一种火箭测发控系统及测试仿真方法与流程

1.本技术涉及固体运载火箭发射技术领域，更具体地，涉及一种火箭测发控系统及测试仿真方法。


背景技术：

2.固体运载火箭测发控系统在固体火箭地面设备中的重要地位体现在固体火箭的设计、生产、试验、测试、发射的整个流程中。
3.火箭从舱段至全箭的总装到全箭出厂及实施发射，每一个环节都需要利用测发控系统对其性能进行检查和测试。测发控系统是火箭控制系统性能检验与优化设计的重要手段，控制系统各分系统、全系统的反复地面试验，都离不开测发控系统对它的参数测试和性能验证，并将试验的数据与结果，作为验证和修改控制系统设计的重要依据。高性能的火箭测发控系统，能够快速准确地测出火箭性能，在选定的发射窗口及时地对性能合格的火箭实施发射。近年来，国家陆续发布政策，助力航天商业化，引导商业航天规范有序发展，促进商业运载火箭技术创新。当前商业航天处于起步阶段，随着商业航天的逐步发展，竞争也越来越激烈，由于固体运载火箭采用固体发动机，不需要在临射前加注燃料，自身具有机动发射的优势，但为最大的发挥其快速机动发射的优势，配备的测发控系统就需求集成化高、设备少、功能多、机动性好、发射前准备时间短、撤收速度快、故障率低。
4.另外，测发控系统使用的设备复杂，费用昂贵，运行环境严酷，因此设备的寿命至关重要，高的可靠性和可维修性成为系统设计的重要目标。在测试发控系统中,可靠性是关键问题。可靠性工程的重点是通过数据分析定量评估产品。的可靠性,由此得到的信息作为预防.发现和纠正可靠性设计及元器件、材料和工艺等方面缺陷的参考。因而,通过分析所得到的运载火箭发射实验及实际使用现场的寿命周期的各阶段数据,进一步改进设计，可使产品的质量与可靠性水平不断提高。


技术实现要素：

5.针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种火箭测发控系统及测试仿真方法，同时具备测试，实时仿真与无线通讯功能，通用性强，集成化高。
6.为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种火箭测发控系统，该系统包括测试与仿真控制仪；其中，所述测试与仿真控制仪包括测试控制仪和仿真控制仪；
7.所述测试控制仪用于对火箭初测试以及仿真前预测试，所述火箭初测试至少包括：发送自检指令至火箭各设备，以确保火箭各设备后续的正常工作，以及发送复位指令至火箭各设备，完成火箭初始化；所述仿真前预测试至少包括：对火箭各设备工作链路进行检查；
8.所述仿真控制仪用于火箭全流程仿真，至少包括：发送对时信号至火箭进行箭地对时、发送零秒信号至火箭进行火箭模拟起飞、采集火箭模拟飞行时的飞行数据以及监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能是否正常。
9.进一步的，上述火箭测发控系统，所述仿真控制仪包括惯性装置模拟器与仿真实验装置；
10.所述惯性装置模拟器用于采集所述火箭模拟飞行时的飞行数据，并将所述飞行数据转换为惯组脉冲数；
11.所述仿真实验装置用于监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能是否正常，至少包括监测各级发动机点火控制功能、火工品起爆控制功能、各级电池激活控制功能、整流罩分离功能以及卫星分离功能是否正常。
12.进一步的，上述火箭测发控系统，还包括主控计算机，所述主控计算机用于输出控制指令至所述测试与仿真控制仪，以实现所述测试与仿真控制仪的测试与仿真功能；所述主控计算机还用于计算、装订、校对火箭参数文件；以及，识别、解析所述惯组脉冲数，以判断所述火箭飞行数据是否正常。
13.进一步的，上述火箭测发控系统，还包括测发控电源，所述测发控电源包含两台程控电源，所述程控电源包括第一输出端、第一模拟输出端与第二输出端；其中，第一输出端用于火箭单机供电，第一模拟输出端用于模拟火箭电池供电，第二输出端用于所述测发控系统各单机供电以及预留供电。
14.进一步的，上述火箭测发控系统，所述测发控电源还包括故障指示灯和电源显示界面，用于诊断所述测发控系统与火箭各设备供电与漏电情况，并通过所述故障指示灯与电源显示界面快速定位故障。
15.进一步的，上述火箭测发控系统，还包括加固交换机，所述加固交换机包括多个自适应以太网口，分别与所述测试与仿真控制仪、测发控电源通过以太网连接通信，实现无线通讯功能。
16.进一步的，上述火箭测发控系统，还包括无线终端，所述无线终端包括第一无线终端与第二无线终端，所述第一无线终端与所述加固交换机相连，所述第二无线终端与所述主控计算机相连，两者用于所述火箭测发控系统间的数据的采集与传输。
17.进一步的，上述火箭测发控系统，所述测发控系统安装在运输发射车上，或者安装在综合测发控车上。
18.按照本发明的第二个方面，还提供了一种测试仿真方法，其包括以下步骤：
19.对火箭各设备进行初测试，火箭根据接收的自检指令进行各设备的自检，以确保火箭各设备后续的正常工作；完成所述自检后，火箭根据接收的复位指令进行各设备的复位，完成火箭初始化；
20.计算火箭参数得到第一参数文件并装订至火箭得到第二参数文件，将所述第一参数文件与第二参数文件校对，以确保火箭参数装订正常；
21.对火箭各设备进行仿真前预测试，对火箭各设备工作链路进行检查；
22.执行全流程仿真，火箭根据接收的对时信号进行箭地对时，根据接收的零秒信号进行火箭模拟起飞，并采集火箭模拟飞行时的飞行数据以及监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能是否正常。
23.进一步的，上述测试仿真方法，所述采集火箭模拟飞行时的飞行数据具体包括：采集所述火箭模拟飞行时的飞行数据，并将所述飞行数据转换为惯组脉冲数，识别、解析所述惯组脉冲数，以判断所述火箭飞行数据是否正常；
24.所述监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能是否正常具体包括：监测各级发动机点火控制功能、火工品起爆控制功能、各级电池激活控制功能、整流罩分离功能以及卫星分离功能是否正常。
25.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
26.(1)本发明提供的一种火箭测发控系统及测试仿真方法，该测发控系集测试与仿真于一体，通过测试与仿真控制仪完成火箭初测试与仿真前预测试，对火箭进行自检并检测火箭工作链路以保证火箭各设备的正常运行，同时实现火箭的全流程仿真，通过模拟火箭起飞、采集分析火箭模拟飞行时飞行数据、监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能来充分验证火箭时序的正确性以及检测飞行过程中各单机的功能是否满足设计要求。
27.(2)本发明提供的一种火箭测发控系统及测试仿真方法，采用加固计算机连接该测发控系统各设备，加固计算机设置多个自适应以太网端口，实现远距离无线通信功能，无线通信支持tcp/ip协议，组网ip配置完成后，后续无需重新设置，上电后短时间内就能实现自动连接。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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。
29.图1为本技术实施例提供的一种火箭测发控系统的结构示意图；
30.图2为本技术实施例提供的测发控电源的供电示意图；
31.图3为本技术实施例提供的加固交换机外形示意图；
32.图4为本技术实施例提供的加固交换机外形无线终端结构示意图；
33.图5为本技术实施例提供的测试仿真方法步骤示意图。
具体实施方式
34.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，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
35.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
36.一方面，本实施例提供了一种火箭测发控系统，图1为本实施例提供的一种火箭测发控系统的结构示意图，请参阅图1，该系统包括测试与仿真控制仪；其中，测试与仿真控制仪包括测试控制仪和仿真控制仪；测试控制仪用于对火箭初测试以及仿真前预测试，火箭初测试至少包括：发送自检指令至火箭各设备，以确保火箭各设备后续的正常工作，以及发
送复位指令至火箭各设备，完成火箭初始化；仿真前预测试至少包括：对火箭各设备工作链路进行检查；
37.仿真控制仪包括惯性装置模拟器与仿真实验装置，用于火箭全流程仿真；其中，惯性装置模拟器用于采集火箭模拟飞行时的飞行数据，并将飞行数据转换为惯组脉冲数；仿真实验装置用于监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能是否正常，至少包括监测各级发动机点火控制功能、火工品起爆控制功能、各级电池激活控制功能、整流罩分离功能以及卫星分离功能是否正常。
38.在一个具体的示例中，测试与仿真控制仪设置开关量输入板、开关量输出板、ad转换板以及两路can总线接口；其中，开关量输入板与开关量输出板作为开关量控制输出复位指令、零秒指令等，火箭接收到复位指令完成火箭的初始化，火箭接收到零秒指令实现零秒功能；通过ad转换板监测主干电路各电压参数、采集火工品管理信号，用于火箭各设备工作链路的检查；两路can总线接口用于与火箭进行通讯实现数据的传输，最大速率可达到1mbit/s。另外，测试控制仪通过继电器对火箭实施配电、断电、转电断电控制，实现对箭上安全控制机构转换控制，并且具备紧急断电按钮、紧急断电指令以及解保控制逻辑电路，保证火箭的安全性能。
39.在一个具体的示例中，仿真控制仪为特制的工控机，设置处理器、can总线接口板、时钟同步板、4槽pxi总线机箱以及仿真相应软件，用于对火箭实施多个状态的自动化循环仿真。
40.在本实施例中，火箭测发控系统还包括主控计算机，主控计算机用于输出控制指令至测试与仿真控制仪，以实现测试与仿真控制仪的测试与仿真功能；以及，识别、解析由仿真控制仪转换的惯组脉冲数，以判断所述火箭飞行数据是否正常；主控计算机还用于计算、装订、校对火箭参数文件，具体的，主控计算机对火箭参数进行诸元计算得到第一参数文件并装订至火箭计算机得到第二参数文件，将所述第一参数文件与第二参数文件校对，以确保参数装订正常。其中，火箭参数至少包括：惯性装置参数文件、火箭目标点参数文件、火箭配置参数、发射点参数、压力传感器参数以及载荷参数；以及，识别、解析所述惯组脉冲数，以判断所述火箭飞行数据是否正常。
41.另外，主控计算机至少还包括一个以上10/100/1000m自适应以太网口用于与其他设备进行无线通讯。主控计算机内置可充电锂电池为其供电，当然还可以采用220v市电供电、28v直流供电两种自适应供电模式，本实施例不做具体限制。
42.作为一个优选的实施例，火箭测发控系统还包括测发控电源，图2为本技术实施例提供的测发控电源的供电示意图，请参阅图2，测发控电源包含两台ac/dc程控电源，该电源可输入380v交流电源/520v直流电源；第一台程控电源包括第一输出端a1端口、第一模拟输出端模拟a1端口与第二输出端c1端口；第二台程控电源包括第一输出端b1端口、第一模拟输出端模拟b1端口与第二输出端c2端口；其中，第一输出端a1端口与b1端口为火箭单机供电，第一模拟输出端模拟a1端口与模拟b1端口用于模拟火箭电池供电，第二输出端c1端口为测发控系统各单机供电，第二输出端c2端口作为预留供电。
43.进一步地，测发控电源还包括故障指示灯和电源显示界面，用于诊断测发控系统与火箭各设备供电与漏电情况，并通过所述故障指示灯与电源显示界面快速定位故障；测发控电源可以诊断测发控系统及火箭各设备供电正端或负端与机壳之间供电与漏电情况，
其通过故障码与故障指示灯快速定位过压、过流、欠压等故障；电源显示界面可以显示电源各路输出电压、电流、温度、故障码等。另外，主控计算机可通过以太网实时查看电源相关参数信息，并采用软件通过测试与仿真控制仪控制测发控电源供电与断电。
44.作为一个优选的实施例，火箭测发控系统还包括加固交换机，图3为本技术实施例提供的加固交换机外形示意图，请参阅图3，加固交换机包括多个自适应以太网口，分别与上述测试与仿真控制仪、测发控电源通过以太网连接通信，实现无线通讯功能。
45.在一个具体的实施例中，加固交换机包括16个10/100m自适应以太网端口与2个10/100/1000m自适应以太网端口，各以太网端口均支持全双工/半双工自适应传输模式。加固交换机采用存储－转发交换方式，16个10/100m自适应端口(fe端口)和2个10/100/1000m自适应端口(ge端口)能够无阻塞交换。
46.进一步地，火箭测发控系统还包括无线终端，用于火箭测发控系统间的数据远程采集和控制；图4为本技术实施例提供的无线终端结构示意图，请参阅图3，无线终端包含供电开关、系统指示灯、网络指示灯电源、复位开关、天线、供电航插接口以及网口，信道带宽实现5/10/20mhz可调节，输出功率为1w，传输速率最大为80mbps，通讯距离不小于10km，采用5v直流电供电，具有过电流、过电压保护功能，其重量小于2.5kg，支持tcp/ip协议，组网ip配置完成后，下次无需重新设置，开机快速启动。上电20s即可成功加入网格网络。并且，无线终端包含第一无线终端q与第二无线终端h；其中，第一无线终端q与上述加固交换机相连，第二无线终端h与上述主控计算机相连，实现火箭测发控系统间的数据的采集与传输。请参阅图1，第一无线终端q作为前端设备安装布局在发射车上，第二无线终端h作为远端设备，布局在火箭发射安全距离外，在启动正式发射时通过无线通信，远程控制发射车上第一无线终端q。
47.作为一个优选的实施例，上述测发控系统可以安装在运输发射车上，或者安装在综合测发控车上。测发控系统各设备之间以及与火箭的电气连接形成了地面电缆网，地面电缆网的连接电缆长度可根据综合测发控车距火箭的安全距离进行适应性调整，而且不影响测发控系统与火箭的相关测试、通讯，满足安全发射要求。
48.火箭测发控系统对火箭进行测试与仿真的过程包括以下步骤：
49.步骤一，状态准备，测发控系统形成的地面电缆网中的点火脱插电缆、模拟电池供电电缆、仿真试验电缆等与火箭建立连接；测发控系统通过无线网与以太网与可视化演示平台对接，实现测试与仿真全过程实时可视化演示；
50.步骤二，火箭初测试，测发控系统对火箭进行检漏电(绝缘电阻检查),确保火箭电源通路正常；测发控系统对火箭各设备，例如惯性装置、电磁阀、测控通信系统、箭上计算机、舵机、各类控制器等进行配电、断电检查，检查过程中，测发控电源根据采集的电压、电流，自动判别箭上设备配电、断电是否正常；测发控系统给火箭上各设备发送自检指令，并接收火箭反馈的自检信息进行实时显示；测试与仿真控制仪对固体发动机及火工品工作链路检查；自检合格后给火箭发送复位指令，完成火箭初始化；
51.步骤三，参数处理，主控计算机对火箭参数进行诸元计算得到第一参数文件并通过测试与仿真控制仪的can总线装订至火箭计算机得到第二参数文件，由测试与仿真控制仪读取第二参数文件，将第一参数文件与第二参数文件校对，以确保参数装订正常。其中，火箭参数至少包括：惯性装置参数文件、火箭目标点参数文件、火箭配置参数、发射点参数、
压力传感器参数以及载荷参数；
52.步骤四，仿真前预测试，对火箭各设备工作链路进行检查以确保全流程仿真前火箭各控制器、姿控系统、箭上计算机、惯性装置天基测控模块、发动机及火工品链路、卫星控制线路等工作正常；同时确保测发控系统能够正常收到遥测数据，天基测控数据正常转发和接收，便于后续仿真时，验证火箭测控通信系统、天基测控系统功能正常；
53.步骤五，全流程仿真，在火箭模拟起飞前，测发控系统给火箭发送箭地对时信号并进行对时，对火箭进行模拟配电供电，姿控系统气路、液路阀模拟起爆之后，等待预定发射时间到后，测发控系统发送零秒信号至火箭进行模拟起飞；在火箭模拟起飞后，仿真控制仪的惯性装置模拟器采集火箭模拟飞行时的飞行数据并将飞行数据转换为惯组脉冲数(根据惯性装置工具误差补偿系数，将飞行数据即箭体系加速度和角速度信息转换为火箭计算机飞控软件可识别解析的惯组脉冲数)，同时仿真控制仪的北斗模拟装置利用相关数学算法模拟真实北斗的信息输出模拟北斗信息与北斗导航信息；以及，监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能是否正常，至少包括监测各级发动机点火控制功能、火工品起爆控制功能、各级电池激活控制功能、整流罩分离功能以及卫星分离功能是否正常。
54.另一方面，本实施例还提供了一种测试仿真方法，图5为本技术实施例提供的测试仿真方法步骤示意图，请参阅图5，该方法主要包括以下步骤：
55.(1)对火箭各设备进行初测试，火箭根据接收的自检指令进行各设备的自检，以确保火箭各设备后续的正常工作；完成所述自检后，火箭根据接收的复位指令进行各设备的复位，完成火箭初始化；
56.(2)计算火箭参数得到第一参数文件并装订得到第二参数文件，将所述第一参数文件与第二参数文件校对，以确保参数装订正常；
57.具体的，对火箭参数进行诸元计算得到第一参数文件并装订至火箭计算机得到第二参数文件，将所述第一参数文件与第二参数文件校对，以确保参数装订正常。其中，火箭参数至少包括：惯性装置参数文件、火箭目标点参数文件、火箭配置参数、发射点参数、压力传感器参数以及载荷参数；
58.(3)对火箭各设备进行仿真前预测试，对火箭各设备工作链路进行检查；(4)执行全流程仿真，火箭根据接收的对时信号进行箭地对时，根据接收的零秒信号进行火箭模拟起飞，并采集火箭模拟飞行时的飞行数据以及监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能是否正常。
59.其中，采集火箭模拟飞行时的飞行数据具体包括：采集火箭模拟飞行时的飞行数据，并将飞行数据转换为惯组脉冲数，识别、解析所述惯组脉冲数，以判断所述火箭飞行数据是否正常；监测火箭模拟飞行时火箭各级控制功能是否正常具体包括：监测各级发动机点火控制功能、火工品起爆控制功能、各级电池激活控制功能、整流罩分离功能以及卫星分离功能等是否正常。
60.通过上述步骤，采用火箭测发控系统同时实现测试与仿真的功能，能够充分验证火箭时序的正确性以及检测飞行过程中各单机的功能是否满足设计要求。
61.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本技术并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本技术，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知
悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
62.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
63.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
64.以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。
65.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
66.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。