CN111756361A - 一种多级运载火箭的时标产生电路及时标分发*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级运载火箭的时标产生电路及时标分发***，该时标产生电路包括：电连接器，设置于地面与所述多级运载火箭之间，当多级运载火箭处于未起飞状态时，所述电连接器导通；当多级运载火箭起飞时，所述电连接器断开；开关电路，所述开关电路的输入端通过电连接器连接至电源，输出端与采样电路连接，第二端接地。如此设置，通过采用电连接器提供起飞信号，采样电路在采集到起飞信号之后以数字信号进行传输，取代了传统技术中采用起飞触点的技术方案。并且采样电路在识别之后，以数字信号进行传输时，也不容易受到传输线路长度和压降的干扰，解决了模拟量信号在传输过程中容易误触发的问题，从而提高了对起飞信号的传输质量。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种多级运载火箭的时标产生电路及时标分发***。
背景技术
现有技术中，多级运载火箭电气***的时标信号通常采用起飞信号作为时标信号，时标信号就是作为各相关***统一计时工作的起点信号。如图1所示，起飞信号通常是由运载火箭的配电器集中给出的，而起飞信号的获得是由火箭的起飞触点开关接通电磁继电器，电磁继电器再通过其触点传送至起飞送利用***和起飞送测量***，上述传输过程中的信号均为模拟量信号。
在上述传输过程中，起飞信号是直接以模拟量信号进行传输。由于传输线路本身带有阻值，在有电流流过时，使得传输线路本身具有压降。所以，模拟量信号在传输过程中必然会受到传输线路的长度和压降的影响，使得信号容易受到干扰，导致容易误触发起飞信号，从而对信号的传输质量造成影响。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中起飞信号容易受到干扰，导致容易误触发起飞信号，从而对起飞信号的传输质量造成影响的问题。从而本发明提供了一种多级运载火箭的时标产生电路及时标分发***。
本发明实施例提供了一种多级运载火箭的时标产生电路，该时标产生电路包括：电连接器，设置于地面与所述多级运载火箭之间，当多级运载火箭处于未起飞状态时，所述电连接器导通；当多级运载火箭起飞时，所述电连接器断开；开关电路，所述开关电路的输入端通过电连接器连接至电源，第一输出端与采样电路连接，第二输出端接地。
可选地，所述开关电路为三极管、MOS管以及隔离光耦中的任意一种。
可选地，所述开关电路为隔离光耦，所述隔离光耦的输入端正极与所述电源连接，输入端负极与接地端连接。
可选地，该时标产生电路还包括滤波电容，所述滤波电容的输出端与所述输入端正极连接，第二端与所述输入端的负极连接。
可选地，该时标产生电路还包括整流二极管，所述整流二极管的正极与所述输入端的负极连接，负极与所述输入端的正极连接。
可选地，所述电源包括第一电源和第二电源；所述第一电源通过所述电连接器与所述开关电路的输入端连接；所述第二电源连接至所述开关电路的输出端与所述采样电路之间。
本发明还提供了一种多级运载火箭的时标分发***，该时标分发***包括：上述任一项所述的时标产生电路；总线，敷设于子级运载火箭；所述多级运载火箭由多个所述子级运载火箭组成，多个所述子级运载火箭之间通过级间连接器传递信号；主计算机，设置于其中一个所述子级运载火箭；所述主计算机的接收端与所述时标产生电路的所述采样电路连接，输出端与所述总线连接；子计算机，设置于其余的所述子级运载火箭；所述子计算机的接收端与所述总线连接。
可选地，所述主计算机通过主控制器控制其所在的子级运载火箭中的终端设备；所述子计算机通过子控制器控制其所在的子级运载火箭中的终端设备。
可选地，所述终端设备至少部分连接到所述总线。
可选地，该时标分发***还包括滤波电路，所述滤波电路的输入端与所述采样电路连接，输出端与所述主计算机的接收端连接。
与现有技术相比，本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明实施例提供了一种多级运载火箭的时标产生电路，该时标产生电路包括：电源；电连接器，设置于地面与所述多级运载火箭之间，当多级运载火箭处于未起飞状态时，所述电连接器导通；当多级运载火箭起飞时，所述电连接器断开；开关电路，所述开关电路的输入端通过电连接器连接至电源，第一输出端与采样电路连接，第二输出端接地。
本发明实施例通过采用电连接器提供起飞信号，采样电路在采集到起飞信号之后以数字信号进行传输，取代了传统技术中采用起飞触点，并以模拟量信号直接传输的技术方案。并且采样电路在识别到由低电平转换为高电平的起飞信号之后，以数字信号进行传输时，也不容易受到传输线路长度和压降的干扰，解决了模拟量信号在传输过程中容易误触发的问题，从而提高了对起飞信号的传输质量。
2.本发明实施例提供了一种多级运载火箭的时标分发***，该时标分发***包括：上述任一项所述的时标产生电路、总线、主计算机和子计算机。如此设置，主计算机通过接收端接收到来自时标产生电路的时标信号之后，通过敷设在各个子级运载火箭的总线，将时标信号传输给其余子级运载火箭的子计算机中。所有子计算机在接收到时标信号之后，进行对表，以该时标信号作为各个子级运载火箭中工作设备起始工作的时间零点，进行时间同步处理。
3.本发明通过设置滤波装置，可以滤除掉火箭起飞时，电连接器分离或线路受到干扰导致的信号抖动或干扰信号，确保获得的起飞信号可靠性较高。
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为现有技术起飞信号获取电路图；
图2为本发明实施例时标产生电路的电路图；
图3为本发明实施例时标分发***的结构图；
图4为本发明实施例多级运载火箭的时标分发***的整体示意图；
图5为本发明实施例多级运载火箭与箭地连接器的示意图；
图6为本发明实施例隔离光耦输入端信号波形示意图。
附图标记说明：
1-子级运载火箭；2-电缆；3-箭地连接器；31-双冗余跨线；4-芯杆；5-钢丝；6-级间连接器；
10-开关电路；20-采样电路；
第一电源V1；第二电源V2；滤波电容C；整流二极管D；隔离光耦Q。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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，本领域普通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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
现有技术中，多级运载火箭电气***的时标信号通常采用起飞信号作为时标信号，时标信号就是作为某一个时间标准的信号。起飞信号通常是由运载火箭的配电控制器集中给出的，而起飞信号的获得是由火箭的起飞触点开关接通电磁继电器，电磁继电器再通过其触点传送至测量***、控制***和外***，传输过程中的信号均为模拟量信号。在上述传输过程中，是直接将模拟量信号进行传输。由于传输线路本身带有阻值，在有电流流过时，使得传输线路本身具有压降。所以，模拟量信号在传输过程中必然会受到传输线路的长度和压降的影响，使得信号容易受到干扰，容易导致误触发，从而对信号的传输质量造成影响。并且现有技术中的此种传输方式存在电磁继电器数量较多，接线复杂，灵活性差，线路长，可靠性低的问题。
本发明提供的一种多级运载火箭的时标产生电路及时标分发***，用于解决现有技术中起飞信号采用模拟量信号直接传输时，存在电磁继电器数量较多，接线复杂，灵活性差，线路长，可靠性低的问题。
实施例1
如图2所示，本发明实施例提供了一种多级运载火箭的时标产生电路，该时标产生电路包括电连接器、开关电路10以及采样电路20。
开关电路的输入端通过电连接器与电源连接，第一输出端与采样电路连接，第二输出端接地。多级运载火箭与地面之间接有电连接器，在多级运载火箭处于未起飞状态时，电连接器未断开，保持导通状态；在多级运载火箭起飞时，由于多级运载火箭会升空，离地面会越来越远，在距离到达一定程度时，电连接器会自动断开。
在该时标产生电路中，开关电路以及采样电路均设置在多级运载火箭上。由于电连接器的一端固定在地面上，另一端固定在多级运载火箭上，所以，在多级运载火箭起飞前，电源通过电连接器为开关电路供电，使得开关电路的第一输出端与第二输出端导通，采样电路直接接地，所以采样电路采集到的电信号为低电平；在多级运载火箭起飞时，电连接器断开，电源与开关电路断开，在没有电源为开关电路供电的情况下，开关电路的第一输出端与第二输出端断开，采样电路通过电源供电，所以采样电路采集到的电信号为高电平。
因此，当采样电路采集到的信号由低电平转换为高电平时，也就是多级运载火箭起飞的时刻，通过采用电连接器提供起飞信号，采样电路在采集到起飞信号之后以数字信号进行传输，取代了传统技术中采用起飞触点，并以模拟量信号直接传输的技术方案。并且采样电路在识别到由低电平转换为高电平的起飞信号之后，以数字信号进行传输时，也不容易受到传输线路长度和压降的干扰，解决了模拟量信号在传输过程中容易误触发的问题，从而提高了对起飞信号的传输质量。
如图5所示，在本实施例中，电连接器为箭地连接器3或箭地分离装置。箭地连接器3的一端通过电缆2与时标产生电路连接，另一端通过钢丝5将芯杆4固定在发射台上，芯杆4与箭地连接器3连接。通过火箭起飞，发射台上的固定钢丝5将对芯杆4进行拖拽，从而机械分离箭地连接器3，使得箭地连接器3脱落分离。箭地连接器3内部分配用于起飞信号识别的双冗余跨线31，双冗余跨线31一端与电源连接，一端与开关电路连接。双冗余跨线31分离时，接点由连接状态变为断开状态，从而电源与开关电路断开，在没有电源为开关电路供电的情况下，开关电路的第一输出端与第二输出端断开，采样电路通过电源供电，所以采样电路采集到的电信号为由低电平转换为高电平。
当然，电连接器也可以采用其他可以导电的分离装置，本实施例仅仅是举例说明，并不加以限制。本领域技术人员可根据实际情况对该电连接器进行改变，能够实现相同的技术效果即可。
可选地，在本发明的一些实施方式中，电源包括第一电源V1和第二电源V2，第一电源V1通过电连接器与开关电路的输入端连接，第二电源V2连接至开关电路的输出端与采样电路之间。
在该时标产生电路中，开关电路可以为三极管、MOS管以及隔离光耦Q中的任意一种。在本发明实施例中，以隔离光耦Q进行举例说明，隔离光耦Q的输入端正极与电源连接，输入端负极与接地端连接，第一输出端与采样电路连接，第二输出端接地。
在多级运载火箭起飞前，电源通过电连接器为隔离光耦Q供电，使得隔离光耦Q的第一输出端与第二输出端导通，采样电路直接接地，所以采样电路采集到的电信号为低电平；在多级运载火箭起飞时，电连接器断开，电源与隔离光耦Q断开，隔离光耦Q在没有电源为其供电的情况下，隔离光耦Q的第一输出端与第二输出端断开，采样电路直接通过电源供电，所以采样电路采集到的电信号为高电平，电路逻辑由“0”变为“1”。采样电路采集到的信号由低电平转换为高电平时，也就是多级运载火箭起飞的时刻。
可选地，在本发明的一些实施例中，该时标产生电路还包括滤波电容C，滤波电容C的第一端与隔离光耦Q的输入端正极连接，第二端与输入端负极连接。滤波电容C在该时标产生电路中可以起到滤波的作用。
该时标产生电路还可以包括整流二极管D，该整流二极管D的正极与隔离光耦Q的输入端负极连接，负极与隔离光耦Q的输入端正极连接。如此设置，可以对该时标产生电路起到一定的整流作用。
可选地，在本发明的一些实施例中，电源可以为第一电源V1和第二电源V2。第一电源V1通过电连接器与开关电路的输入端连接，第二电源V2连接至开关电路的输出单与采样电路之间。
实施例2
如图3和图4所示，本发明实施例还提供了一种多级运载火箭的时标分发***，该时标分发***包括：总线、主计算机、子计算机以及时标产生电路。主计算机中的CPU可为MCU处理器或FPGA等中央处理器。
总线敷设在各个子级运载火箭1中，多级运载火箭由多个子级运载火箭1组成，多个子级运载火箭1之间通过级间连接器6传递信号。所有子级运载火箭1中的一个设置有主计算机，其余的子级运载火箭1均设置有子计算机。主计算机的接收端与时标产生电路的采样电路连接，输出端与总线连接，子计算机的接收端与总线连接。在起飞信号作为时标信号传输时，通过主计算机与各级子计算机的接力转发即可将时标信号传递到整个多级运载火箭中所有的终端设备，实现所有终端设备时间同步。
本实施例采用总线分发，子计算机作为总线站点接入，采用标准接口，接口简单，以数字量的形式传递。并且总线采用差分信号线，抗干扰能力和可靠性大幅提升，扩展性好，灵活性强。从而避免了现有技术的传输方式中存在电磁继电器数量较多，接线复杂，灵活性差，线路长，可靠性低的问题。并且，采用接力传输时标信号，通过接力设备的中继，可以对信号进行修正，提高信号的质量，可大幅突破传输距离的限制。
该时标产生电路可以是上述任意实施例所述的时标产生电路，能够产生时标信号即可。
主计算机与采样电路之间可通过IO口连接，主计算机直接采集与采样电路之间的IO口状态，通过IO口的状态即可确定是否存在起飞信号，也就是是否存在时标信号。主计算机通过接收端接收到来自时标产生电路的时标信号之后，通过敷设在各个子级运载火箭1的总线，将时标信号传输给其余子级运载火箭1的子计算机中。所有子计算机在接收到时标信号之后，进行对表，以该时标信号作为各个子级运载火箭1中工作设备起始工作的时间零点，进行时间同步处理。
当被同步设备不具备总线接口时，可以通过IO接口的形式接收箭载计算机提供的IO时标信号。
可选地，在本发明的一些实施例中，主计算机所在的子级运载火箭1中设置有主控制器和主终端设备，主计算机通过主控制器控制主终端设备。子计算机所在的子级运载火箭1中设置有子控制器和子终端设备，子计算机通过子控制器控制子终端设备。
主终端设备或/和子终端设备可以根据实际情况有选择的接入总线中，主终端设备或/和子终端设备至少部分需要连接到总线。
在多级运载火箭分离之后，由于各个子级运载火箭1均设置有子计算机和子终端设备，所以技术人员可以对分离之后降落至地面的子级运载火箭1进行回收分析数据，大大提升了多级运载火箭的生产效率，提高了多级运载火箭的发射过程中的容错率。
该时标分发***还包括滤波电路，滤波电路的输入端与采样电路连接，输出端与主计算机的接收端连接。采样电路采集到的时标信号进入滤波电路之后，滤波电路会对时标信号的干扰进行滤除。
由于多级运载火箭在起飞时，电连接器分离过程中或者线路受到干扰，使得时标信号存在信号抖动或干扰信号，可能使主计算机带来误判“起飞信号”有效，从而需要对时标信号进行滤除。此外，在采集软件设置滤波环节，起飞信号必须持续满足一定的时间宽度，才能给出有效时标信号，从而达到滤除干扰信号的目的。
如图6所示，该图为时标产生电路中隔离光耦输入端的信号波形示意图。在多级运载火箭未起飞时，隔离光耦输入端的信号为高电平，在起飞时，电连接器分离过程中或者线路受到干扰，使得时标信号存在信号抖动或干扰信号，使得信号波形出现不规则抖动。出现干扰信号时，该起飞信号无效。当电连接器分离过程中，出现信号抖动，此时需要经过预设时间Δt进行确认是否为起飞信号。当经过预设时间Δt之后，可以确认电连接器完全断开，此时第一电源停止为隔离光耦的输入端供电，隔离光耦输入端呈现低电平信号。
所以，在采用滤波电路时，可以将滤波时间设置为预设时间Δt，例如20ms，并且不小于两个控制周期时间，可以将起飞过程中电连接器分离或线路受到干扰导致的信号抖动或干扰信号进行滤除，从而避免误判。各设备接收到该时标信号后，扣除Δt，作为真实时标“零点”。
本发明通过设置滤波电路，可以滤除掉火箭起飞时，电连接器分离或线路受到干扰导致的信号抖动或干扰信号，确保获得的起飞信号可靠性较高。
可选地，在本发明的一些实施例中，该滤波电路可以通过设置软件进行滤波，如此可以通过滤除信号抖动或干扰信号，从而提高了起飞信号的准确性。
当然，还可以选用其他类型的滤波电路，能够起到滤波作用即可。本实施例仅仅是对滤波装置进行举例说明，并不加以限制，本领域技术人员可根据实际情况选取其他类型的滤波装置。
当跨舱段时，多个子级运载火箭1通过级间连接器6传输信号，主计算机和所有子计算机需要以接力的方式，转发“时标信号”，将大幅突破传输距离的限制。通过接力传输时标信号，最终实现多级运载火箭整体设备的时间同步。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种多级运载火箭的时标产生电路，其特征在于，包括：
电连接器，设置于地面与所述多级运载火箭之间，当多级运载火箭处于未起飞状态时，所述电连接器导通；当多级运载火箭起飞时，所述电连接器断开；
开关电路，所述开关电路的输入端通过电连接器连接至电源，第一输出端与采样电路连接，第二输出端接地。
2.根据权利要求1所述的时标产生电路，其特征在于，所述开关电路为三极管、MOS管以及隔离光耦(Q)中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的时标产生电路，其特征在于，所述开关电路为隔离光耦(Q)，所述隔离光耦(Q)的输入端正极与所述电源连接，输入端负极与接地端连接。
4.根据权利要求3所述的时标产生电路，其特征在于，还包括滤波电容(C)，所述滤波电容(C)的第一端与所述隔离光耦(Q)的输入端正极连接，第二端与所述隔离光耦(Q)的输入端负极连接。
5.根据权利要求3或4所述的时标产生电路，其特征在于，还包括整流二极管(D)，所述整流二极管(D)的正极与所述隔离光耦(Q)的输入端负极连接，负极与所述隔离光耦(Q)的输入端正极连接。
6.根据权利要求1所述的时标产生电路，其特征在于，所述电源包括第一电源(V1)和第二电源(V2)；所述第一电源(V1)通过所述电连接器与所述开关电路的输入端连接；所述第二电源(V2)连接至所述开关电路的输出端与所述采样电路之间。
7.一种多级运载火箭的时标分发***，其特征在于，包括：
如权利要求1-6任一项所述的时标产生电路；
总线，敷设于各个子级运载火箭(1)；所述多级运载火箭由多个所述子级运载火箭(1)组成，多个所述子级运载火箭(1)之间通过级间连接器(6)传递信号；
主计算机，设置于其中一个所述子级运载火箭(1)；所述主计算机的接收端与所述时标产生电路的所述采样电路连接，输出端与所述总线连接；
子计算机，设置于其余的所述子级运载火箭(1)；所述子计算机的接收端与所述总线连接。
8.根据权利要求7所述的时标分发***，其特征在于，
所述主计算机所在的所述子级运载火箭(1)中设置有主控制器和主终端设备，所述主计算机通过所述主控制器控制所述主终端设备；
所述子计算机所在的所述子级运载火箭(1)中设置有子控制器和子终端设备，所述子计算机通过所述子控制器控制所述子终端设备。
9.根据权利要求8所述的时标分发***，其特征在于，所述主终端设备或/和所述子终端设备至少部分连接到所述总线。
10.根据权利要求7-9任一项所述的时标分发***，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路的输入端与所述采样电路连接，输出端与所述主计算机的接收端连接。
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