一种应用于重型运载火箭的分布式动力测控系统

摘要

一种应用于重型运载火箭的分布式动力测控系统，针对重型运载火箭设计方案和射前测控需求而提出。其将现有运载火箭前端测控设备的功能分散到多个智能测控终端中，同时增加故障检测和定位功能，满足了重型运载火箭对动力测控系统在环境适应性、扩展性、快速性、实时性、可靠性和安全性方面的要求。本方案在火箭电气系统设计中属于首次应用。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于重型运载火箭的分布式动力测控系统，属于运载 火箭动力测控系统技术领域。

背景技术

地面动力测控系统是重型运载火箭的重要组成部分，是保证火箭动力正 常加注必不可少的关键系统。其主要功能是采用远距离测试和发控方式，对 发射中心的火箭动力系统实现测试、发控和部分手动应急控制功能，完成火 箭的分系统测试、综合测试、系统匹配测试、加注、发射及加注过程的检测 和报警任务。

重型运载火箭结构体积庞大，动力系统构成复杂，加注量和被控对象数 量成倍增加，要求的加注精度也更高，测量响应要更快，处理显示更加及时， 动力阀的控制也要更加精确。以上这些均对地面测控系统的可靠性、快速性、 实时性设计提出了新的要求。现有型号采用的集中式测控布局和基于VXI、 PLC、PXI的集中控制手段很难满足其对可靠性、实时性的需要，在系统扩 展能力、故障定位能力、结构优化能力上也存在很大问题。如果照搬目前的 测控体系，必将带来前端测控设备功能复杂、测控压力大、体积庞大、功耗 增加等问题，且电缆网的分支数、重量和长度成倍增长，必将降低整个系统 的可靠性。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种应用于重 型运载火箭的分布式动力测控系统，满足了重型运载火箭对动力测控系统在 环境适应性、扩展性、快速性、实时性、可靠性和安全性方面的要求。

本发明的技术解决方案是：

一种应用于重型运载火箭的分布式动力测控系统，包括智能测控终端模 块、云计算存储模块、网络通信模块、应用终端和远程协同模块；

智能测控终端模块采集被测控单元的状态，并将被测控单元状态和执行 情况经由LXI总线传输到网络通信模块；网络通信模块对LXI总线传输过来 的测控信息进编码处理，实现前后端通信，将数据送给云计算存储模块和远 程协同模块；云计算存储模块按照预先部署要求完成测控信息的判断、监控 与存储，将处理结果通过网络通信模块送给位于远端的应用终端，实现测控 过程的状态监控和人机交互。

所述智能测控终端模块包括：FPGA芯片、SoC芯片、BIT模块、LXI 模块和功率器件；

在SoC芯片控制下，FPGA芯片采集被测控单元的状态，根据被测控 单元的当前状态驱动功率器件完成对所述被测控单元相应的控制操作；

LXI模块用来与外部LXI总线通信，实现智能测控终端模块经由SoC芯 片与远端应用终端的信息交互，上传被测控单元状态信息，接收下发控制指 令并予以执行；BIT模块完成智能测控终端模块自身器件的检测和故障诊断， 其状态信息亦通过LXI模块上传远端应用终端。

所述BIT模块包括：主控模块、接口电路、信号采编单元和信号源；

主控模块与SoC连接，用于在所述智能测控终端模块启动时，按照预设自 检方案运行自检流程进行自检，通过接口电路向信号采编单元发出自检指令， 并控制信号源产生激励信号加到被测控单元中，驱动被测控单元产生相应的输 出；信号采编单元采集被测控单元的激励输出，并与标准信号进行比较，将结 果通过接口电路发送给主控模块；在所述智能测控终端模块连续工作后，连续 监测所述智能测控终端模块的自身器件的工作状态，并通过LXI总线向远端应 用终端发送BIT结果，实现在线监测系统状态。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

基于以上远程分布式测控体制，设计了用于重型运载火箭的动力测控 系统，满足了重型运载火箭测试与射前加注的需要。与现有运载火箭动力 测控系统相比，在环境适应性、扩展性、快速性、实时性方面均有较大提 升，可应用于不同型号的运载火箭，从根本上提高了动力测控系统的可靠 性与安全性，具有较高的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明系统架构示意图；

图2为本发明BIT模块实现框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示，动力测控系统体系可以分为感知层、传输层、应用层和远 程，构成“面向服务、面向应用”的分布式地面测控系统。

感知层是火箭发射过程中箭上设备、地面动力测控设备信息的采集以及 指令的控制终端，用以获取相关测试信息以及指令的输出。感知层各设备采 用分布式构架，融合SoC技术、LXI测控技术与BIT技术，形成以SoC为 处理核心、以FPGA为执行机构、以LXI总线为对外接口、以BIT增强自 主测试和故障定位能力的智能测控终端。对应火箭不同层级、不同功能、不 同位置的测控对象，分散放置若干智能测控终端，每个智能测控终端实现多 个相似参数的测量与节点的控制功能。智能测控终端相互之间连接采用可靠 性、实时性更高、更加易于布线的数字总线体制，并接入传输层高性能网络， 实现分布式的测控解决方案。

传输层是火箭地面测发控过程中的通信平台，完成测发控信息的传输、 处理、存储与计算，采用先进光纤通信技术、LXI高速总线技术以及作为备 保手段的无线通讯技术构建高可靠性、高性能的服务网络，主要由高速网络 通信平台、云计算、云存储平台构成。综合采用以上技术手段，可以确保发 射场前后端实现可靠通信，同时支持接入专用网络，实现远程异地协同。

应用层是火箭地面测控的使用终端，完成动力测控过程中的各种应用， 如指挥控制、状态浏览、健康管理、信息综合应用、远程协同管理等。主要 由动力测控工作终端、动力测控浏览终端、外系统浏览终端、动力测控健康 管理工作终端、信息综合管理应用终端等组成，其中浏览终端采用手持式设 备，便于处于不同位置的操作人员随时了解系统状态，参与决策。

在该分布式动力测控系统中，智能测控终端处于系统前端，尽可能靠近 被控对象放置，用于完成被控对象的测控工作。其组成见图1。系统工作时， 在SoC控制下，每一智能测控终端独立完成测控工作，即采集被控对象的 状态进行处理和判断，通过FPGA驱动功率器件完成相应的控制操作；同时 也可通过高速LXI总线实现与应用层指挥控制终端的信息交互，上传测量结 果与处理信息，接受下发控制指令并予以执行。

为提高系统的测试性、维修性，提高测试效率，缩短排故时间，在智能 测控终端中整合BIT模块完成系统或设备自身器件的检测和故障诊断，形成 一个包含智能BIT技术的智能单元，在智能测控终端启动时以及工作中，对 自身工作状态进行连续监测，并将监测结果通过LXI总线送到位于应用层的 系统健康管理应用终端。

综上，如图1所示，本发明提供的一种应用于重型运载火箭的分布式动 力测控系统，包括智能测控终端模块、云计算存储模块、网络通信模块、应 用终端和远程协同模块；

智能测控终端模块采集被测控单元的状态，并将被测控单元状态和执行 情况经由LXI总线传输到网络通信模块；网络通信模块对LXI总线传输过来 的测控信息进编码处理，实现前后端通信，将数据送给云计算存储模块和远 程协同模块；云计算存储模块按照预先部署要求完成测控信息的判断、监控 与存储，将处理结果通过网络通信模块送给位于远端的应用终端，实现测控 过程的状态监控和人机交互。

智能测控终端模块包括：FPGA芯片、SoC芯片、BIT模块、LXI模块 和功率器件；在SoC芯片控制下，FPGA芯片采集被测控单元的状态，根 据被测控单元的当前状态驱动功率器件完成对所述被测控单元相应的控制 操作；LXI模块用来与外部LXI总线通信，实现智能测控终端模块经由SoC 芯片与远端应用终端的信息交互，上传被测控单元状态信息，接收下发控制 指令并予以执行；BIT模块完成智能测控终端模块自身器件的检测和故障诊 断，其状态信息亦通过LXI模块上传远端应用终端。

图2所示表示了智能测控终端中BIT原理组成。BIT模块包括：主控模 块、接口电路、信号采编单元和信号源；

主控模块与SoC连接，用于在所述智能测控终端模块启动时，按照预 设自检方案运行自检流程进行自检，通过接口电路向信号采编单元发出自检 指令，并控制信号源产生激励信号加到被测控单元中，驱动被测控单元产生 相应的输出；信号采编单元采集被测控单元的激励输出，并与标准信号进行 比较，将结果通过接口电路发送给主控模块；在所述智能测控终端模块连续工 作后，连续监测所述智能测控终端模块的自身器件的工作状态，并通过LXI总 线向远端应用终端发送BIT结果，实现在线监测系统状态。

智能测控终模块端采用LXI总线接口，通过LXI总线与网络层设备连 接。与传统总线相比，LXI总线基于以太网标准，采用标准的以太网接口传 输数据，使LXI测控节点不受节点和距离的限制；以太网基础设施易于架设 和配置管理，传输速度也在不断增加，在提高系统性能的同时有利于接入高 速网络，实现快速传送以及异地协同。在此基础上，需要远程控制数据采集 时，可以采用IEEEl588定时和同步测量，实现从不同地点的远程控制、精 确测量有利于运载火箭测发控过程中的精确测量与控制。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。