一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)，針對重型運載火箭設計方案和射前測控需求而提出。其將現有運載火箭前端測控設備的功能分散到多個智能測控終端中，同時增加故障檢測和定位功能，滿足了重型運載火箭對動力測控系統(tǒng)在環(huán)境適應性、擴展性、快速性、實時性、可靠性和安全性方面的要求。本方案在火箭電氣系統(tǒng)設計中屬于首次應用。
【專利說明】—種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)，屬于運載火箭動力測控系統(tǒng)【技術領域】。
【背景技術】
[0002]地面動力測控系統(tǒng)是重型運載火箭的重要組成部分，是保證火箭動力正常加注必不可少的關鍵系統(tǒng)。其主要功能是采用遠距離測試和發(fā)控方式，對發(fā)射中心的火箭動力系統(tǒng)實現測試、發(fā)控和部分手動應急控制功能，完成火箭的分系統(tǒng)測試、綜合測試、系統(tǒng)匹配測試、加注、發(fā)射及加注過程的檢測和報警任務。
[0003]重型運載火箭結構體積龐大，動力系統(tǒng)構成復雜，加注量和被控對象數量成倍增力口，要求的加注精度也更高，測量響應要更快，處理顯示更加及時，動力閥的控制也要更加精確。以上這些均對地面測控系統(tǒng)的可靠性、快速性、實時性設計提出了新的要求?，F有型號采用的集中式測控布局和基于VX1、PLC、PXI的集中控制手段很難滿足其對可靠性、實時性的需要，在系統(tǒng)擴展能力、故障定位能力、結構優(yōu)化能力上也存在很大問題。如果照搬目前的測控體系，必將帶來前端測控設備功能復雜、測控壓力大、體積龐大、功耗增加等問題，且電纜網的分支數、重量和長度成倍增長，必將降低整個系統(tǒng)的可靠性。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供了一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)，滿足了重型運載火箭對動力測控系統(tǒng)在環(huán)境適應性、擴展性、快速性、實時性、可靠性和安全性方面的要求。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案是:
[0006]一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)，包括智能測控終端模塊、云計算存儲模塊、網絡通信模塊、應用終端和遠程協(xié)同模塊；
[0007]智能測控終端模塊采集被測控單元的狀態(tài)，并將被測控單元狀態(tài)和執(zhí)行情況經由LXI總線傳輸到網絡通信模塊；網絡通信模塊對LXI總線傳輸過來的測控信息進編碼處理，實現前后端通信，將數據送給云計算存儲模塊和遠程協(xié)同模塊；云計算存儲模塊按照預先部署要求完成測控信息的判斷、監(jiān)控與存儲，將處理結果通過網絡通信模塊送給位于遠端的應用終端，實現測控過程的狀態(tài)監(jiān)控和人機交互。
[0008]所述智能測控終端模塊包括:FPGA芯片、SoC芯片、BIT模塊、LXI模塊和功率器件；
[0009]在SoC芯片控制下，FPGA芯片采集被測控單元的狀態(tài)，根據被測控單元的當前狀態(tài)驅動功率器件完成對所述被測控單元相應的控制操作；
[0010]LXI模塊用來與外部LXI總線通信，實現智能測控終端模塊經由SoC芯片與遠端應用終端的信息交互，上傳被測控單元狀態(tài)信息，接收下發(fā)控制指令并予以執(zhí)行；BIT模塊完成智能測控終端模塊自身器件的檢測和故障診斷，其狀態(tài)信息亦通過LXI模塊上傳遠端應用終端。
[0011]所述BIT模塊包括:主控模塊、接口電路、信號采編單元和信號源；
[0012]主控模塊與SoC連接，用于在所述智能測控終端模塊啟動時，按照預設自檢方案運行自檢流程進行自檢，通過接口電路向信號采編單元發(fā)出自檢指令，并控制信號源產生激勵信號加到被測控單元中，驅動被測控單元產生相應的輸出；信號采編單元采集被測控單元的激勵輸出，并與標準信號進行比較，將結果通過接口電路發(fā)送給主控模塊；在所述智能測控終端模塊連續(xù)工作后，連續(xù)監(jiān)測所述智能測控終端模塊的自身器件的工作狀態(tài)，并通過LXI總線向遠端應用終端發(fā)送BIT結果，實現在線監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。
[0013]本發(fā)明與現有技術相比的有益效果是:
[0014]基于以上遠程分布式測控體制，設計了用于重型運載火箭的動力測控系統(tǒng)，滿足了重型運載火箭測試與射前加注的需要。與現有運載火箭動力測控系統(tǒng)相比，在環(huán)境適應性、擴展性、快速性、實時性方面均有較大提升，可應用于不同型號的運載火箭，從根本上提高了動力測控系統(tǒng)的可靠性與安全性，具有較高的社會效益和經濟效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明系統(tǒng)架構示意圖；
[0016]圖2為本發(fā)明BIT模塊實現框圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行進一步的詳細描述。
[0018]如圖1所示，動力測控系統(tǒng)體系可以分為感知層、傳輸層、應用層和遠程，構成“面向服務、面向應用”的分布式地面測控系統(tǒng)。
[0019]感知層是火箭發(fā)射過程中箭上設備、地面動力測控設備信息的采集以及指令的控制終端，用以獲取相關測試信息以及指令的輸出。感知層各設備采用分布式構架，融合SoC技術、LXI測控技術與BIT技術，形成以SoC為處理核心、以FPGA為執(zhí)行機構、以LXI總線為對外接口、以BIT增強自主測試和故障定位能力的智能測控終端。對應火箭不同層級、不同功能、不同位置的測控對象，分散放置若干智能測控終端，每個智能測控終端實現多個相似參數的測量與節(jié)點的控制功能。智能測控終端相互之間連接采用可靠性、實時性更高、更加易于布線的數字總線體制，并接入傳輸層高性能網絡，實現分布式的測控解決方案。
[0020]傳輸層是火箭地面測發(fā)控過程中的通信平臺，完成測發(fā)控信息的傳輸、處理、存儲與計算，采用先進光纖通信技術、LXI高速總線技術以及作為備保手段的無線通訊技術構建高可靠性、高性能的服務網絡，主要由高速網絡通信平臺、云計算、云存儲平臺構成。綜合采用以上技術手段，可以確保發(fā)射場前后端實現可靠通信，同時支持接入專用網絡，實現遠程異地協(xié)同。
[0021]應用層是火箭地面測控的使用終端，完成動力測控過程中的各種應用，如指揮控制、狀態(tài)瀏覽、健康管理、信息綜合應用、遠程協(xié)同管理等。主要由動力測控工作終端、動力測控瀏覽終端、外系統(tǒng)瀏覽終端、動力測控健康管理工作終端、信息綜合管理應用終端等組成，其中瀏覽終端采用手持式設備，便于處于不同位置的操作人員隨時了解系統(tǒng)狀態(tài)，參與決策。[0022]在該分布式動力測控系統(tǒng)中，智能測控終端處于系統(tǒng)前端，盡可能靠近被控對象放置，用于完成被控對象的測控工作。其組成見圖1。系統(tǒng)工作時，在SoC控制下，每一智能測控終端獨立完成測控工作，即采集被控對象的狀態(tài)進行處理和判斷，通過FPGA驅動功率器件完成相應的控制操作；同時也可通過高速LXI總線實現與應用層指揮控制終端的信息交互，上傳測量結果與處理信息，接受下發(fā)控制指令并予以執(zhí)行。
[0023]為提高系統(tǒng)的測試性、維修性，提高測試效率，縮短排故時間，在智能測控終端中整合BIT模塊完成系統(tǒng)或設備自身器件的檢測和故障診斷，形成一個包含智能BIT技術的智能單元，在智能測控終端啟動時以及工作中，對自身工作狀態(tài)進行連續(xù)監(jiān)測，并將監(jiān)測結果通過LXI總線送到位于應用層的系統(tǒng)健康管理應用終端。
[0024]綜上，如圖1所示，本發(fā)明提供的一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)，包括智能測控終端模塊、云計算存儲模塊、網絡通信模塊、應用終端和遠程協(xié)同模塊；
[0025]智能測控終端模塊采集被測控單元的狀態(tài)，并將被測控單元狀態(tài)和執(zhí)行情況經由LXI總線傳輸到網絡通信模塊；網絡通信模塊對LXI總線傳輸過來的測控信息進編碼處理，實現前后端通信，將數據送給云計算存儲模塊和遠程協(xié)同模塊；云計算存儲模塊按照預先部署要求完成測控信息的判斷、監(jiān)控與存儲，將處理結果通過網絡通信模塊送給位于遠端的應用終端，實現測控過程的狀態(tài)監(jiān)控和人機交互。
[0026]智能測控終端模塊包括:FPGA芯片、SoC芯片、BIT模塊、LXI模塊和功率器件；在SoC芯片控制下，FPGA芯片采集被測控單元的狀態(tài)，根據被測控單元的當前狀態(tài)驅動功率器件完成對所述被測控單元相應的控制操作；LXI模塊用來與外部LXI總線通信，實現智能測控終端模塊經由SoC芯片與遠端應用終端的信息交互，上傳被測控單元狀態(tài)信息，接收下發(fā)控制指令并予以執(zhí)行；BIT模塊完成智能測控終端模塊自身器件的檢測和故障診斷，其狀態(tài)信息亦通過LXI模塊上傳遠端應用終端。
[0027]圖2所示表示了智能測控終端中BIT原理組成。BIT模塊包括:主控模塊、接口電路、信號采編單元和信號源；
[0028]主控模塊與SoC連接，用于在所述智能測控終端模塊啟動時，按照預設自檢方案運行自檢流程進行自檢，通過接口電路向信號采編單元發(fā)出自檢指令，并控制信號源產生激勵信號加到被測控單元中，驅動被測控單元產生相應的輸出；信號采編單元采集被測控單元的激勵輸出，并與標準信號進行比較，將結果通過接口電路發(fā)送給主控模塊；在所述智能測控終端模塊連續(xù)工作后，連續(xù)監(jiān)測所述智能測控終端模塊的自身器件的工作狀態(tài)，并通過LXI總線向遠端應用終端發(fā)送BIT結果，實現在線監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。
[0029]智能測控終模塊端采用LXI總線接口，通過LXI總線與網絡層設備連接。與傳統(tǒng)總線相比，LXI總線基于以太網標準，采用標準的以太網接口傳輸數據，使LXI測控節(jié)點不受節(jié)點和距離的限制；以太網基礎設施易于架設和配置管理，傳輸速度也在不斷增加，在提高系統(tǒng)性能的同時有利于接入高速網絡，實現快速傳送以及異地協(xié)同。在此基礎上，需要遠程控制數據采集時，可以采用IEEE1588定時和同步測量，實現從不同地點的遠程控制、精確測量有利于運載火箭測發(fā)控過程中的精確測量與控制。
[0030]本發(fā)明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
【權利要求】
1.一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)，其特征在于包括智能測控終端模塊、云計算存儲模塊、網絡通信模塊、應用終端和遠程協(xié)同模塊； 智能測控終端模塊采集被測控單元的狀態(tài)，并將被測控單元狀態(tài)和執(zhí)行情況經由LXI總線傳輸到網絡通信模塊；網絡通信模塊對LXI總線傳輸過來的測控信息進編碼處理，實現前后端通信，將數據送給云計算存儲模塊和遠程協(xié)同模塊；云計算存儲模塊按照預先部署要求完成測控信息的判斷、監(jiān)控與存儲，將處理結果通過網絡通信模塊送給位于遠端的應用終端，實現測控過程的狀態(tài)監(jiān)控和人機交互。
2.根據權利要求1所述的一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)，其特征在于:所述智能測控終端模塊包括=FPGA芯片、SoC芯片、BIT模塊、LXI模塊和功率器件； 在SoC芯片控制下，FPGA芯片采集被測控單元的狀態(tài)，根據被測控單元的當前狀態(tài)驅動功率器件完成對所述被測控單元相應的控制操作； LXI模塊用來與外部LXI總線通信，實現智能測控終端模塊經由SoC芯片與遠端應用終端的信息交互，上傳被測控單元狀態(tài)信息，接收下發(fā)控制指令并予以執(zhí)行；BIT模塊完成智能測控終端模塊自身器件的檢測和故障診斷，其狀態(tài)信息亦通過LXI模塊上傳遠端應用終端。
3.根據權利要求2所述的一種應用于重型運載火箭的分布式動力測控系統(tǒng)，其特征在于:所述BIT模塊包括:主控模塊、接口電路、信號采編單元和信號源； 主控模塊與SoC連接，用于在所述智能測控終端模塊啟動時，按照預設自檢方案運行自檢流程進行自檢，通過接口電路向信號采編單元發(fā)出自檢指令，并控制信號源產生激勵信號加到被測控單元中，驅動被測控單元產生相應的輸出；信號采編單元采集被測控單元的激勵輸出，并與標準信號進行比較，將結果通過接口電路發(fā)送給主控模塊；在所述智能測控終端模塊連續(xù)工作后，連續(xù)監(jiān)測所述智能測控終端模塊的自身器件的工作狀態(tài)，并通過LXI總線向遠端應用終端發(fā)送BIT結果，實現在線監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)。
【文檔編號】G05B19/418GK103592912SQ201310525202
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權日:2013年10月30日
【發(fā)明者】竇振飛, 羅一丹, 李茂 , 徐晨, 安雪巖, 劉巧珍 申請人:北京宇航系統(tǒng)工程研究所, 中國運載火箭技術研究院