新一代測(cè)發(fā)控系統(tǒng)技術(shù)展望

趙陽+魏永國(guó)+朱奕+謝芳+潘曉明

摘 要：本文針對(duì)現(xiàn)役運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)面臨高密度發(fā)射新形勢(shì)下，系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、展開工作重等問題，提出了新一代測(cè)發(fā)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備達(dá)到“設(shè)備通用”、“方便快捷”以及“自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)判讀”等特性。并對(duì)當(dāng)前適合應(yīng)用于測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的一些新技術(shù)進(jìn)行了研究，利用如工業(yè)以太網(wǎng)、無線網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)重新構(gòu)建運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)。使測(cè)發(fā)控系統(tǒng)達(dá)到縮短恢復(fù)周期，簡(jiǎn)化操作流程，精簡(jiǎn)測(cè)試人員，提高系統(tǒng)可靠性的目的。

關(guān)鍵詞：運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)；工業(yè)以太網(wǎng)；無線網(wǎng)絡(luò)傳感器

中圖分類號(hào)：V448 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）11-0018-01

運(yùn)載火箭地面測(cè)試發(fā)射控制系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱測(cè)發(fā)控系統(tǒng)）用于對(duì)運(yùn)載火箭在地面測(cè)試及發(fā)射階段進(jìn)行供配電控制以及開關(guān)量、模擬量等信號(hào)的測(cè)量。在現(xiàn)有火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)中，大部分單機(jī)、組合采用集中控制、配電的方式，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，電纜數(shù)量眾多，鋪設(shè)、撤收耗時(shí)耗力，不便于快速恢復(fù)。還存在測(cè)發(fā)控系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間長(zhǎng)、系統(tǒng)恢復(fù)展開工作重、現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)保障人員較多、現(xiàn)場(chǎng)人工操作多、測(cè)試方案效率低以及人工判讀時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)。

現(xiàn)在為滿足新一代運(yùn)載火箭的發(fā)射任務(wù)，實(shí)現(xiàn)靈活機(jī)動(dòng)的測(cè)發(fā)控模式，適應(yīng)快速測(cè)試發(fā)射的需求，要求地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)恢復(fù)周期短，測(cè)試流程快，設(shè)備能適應(yīng)多種發(fā)射環(huán)境。在流程上簡(jiǎn)化測(cè)發(fā)控操作，減少發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間，精簡(jiǎn)現(xiàn)場(chǎng)保障人員； 同時(shí)提高測(cè)試覆蓋性，加強(qiáng)設(shè)備通用性，是對(duì)當(dāng)前測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的新要求。本文將“設(shè)備通用”、“方便快捷”與“自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)判讀”作為新一代測(cè)發(fā)控系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展方向。

1 通用化設(shè)備

由于未來運(yùn)載火箭型號(hào)多采用模塊設(shè)計(jì)思想，火箭芯級(jí)通用化。為方便以后的測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)，以及便于培養(yǎng)專業(yè)的測(cè)試隊(duì)伍，新一代測(cè)發(fā)控系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)可以通過簡(jiǎn)單的狀態(tài)切換即可以滿足現(xiàn)有三個(gè)型號(hào)的測(cè)試需求，同時(shí)對(duì)后續(xù)型號(hào)具有一定的可擴(kuò)展性。在新一代測(cè)發(fā)控系統(tǒng)策劃階段即盡量從通用化的角度出發(fā)，并貫穿整個(gè)系統(tǒng)的研制過程，通用化設(shè)備示意圖見圖1。

2 方便快捷

在運(yùn)載火箭地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)中，硬件設(shè)備可大體分為發(fā)射控制與測(cè)試兩個(gè)部分。這兩個(gè)分系統(tǒng)中應(yīng)用的硬件設(shè)備各有側(cè)重點(diǎn)。發(fā)射控制部分負(fù)責(zé)地面測(cè)發(fā)控系統(tǒng)對(duì)運(yùn)載火箭的狀態(tài)、查詢與最后的點(diǎn)火發(fā)射，要求硬件設(shè)備的可靠性與指令的實(shí)時(shí)性。測(cè)試部分負(fù)責(zé)在發(fā)射前對(duì)運(yùn)載火箭開關(guān)量、模擬量信號(hào)進(jìn)行采集，在進(jìn)行發(fā)射測(cè)試前要進(jìn)行撤收，需要具備一定的便攜性。

通過對(duì)幾種主流的工業(yè)以太網(wǎng)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)時(shí)性最突出的是PROFINET，可以在1ms內(nèi)刷新64個(gè)IO設(shè)備，在國(guó)內(nèi)有著很高普及性，其安裝節(jié)點(diǎn)數(shù)占據(jù)國(guó)內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)市場(chǎng)的28%。各IO設(shè)備節(jié)點(diǎn)，安裝簡(jiǎn)便，連接到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)即可。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將所有的傳感節(jié)點(diǎn)通過自組織無線網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將信息傳輸?shù)搅硗獾谋O(jiān)控終端，能夠彌補(bǔ)有線設(shè)備的缺陷，具有廉價(jià)、便攜、可靠性高、易于校正等優(yōu)點(diǎn)[1]。如研華公司的無線技術(shù)基于IEEE802.15.4協(xié)議，支持Zigbee等無線協(xié)議?？梢栽谒芑蚧顒?dòng)平臺(tái)中就近對(duì)箭上非關(guān)鍵參數(shù)或測(cè)試設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行采集，并通過無線網(wǎng)絡(luò)方便快捷的將數(shù)據(jù)傳回。

對(duì)以上兩種技術(shù)綜合應(yīng)用，新型運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)架如圖2所示。

采取圖2測(cè)發(fā)控系統(tǒng)構(gòu)架后，對(duì)于各級(jí)控制組合與無線測(cè)試組合均可采用模塊化通用化設(shè)計(jì)思路，滿足多型運(yùn)載火箭的需求。測(cè)試組合采用無線化設(shè)計(jì)方案，采集模塊獲得運(yùn)載火箭各級(jí)測(cè)試數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送至前端接收的交換機(jī)，再通過前后端數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)送至后端服務(wù)器。在該架構(gòu)下，同時(shí)滿足了運(yùn)載火箭流程控制上實(shí)時(shí)性、可靠性的需求，壓滿足了測(cè)試上簡(jiǎn)單方便的需求。

3 自動(dòng)測(cè)試、自動(dòng)判讀

上述兩個(gè)章節(jié)內(nèi)所描述內(nèi)容為新一代測(cè)發(fā)控系統(tǒng)如何獲得測(cè)試數(shù)據(jù)，主要是解決“如何測(cè)試”的問題。通過測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)備測(cè)得的數(shù)據(jù)如何處理也是系統(tǒng)中非常重要的一環(huán)。

由于測(cè)發(fā)控系統(tǒng)進(jìn)場(chǎng)人員持續(xù)精簡(jiǎn)，現(xiàn)役測(cè)發(fā)控系統(tǒng)在進(jìn)入靶場(chǎng)或在總裝廠進(jìn)行集成綜合試驗(yàn)前的等效器恢復(fù)崗位人員由原來的8-10人縮減至7人左右。原先按崗位分布的人員在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)有可能會(huì)身兼數(shù)崗，錯(cuò)過對(duì)試驗(yàn)流程數(shù)據(jù)的判讀，有可能出現(xiàn)在恢復(fù)過程中錯(cuò)判或漏判的事項(xiàng)。

因此，在新一代測(cè)發(fā)控系統(tǒng)的研制過程中，應(yīng)當(dāng)具備在測(cè)試過程中實(shí)時(shí)對(duì)流程數(shù)據(jù)進(jìn)行判讀能力；同時(shí)，將分散在各崗位上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)回傳至后端，統(tǒng)一進(jìn)行判讀，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象，不漏判、錯(cuò)判；同時(shí)盡可能的收集測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過組態(tài)軟件已畫面的形式將系統(tǒng)狀態(tài)直觀的反應(yīng)出來；對(duì)各個(gè)設(shè)備做系統(tǒng)內(nèi)的權(quán)重評(píng)估，當(dāng)該設(shè)備損壞后對(duì)系統(tǒng)的影響以百分比形式反應(yīng)，便于發(fā)射流程中的預(yù)案操作等等。

4 結(jié)語

本文對(duì)新一代測(cè)發(fā)控系統(tǒng)所可能應(yīng)用到的前沿技術(shù)進(jìn)行展望與研究。對(duì)于工業(yè)以太網(wǎng)、無線測(cè)試技術(shù)等新技術(shù)來說，應(yīng)用在運(yùn)載火箭測(cè)發(fā)控系統(tǒng)中可靠性仍是要首要考慮因素，上述相關(guān)技術(shù)還需要通過大量的工程應(yīng)用來提高成熟度。同時(shí)，單純考慮采用何種設(shè)備與技術(shù)，無法解決測(cè)發(fā)控系統(tǒng)自身現(xiàn)有的不足，還是要從根本上改變?cè)O(shè)計(jì)理念，將用戶需求與運(yùn)載火箭箭上實(shí)際相結(jié)合。

參考文獻(xiàn)

[1]袁少博，楊誠(chéng)，花梅.無線傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].信息通用，2011（5）：41-P42.

[3]余力凡，馬紅梅.分布式遠(yuǎn)距離測(cè)發(fā)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)及可靠性分析[J].航天控制.2011（2）：69-P74.