一种小型化高可靠弹载无线发射控制器的制作方法

本发明涉及一种小型化高可靠弹载无线发射控制器，属于测试发射控制领域。

背景技术：

传统导弹/火箭通常采用有线测试发控系统，通过弹地脱插电缆进行测试指令发送、测试状态接收等。由于火箭与地面设备之间通常有一定距离，且电缆设计时需要采取降额、冗余等可靠性设计措施，导致箭地电缆的尺寸、重量通常较大，给导弹/火箭小型化设计及快速测试发射带来的一定困难。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种小型化高可靠弹载无线发射控制器，解决导弹/火箭载控制设备有线连接方式系统复杂，且无法快速进行发射流程的问题，能提高通信可靠性。

本发明的技术解决方案是：

一种小型化高可靠弹载无线发射控制器，包括滤波模块、射频收发模块a、射频收发模块b、数据处理模块及接口模块；

滤波模块：通过天线接收地面信号，对其进行滤波处理，将滤波信号分成两路，分别输出给射频收发模块a和射频收发模块b；接收来自射频收发模块a和射频收发模块b的功率信号，对其进行带外滤波，将滤波后的信号通过天线发送到地面设备；

射频收发模块a和射频收发模块b互为备份，分别将接收的滤波信号进行下变频解调，得到中频信号发送至数据处理模块；分别接收来自数据处理模块的状态信息帧，对其进行上变频和功率放大处理，得到功率信号，输出给滤波模块；

数据处理模块：对接收的中频信号进行解析处理，获得控制指令信息或数据操作指令信息，对控制指令信息进行识别，通过接口模块向相应的弹载执行机构发送控制指令；对数据操作指令信息进行识别，通过接口模块将数据装订至相应的弹载执行机构；通过接口模块收集弹载执行机构的状态信息，将其与弹载无线发射控制器的状态信息一起组帧、调制，将得到的状态信息帧同时发送给射频收发模块a和射频收发模块b。

射频收发模块a和射频收发模块b均包含两个通信频段，每个通信频段有八个通信点频，任一工作时刻，射频收发模块a有两个工作点频，且两个工作点频分别位于两个通信频段，射频收发模块b与射频收发模块a工作点频相同。

每台弹载无线发射控制器设置有一个独一无二的id字，装订在数据处理模块中。

还包括感知模块，所述感知模块能够自动对周围环境进行频谱感知，并将感知到的频谱发送给数据处理模块，数据处理模块根据该频谱确定干扰频段，并发送给射频收发模块a和射频收发模块b；

射频收发模块a和射频收发模块b在所述干扰频段以外选择可用频点。

所述弹载无线发射控制器通过无线方式与地面进行通信，通过有线方式与弹上执行结构连接。

所述控制器的实现方法如下：

(1)产品上电后，首先对各个模块进行初始化；

(2)初始化完成后，数据处理模块通过接口模块收集弹载执行机构的状态信息，将其与弹载无线发射控制器的状态信息一起组帧、调制，将得到的状态信息帧同时发送给射频收发模块a和射频收发模块b；

(3)射频收发模块a和射频收发模块b初始化完成后处于静默状态，等待地面的建链请求信号；

(4)当滤波模块通过天线接收到地面设备的建链请求信号后，对其进行处理后通过射频收发模块a和射频收发模块b发送给数据处理模块；

数据处理模块从中提取建链请求数据帧，并进行以下判断：

(4.1)判断建链请求数据帧的校验位是否正确；

(4.2)判断建链请求数据帧编号字段是否与控制器的id字相同；

(4.3)判断建链请求数据帧中的建链指令是否正确；

若上述三条判断全部为“是”，则控制器将自身状态信息无线传输给地面设备，无线链路连接成功，进入步骤(5)；否则，建链不成功；

(5)地面设备无操作命令传输时，控制器向地面设备发送自身状态信息；

(6)当地面设备发送操作命令信号时，控制器优先处理命令信息，操作命令信号经滤波模块、射频收发模块a和射频收发模块b处理后发送给数据处理模块，数据处理模块从中提取操作命令数据帧，并进行以下判断：

(6.1)判断操作命令数据帧的校验位是否正确；

(6.2)判断操作命令数据帧编号字段是否与控制器的id字相同；

(6.3)判断发送操作命令信号的地面设备是否为指定的地面设备；

(6.4)判断操作命令数据帧中的指令代码是否正确；

(6.5)判断操作命令信号重复接收次数是否满足要求；

若上述五条判断全部为“是”，则进入步骤(7)；否则，控制器不动作，等待接收下一次的操作命令信号；

(7)控制器按照操作命令信号的要求，执行相应操作，同时判断操作命令是否为发射命令，若是，则数据处理模块按设计要求等待一定时间，执行“断链”操作，控制射频收发模块a和射频收发模块b不再进行数据收发操作。

控制器按照操作命令信号的要求，执行相应操作的实现方式如下：

若操作命令为控制指令，则数据处理模块从操作命令数据帧中获得控制指令信息，根据控制指令内容通过接口模块向相应的弹载执行机构发送控制指令；

若操作命令为数据操作指令，则数据处理模块从操作命令数据帧中获得数据操作指令信息，通过接口模块将数据操作指令信息中的数据装订至相应的弹载执行机构。

所述步骤(4)中，无线链路连接成功后，数据处理模块控制射频收发模块a从两个通信频段中分别选择一个点频作为工作点频，控制射频收发模块b以相同点频工作。

地面设备能够判断频率的干扰情况，并控制射频收发模块a和射频收发模块b调整点频，以保证信号的可靠传输。

地面设备判断频率的干扰情况，并控制射频收发模块a和射频收发模块b调整点频的实现方式如下：

地面设备根据控制器发送的自身状态信息，判断接收信号的信噪比，若该信噪比低于预先设计的门限，则说明存在频率干扰情况；地面设备通过无线链路向控制器发送调整点频通知；

控制器中的数据处理模块根据所述调整点频通知控制射频收发模块a和射频收发模块b调整点频；

地面设备实时判断接收信号的信噪比，当信噪比高于预先设计的门限时，地面设备通过无线链路向控制器发送点频合适通知；

控制器中的数据处理模块接收到所述点频合适通知后，控制射频收发模块a和射频收发模块b以当前点频工作。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明提出一种小型化高可靠弹载无线发射控制器，解决了导弹/火箭载控制设备有线连接方式系统复杂的问题，为导弹快速进行发射流程奠定了基础，同时通过频率感知、频率分集和时间分集方式保证了弹地无线通信的可靠性。

(2)本发明控制器利用双通道热备份方式实现，减少设备的体积和功耗。

(3)本发明利用休眠、静默等工作模式降低控制器的存放期间的功耗，降低导弹/火箭上电池的耗能问题。

附图说明

图1为本发明控制器组成框图；

图2为本发明控制器工作原理示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种小型化高可靠弹载无线发射控制器，通过无线方式接收地面相应指令实现对导弹/火箭上其他电气设备的控制，并接收相应的设备状态信息并反馈给地面，可以简化弹地连接电缆和脱插等产品。

如图1所示，本发明小型化高可靠弹载无线发射控制器包括滤波模块、射频收发模块a、射频收发模块b、数据处理模块、感知模块及接口模块；

滤波模块：通过天线接收地面信号，对其进行滤波处理，将滤波信号分成两路，分别输出给射频收发模块a和射频收发模块b；接收来自射频收发模块a和射频收发模块b的功率信号，对其进行带外滤波，将滤波后的信号通过天线发送到地面设备；

射频收发模块a和射频收发模块b互为备份，分别将接收的滤波信号进行下变频解调，得到中频信号发送至数据处理模块；分别接收来自数据处理模块的状态信息帧，对其进行上变频和功率放大处理，得到功率信号，输出给滤波模块；

数据处理模块：对接收的中频信号进行解析处理，获得控制指令信息或数据操作指令信息，对控制指令信息进行识别，通过接口模块向相应的弹载执行机构发送控制指令；对数据操作指令信息进行识别，通过接口模块将数据装订至相应的弹载执行机构；通过接口模块收集弹载执行机构的状态信息，将其与弹载无线发射控制器的状态信息一起组帧、调制，将得到的状态信息帧同时发送给射频收发模块a和射频收发模块b。

射频收发模块a和射频收发模块b均包含两个通信频段，每个通信频段有八个通信点频，任一工作时刻，射频收发模块a有两个工作点频，且两个工作点频分别位于两个通信频段，射频收发模块b与射频收发模块a工作点频相同。

本发明射频收发模块a和射频收发模块b均采用2个不同的频率，同时收或者发同样的信息，如果某一频段遭遇突发干扰，另一频段可以保证信息的可靠传输。

每台弹载无线发射控制器设置有一个独一无二的id字，装订在数据处理模块中。独一无二的id字确保了每台无线发射控制器的独立性，且id字要与地面设备匹配后才能进行通信控制，提高了产品的可靠性。

感知模块能够自动对周围环境进行频谱感知，并将感知到的频谱发送给数据处理模块，数据处理模块根据该频谱确定干扰频段，并发送给射频收发模块a和射频收发模块b。射频收发模块a和射频收发模块b在干扰频段以外选择可用频点。

弹载无线发射控制器通过无线方式与地面进行通信，通过有线方式与弹上执行结构连接。

本发明控制器的工作原理如图2所示，具体工作流程如下：

(1)产品上电后，首先对各个模块进行初始化；

(2)初始化完成后，数据处理模块通过接口模块收集弹载执行机构的状态信息，将其与弹载无线发射控制器的状态信息一起组帧、调制，将得到的状态信息帧同时发送给射频收发模块a和射频收发模块b；

(3)射频收发模块a和射频收发模块b初始化完成后处于静默状态，等待地面的建链请求信号；

(4)当滤波模块通过天线接收到地面设备的建链请求信号后，对其进行处理后通过射频收发模块a和射频收发模块b发送给数据处理模块；

数据处理模块从中提取建链请求数据帧，并进行以下判断：

(4.1)判断建链请求数据帧的校验位是否正确；

(4.2)判断建链请求数据帧编号字段是否与控制器的id字相同；

(4.3)判断建链请求数据帧中的建立指令是否正确；

若上述四条判断全部为“是”，则控制器将自身状态信息无线传输给地面设备，无线链路连接成功，进入步骤(5)；否则，建链不成功；

(5)地面设备无操作命令传输时，控制器向地面设备发送自身状态信息；

(6)当地面设备发送操作命令信号时，控制器优先处理命令信息，操作命令信号经滤波模块、射频收发模块a和射频收发模块b处理后发送给数据处理模块，数据处理模块从中提取操作命令数据帧，并进行以下判断：

(6.1)判断操作命令数据帧的校验位是否正确；

(6.2)判断操作命令数据帧编号字段是否与控制器的id字相同；

(6.3)判断发送操作命令信号的地面设备是否为指定的地面设备；

(6.4)判断操作命令数据帧中的指令代码是否正确；

(6.5)判断操作命令信号重复接收次数是否满足要求；

若上述五条判断全部为“是”，则进入步骤(7)；否则，控制器不动作，等待接收下一次的操作命令信号；

(7)控制器按照操作命令信号的要求，执行相应操作，同时判断操作命令是否为发射命令，若是，则数据处理模块按设计要求等待一定时间，执行“断链”操作，控制射频收发模块a和射频收发模块b不再进行数据收发操作。

若操作命令为控制指令，则数据处理模块从操作命令数据帧中获得控制指令信息，根据控制指令内容通过接口模块向相应的弹载执行机构发送控制指令；

若操作命令为数据操作指令，则数据处理模块从操作命令数据帧中获得数据操作指令信息，通过接口模块将数据操作指令信息中的数据装订至相应的弹载执行机构。

步骤(4)中，无线链路连接成功后，数据处理模块根据感知模块的反馈，控制射频收发模块a从两个通信频段中分别选择一个点频作为工作点频，控制射频收发模块b以相同点频工作。

地面设备判断频率的干扰情况，并控制射频收发模块a和射频收发模块b调整点频的实现方式如下：

地面设备根据控制器发送的自身状态信息，判断接收信号的信噪比，若该信噪比低于预先设计的门限，则说明存在频率干扰情况；地面设备通过无线链路向控制器发送调整点频通知；

控制器中的数据处理模块根据所述调整点频通知控制射频收发模块a和射频收发模块b调整点频；

地面设备实时判断接收信号的信噪比，当信噪比高于预先设计的门限时，地面设备通过无线链路向控制器发送点频合适通知；

控制器中的数据处理模块接收到点频合适通知后，控制射频收发模块a和射频收发模块b以当前点频工作。

本发明采用时间分集的方式，对于重要数据采用多次重传机制，操作命令数据数据量小，但极其重要，不允许出现错误指令，数据传输的实时性相对较低，在传输多帧或一帧的不同位置，多次安排同样的数据(可选择重传5次)；在无线发射控制器解调时，把多个不同位置的数据等增益合并解调，一方面可显著提高信噪比，另一方面可利用数据在时间上的不同，避开信道中突发的干扰。

本发明通过频谱感知技术进一步增强抗干扰性能，加入频谱感知功能，系统可感知外界频谱使用情况，选择较干净频点使用，在遇干扰时，能够自动改变工作频点。具体描述如下：

频谱感知：通过产品内嵌入的感知模块自动对周围环境进行频谱感知，选定可用频点，将干扰频段排除在可选频段之外。

自适应改频：当通信受到严重干扰时，控制器可在地面设备控制下自动更改工作频率，避开干扰或选择干扰最小的频段进行通信。既能实现改频，又能实现最佳接收，最大限度地滤除干扰信号。

为保证通信的可靠性和隐蔽性，本发明弹地通信采用线性调频扩频技术，利用矩形脉冲进行频率斜率的变化，实现频谱的展宽，且接收端和发送端只有在了解参数配置的情况时才能进行通信。脉冲宽度和脉冲采样周期可随机组合，且根据通信带宽和采样频率确定具体频率变化率，以实现线性调频扩频。线性调频扩频是一种不需要伪随机编码序列的扩展频谱调制技术，其信号占用的频带宽度远大于信息带宽，所以也可以获得很大的系统处理增益。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。