀，包装箱纸布皮革等受潮霉烂腐朽，导弹内部的橡胶件塑性和强度下降。包装箱气密性出现问题时，若里面抽真空时，有空气进入时，气压增大；若里面充氮气时，有空气进入时，气压减小。经常性的振动会使导弹内部陀螺导引头和紧固件发生松动现象，也不利于导弹装药性能的稳定。
本发明实施例所采用无线传输网络可以采用无线紫峰(Zigbee)传输网络，该协议是在IEEE 802.15.4协议的基础上进行开发的。它来源于蜜蜂的八字舞，Zigbee主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备，其特点是传播距离近、低功耗、低成本、低数据速率、可自组网、协议简单。Zigbee的最大传输距离在50m至300m之间，其速率为250kbps，功耗极低，最大特点是可自组网，网络节点数最大可达65000个。本发明设计了三种类型的Zigbee节点，协调器节点(Coordinator)、路由器节点(Router)和终端节点(Enddevice)，这些节点之间能够通过Zigbee网络进行数据转发。此三种类型的节点可以组成星型，链状，树状网络拓扑结构，组网方式灵活，如图4所示，为本发明实施例提供的导弹健康监测***采用树状网络进行无线传输的示意图，该网络中具有一个协调器节点，多个路由器节点和终端节点。
无线传输节点的设计是在协议栈基础上进行开发的，如图5所示，为本发明实施例所采用的无线传输Zigbee节点体系架构的示意图。本本发明实施例的***采用硬件无线传输Zigbee芯片，所使用的软件协议栈是基于IEEE 802.15.4协议上完成的。目前该无线网络的协议栈已经实现了无线传输协议的物理层，媒介层以及网络层，用户只需要在此基础上实现应用层。所以在已有的协议栈基础上对无线传输节点软件的开发会比较方便便捷，能够确保无线网络的数据正常传输。
无线传输节点的软件设计主要包括实现Zigbee协议的应用层，通过调用协议栈预留的API函数，能够在应用层实现相应的功能函数，比如数据接收和发送函数，应用层的具体流程如图6所示，为一种无线网络软件中应用层处理的流程图。首先完成协议栈的初始化，创建协调器节点，并为网络分配PAN ID，选择射频传输的通道并启动无线传输网络，无线网络组网成功等待其它节点加入网络。若有终端节点和路由器加入节点，协调器为这些节点分配地址，并开始数据传输。
汇聚在远程终端的数据与存储在数据库中的数据进行比对，数据库依据以前的数据对导弹健康状态进行健康评估，数据库中记录了每次故障信息并记录了每次开箱检测时的各类环境参数，如图7所示，为本发明实施例提供的一种导弹健康监测方法的流程图。若依据故障模型，判断其可能存在故障，对导弹进行开箱测试，根据开箱测试后的结果准确判断导弹是否存在故障，把测试结果上传给数据库并不断修正数据库模型。此种故障预测模型能够根据监测的环境参数选择是否进行开箱检测，对故障包装箱内的导弹进行准确定位，节约了人力物力成本。
如图8所示，本发明实施例提供的导弹健康监测***的一种整体应用场景的示意图，放置在导弹包装箱内的传感器采集包装箱内的储存环境，并通过外部接口与无线终端节点互连，无线网络能够把采集的数据发送给协调器，协调器通过串口能够把数据传给终端PC。PC对数据进行解析，能够把每个包装箱内部的每个传感器采集的值进行显示，并依据数据库中的信息给出故障预测，为开箱测试提供参考意见。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种导弹健康监测***，其特征在于，包括：设置于导弹仓库中的多个导弹包装箱，配置于每个包装箱内的传感器和终端节点，以及终端设备；
所述传感器，被配置为采集对应包装箱内导弹的环境信息、工作状态信息和部件状态信息，并将采集的信息传输给所述导弹包装箱内的终端节点；
所述终端节点通过无线网络与所述终端设备进行通信，被配置为将接收到的环境信息、工作状态信息和部件状态信息发送给终端设备；
所述终端设备，被配置为对接收到的信息进行数据处理和健康判断。
2.根据权利要求1所述的导弹健康监测***，其特征在于，每个包装箱内配置的传感器包括：温度传感器，湿度传感器，气压传感器，振动传感器；
所述传感器，还被配置为采集对应包装箱内导弹在其全生命周期内不同应用场景下的环境信息、工作状态信息和部件状态信息。
3.根据权利要求1所述的导弹健康监测***，其特征在于，还包括：多个路由器节点，每个路由器节点与其覆盖范围内的终端节点进行通信；
所述终端节点，还被配置为将其接收到的信息发送给对应的路由器节点；
所述路由器节点，被配置为将从终端节点接收到的信息转发给终端设备。
4.根据权利要求3所述的导弹健康监测***，其特征在于，还包括：协调器节点，被配置为将路由器节点和终端节点加入网路；
所述路由器节点，还被配置为将从终端节点接收到的信息转发给协调器节点；
所述协调器节点与终端设备连接，被配置为将从路由器节点接收到的信息发送给终端设备。
5.根据权利要求4所述的导弹健康监测***，其特征在于，
每个包装箱内的传感器和终端节点通过外部接口相连接，所述外部接口包括I2C和SPI接口。
6.根据权利要求4所述的导弹健康监测***，其特征在于，
所述协调器节点与终端设备连接通过无线网路、网线或串口相连接。
7.根据权利要求1所述的导弹健康监测***，其特征在于，所述终端设备对接收到的信息进行数据处理和健康判断，包括：
所述终端设备，被配置为对接收到的信息进行数据解析，依据故障预测模型及已有的数据库对导弹健康状况进行评估，并给出维修建议。
8.一种导弹健康监测方法，其特征在于，采用如权利要求1～7中任一项所述的导弹健康监测***执行所述健康监测方法，包括：
通过传感器采集对应导弹包装箱内导弹的环境信息、工作状态信息和部件状态信息，并将采集的信息传输给对应导弹包装箱内的终端节点；
终端节点通过无线网络将导弹的信息传输给终端设备；
所述终端设备根据接收到的信息进行数据处理和健康判断。
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