基于D S P的發(fā)射控制系統(tǒng)在提高飛行器發(fā)射精度中的應用

韓毅

（中國電子科技集團公司二十研究所導航部 陜西 西安 710068）

0 引言

飛行器的發(fā)射精度，是保證飛行器發(fā)射成功的主要環(huán)節(jié)。如何提高飛行器的發(fā)射精度一直是我國科研工作者比較關心的問題，提高飛行器的發(fā)射精度，不僅能夠確保飛行器發(fā)射的質量，還能保證飛行器成功地按照事先的設定完成飛行要求。在目前很多飛行器發(fā)射失敗或者未能達到當初預定目標的情況中，飛行器的發(fā)射精度問題占很大的比例。提高飛行器的發(fā)射精度，不僅要求在生產飛行器時候做到精確制造，同時飛行器的發(fā)射控制系統(tǒng)也是確保飛行器發(fā)射精確的重要組成部分。飛行器的控制系統(tǒng)中，數據傳輸環(huán)節(jié)是非常關鍵的部位，隨著航天技術的發(fā)展,在測控通信中，需要實時傳輸和處理大量的高速數據[1]。因此研究飛行器發(fā)射控制系統(tǒng)，特別是數據傳輸系統(tǒng)對于提升飛行器的發(fā)射精度具有非常重要的意義。本文通過采用高速數據傳輸技術的思想設計一套飛行器發(fā)射控制系統(tǒng)，目的在于提升飛行發(fā)射控制的水平，進而提升飛行器發(fā)射成功率和發(fā)射精度，因此設計一種新的飛行器發(fā)射控制系統(tǒng)是十分必要的，本文正是在這種情況下進行研究的。

1 發(fā)射控制系統(tǒng)功能的分析

飛行器發(fā)射控制系統(tǒng)主要是在飛行器發(fā)射前通過與飛行器內部通信芯片進行數據交換，通過數據交換了解飛行器發(fā)射前的初始狀態(tài)，各環(huán)節(jié)的運轉情況以及飛行器在發(fā)射時的調整等，組要包括初始自整模塊、運動模塊、按鈕顯示模塊、數據通信交換模塊以及電源供電模塊，其中電源供電模塊為上述各個模塊提供穩(wěn)定的工作電源保證[2]。具體來說，發(fā)射控制系統(tǒng)組要實現以下幾個方面的功能：對飛行器的各類參數進行檢測并且對重要的參數進行監(jiān)視；實現各個系統(tǒng)間的互相匹配；與各個系統(tǒng)一同完成對飛行器自動發(fā)射和緊急情況下的關機[3]。

2 飛行器控制系統(tǒng)的設計方案

2.1 運動控制模塊

在這個系統(tǒng)模塊中，系統(tǒng)通過發(fā)送向外發(fā)送控制信息來調整發(fā)射裝置的仰俯運動以及發(fā)射的角度。這個模塊主要的工作過程是，在打開外部電源供電后進行系統(tǒng)的初始化，初始化過后可以通過手動或者自動的情況進行系統(tǒng)初始的自我調整，系統(tǒng)在調整發(fā)射的角度和方向燈信息后將信息傳遞至控制臺并處于預發(fā)射狀態(tài)。當系統(tǒng)接收到發(fā)射地點的坐標信息后，系統(tǒng)通過計算來確定發(fā)射的角度和方向，并通過通信傳輸模塊傳遞到發(fā)射總控制臺?？偪刂婆_根據前方反饋的信息對發(fā)射系統(tǒng)下達發(fā)射操作，在發(fā)射操作完成后系統(tǒng)會接到復位的命令，發(fā)射系統(tǒng)通過自動調整回復到初始零位狀態(tài)。

2.2 初始自整模塊

初始自整模塊的目的在于保證發(fā)射精度方面的要求，系統(tǒng)在啟動后運行自整模塊并找到方位和仰俯方向的零位，自整后通過數據傳輸向控制系統(tǒng)傳遞完成發(fā)射準備的信息并且處于待命狀態(tài)，在控制臺傳遞了目標坐標后完成點火的命令。接近開關通過發(fā)送數據并經過預先設定的運算方法來進行發(fā)射系統(tǒng)的初始自整。一般來說接近開關是一種衛(wèi)星的感應裝置，其特點是便于安裝而且反應迅速，可以適應潮濕或者油漆噴濺等苛刻嚴格的工作環(huán)境。

2.3 按鈕顯示模塊

按鈕采用普通快關和薄膜開關兩種方式，前者可以選著所采用的操作模式和選定零位；后者則為手動操作控制系統(tǒng)所準備，這包含控制系統(tǒng)的自整等?，F實模塊主要采用的是具有4或8位并線和2線或3線串行接口點陣圖形的液晶顯示屏幕，液晶顯示屏幕的型號一般采用HG-12864-12型號，這種屏幕內含字庫并可進行編程設計，對外可以輸出便準通用數據格式以及控制指令，控制人員只需要在液晶顯示控制器編程內置緩沖區(qū)寫下命令和數據即可實現不同的顯示功能。

2.4 通信模塊

傳輸通信是控制系統(tǒng)的重要組成，在飛行器發(fā)射控制系統(tǒng)中，經常需要實時傳輸大量的高速數據。本文的系統(tǒng)設計TMS320F2812器件，該器件采用了串行通信接口SCI模塊，SCI是雙緩沖的接收器和發(fā)送器，而且可以選擇單獨工作或者同時工作兩種方式下，SCI模塊可以檢測和校驗對接到的實時數據；由于SCI模塊兼顧與RS-232標準一致的異步串口情況，TMS320F2812可以通過串口的兼容性，方便地與其他使用標準格式的異步外設進行數據通信。 本文設計的發(fā)射控制系統(tǒng)的控制連接就是通過標準RS-232串口完成通信子系統(tǒng)與控制系統(tǒng)之間的數據通信控制[4]。

本文設計的控制系統(tǒng)采用TMS320F2812作為控制核心，系統(tǒng)在初始化完成后實現自整，通過接受控制臺的數據進行發(fā)射裝置的仰俯運動和角度調整；多屏監(jiān)視設備通過視頻及前端攝像系統(tǒng)將重要儀器儀表狀態(tài)實時傳到后端監(jiān)視器上，并由記錄儀實時記錄下來；高速的通信模塊可以確保大批量的數據交換和處理，可以進行多指令傳輸。TMS320F2812是一款用于控制的高性能、多功能、高性價比的32位定點DSP芯片[5]。這個型號的芯片最高工作主頻150MHz，采用哈佛總線結構和密碼保護機制，通過16×16位和32×32位的MAC操作實現了控制欲快速運算的雙重性能。

2.5 系統(tǒng)的電路設計

在這個控制系統(tǒng)的設計中，需要降壓電路一共有3個部分，只要包括內部電源的降壓、接近開關的降壓以及編碼器反饋的降壓，這三部分因為具備各不相同的物理特點，因此三個部分的降壓電路也各不相同。降壓設計通常情況下具有三種方式，分別是使用 DC/DC降壓芯片、二極管降壓以及電阻分壓降壓。

3 系統(tǒng)的調試

將上述的元器件通過焊接固定在電路板上，在完成焊接之后檢查每個元件的焊接質量，確定每個元件沒有虛焊和漏焊的現象，測量電源以識別是否存在焊接短路的現象，保證電路板每個元件的供電正常，最后檢查每個模塊之間的連接是否順序正確。在完成檢查后將電路板植入飛行器調試程序的完整性，通過輸入不同的指令檢查控制系統(tǒng)的可操作性。

4 結束語

現階段，DSP控制系統(tǒng)已經廣泛地應用在各種測控系統(tǒng)的實踐中，與傳統(tǒng)的單片機相比，DPS控制系統(tǒng)具有更完善的功能，更為快速的運行速度以及更高的集成度，是一種非常適合對數字信號進行運算處理的微處理器，DPS控制系統(tǒng)可以在各種控制系統(tǒng)中實時快速地完成各種數字信號的處理算法，同時保證了處理的準確程度。隨著電子信息技術以及大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，未來的信息處理能力將會更加強大，控制系統(tǒng)的通信能力和發(fā)射的精確度也將會得到大幅度的提升。在未來采用何種先進的控制技術來提升飛行器的發(fā)射精度，是學者們未來研究的主要方向。

［1］趙曙光,楊莘元,盧鑫.航天測控通信系統(tǒng)中的高速數據傳輸技術[J].飛行器測控學報,2003,22(1):41-44.

［2］朱明珠,李軍,欒東海,莫宗來,吳磊.基于DSP的某火箭發(fā)射裝置控制系統(tǒng)設計[J].電子設計工程,2011,19(17):74-76.

［3］張磊.載人航天運載火箭地面測試發(fā)射控制系統(tǒng)[J].導彈與航天運載技術,2004(1):34-38.

［4］姜艷波.數字信號處理器DSP應用100例[M].北京:化學工業(yè)出版社,2009.

［5］劉向宇.DSP嵌入式常用模塊與綜合系統(tǒng)設計實例精講[M].北京:電子工業(yè)出版社,2009.