新一代運(yùn)載火箭的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)快速測(cè)試技術(shù)

籍文明++唐碩++劉丁一

摘 要目前在運(yùn)載火箭的測(cè)試與發(fā)射控制工程中，主要有兩種方式，一是定制設(shè)備，二是基于標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。這兩種方式的設(shè)計(jì)理念殊途同歸，都是讓地面設(shè)備實(shí)現(xiàn)整體的測(cè)試工作。很多國(guó)家都意識(shí)到了地面設(shè)備操作在整個(gè)工程中的重要地位，并希望通過(guò)簡(jiǎn)化地點(diǎn)操作來(lái)縮減項(xiàng)目成本。本文首先介紹了運(yùn)載火箭測(cè)試技術(shù)的發(fā)展歷程，并提出了該技術(shù)在今后發(fā)展中的瓶頸，最后闡釋了箭載系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】運(yùn)載火箭 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 快速測(cè)試

如何提升運(yùn)載火箭地面測(cè)試的效率，是一直困擾著各個(gè)國(guó)家火箭技術(shù)研究人員的重要問(wèn)題。許多國(guó)家都選擇健康管理技術(shù)，借助故障診斷技術(shù)，通過(guò)模型分析法，規(guī)則分析法與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)分析法，實(shí)現(xiàn)故障的診斷。為了更好地將測(cè)試簡(jiǎn)化，還可以采用自檢測(cè)功能的思路，借助火箭上設(shè)備自帶的檢測(cè)功能，將相關(guān)測(cè)試數(shù)據(jù)傳回地面，并與地面算法得出的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。這樣可以使火箭的故障診斷更加精確。本文主要介紹的就是這一將地面測(cè)試系統(tǒng)與箭上測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行分工的方案。

1 運(yùn)載火箭測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

1.1 測(cè)試技術(shù)的歷程

在早起的航天技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，火箭測(cè)試技術(shù)主要依靠的是人工手動(dòng)操作。上世紀(jì)六十年代開(kāi)始，手動(dòng)操作開(kāi)始被自動(dòng)化測(cè)試所替代。1971年，火箭測(cè)試由箭載計(jì)算機(jī)完成，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，許多測(cè)試模件也應(yīng)用于該領(lǐng)域，傳統(tǒng)的箭測(cè)方案僅僅發(fā)揮著輔助的作用。針對(duì)火箭與地面連接插頭數(shù)量受限的情況，被測(cè)信號(hào)難以全部到達(dá)地面，這就需要借助遙測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行結(jié)果分析，并得出判斷。但是，借助遙測(cè)數(shù)據(jù)可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)線傳輸失鎖、數(shù)據(jù)連續(xù)性遭破壞的情況，這都會(huì)影響到數(shù)據(jù)分析的結(jié)果以及決策。如果采取有線傳輸?shù)姆绞?，為了更好地符合分辨率的需求，?yīng)當(dāng)確保碼速率在一定水平之上，還應(yīng)當(dāng)確保控制系統(tǒng)與采樣率相符合。

1.2 測(cè)試技術(shù)發(fā)展的瓶頸

測(cè)試技術(shù)的發(fā)展過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)、分析一直是困擾研究人員的問(wèn)題。首先，分析的全面性是有限的。因?yàn)殡姎庀到y(tǒng)測(cè)試的原理在標(biāo)準(zhǔn)總線地面測(cè)試系統(tǒng)之上，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析，系統(tǒng)級(jí)測(cè)試的用例是固定的，通過(guò)與之測(cè)試結(jié)果，可以對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行提前訂制。但是沒(méi)有可靠的判據(jù)描述方式，能夠合理地對(duì)全程數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，因而時(shí)變參數(shù)的轉(zhuǎn)化與判讀會(huì)受到限制，影響最終的結(jié)果。同時(shí)，箭地總線的貸款難以支撐所有原始數(shù)據(jù)的傳送，箭上僅僅將自檢測(cè)得出的結(jié)論傳輸，缺少相應(yīng)信息以支撐比對(duì)，箭上自檢測(cè)結(jié)果的可靠性難以確定。日本有研究人員提出在小運(yùn)載火箭上實(shí)現(xiàn)自主檢測(cè)、診斷的設(shè)備，地面只對(duì)整體的流程進(jìn)行把控即可。但是這一設(shè)想由于技術(shù)限制還未能實(shí)現(xiàn)。

就我國(guó)的測(cè)試技術(shù)發(fā)展而言，新一代運(yùn)載火箭中專用的測(cè)試插頭被取消，取而代之的是火箭尾部的“脫拔連接器”，這種技術(shù)直接測(cè)量的信號(hào)量相對(duì)較少對(duì)于測(cè)試覆蓋性具有較高的要求。從實(shí)質(zhì)上來(lái)看，地面數(shù)據(jù)分析是重復(fù)了箭上處理的過(guò)程，借此來(lái)實(shí)現(xiàn)鼓掌的查找。該技術(shù)曾應(yīng)用于美國(guó)火星探路者號(hào)發(fā)生的“優(yōu)先級(jí)翻轉(zhuǎn)”故障。

2 箭載系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)

硬件連接的接口受到了脫拔連接器數(shù)量的限制，因此信息流的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)趨向合理，這樣才能提供恰當(dāng)?shù)谋O(jiān)測(cè)點(diǎn)，從而獲得可靠、準(zhǔn)確的自檢數(shù)據(jù)。接下來(lái)，本文將為實(shí)現(xiàn)這一目的提出分析與改進(jìn)策略。

2.1 信息流分析

從信息流的角度進(jìn)行分析，將控制系統(tǒng)的箭上智能設(shè)備可以分為三種，即綜合控制器、箭載計(jì)算機(jī)以及伺服控制器。箭機(jī)本身沒(méi)有辦法自動(dòng)獲取一些信號(hào)，例如脈沖控制、增壓控制等。然而各個(gè)控制器的自檢信息以及遙測(cè)信息中會(huì)包含這些信號(hào)的內(nèi)容。借助422接口或是1553B總線，可以將這些信息傳送給遙測(cè)系統(tǒng)。

2.2 總線竊聽(tīng)技術(shù)

作為主控設(shè)備，箭機(jī)對(duì)于火箭控制系統(tǒng)的重要性不言而喻。在計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線段處設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在獲得相對(duì)應(yīng)的輸入、輸出信號(hào)時(shí)會(huì)更加便捷。監(jiān)測(cè)箭機(jī)通過(guò)422、1553B以及485接口可以分別獲得數(shù)字量遙測(cè)信息、飛行控制軟件的數(shù)據(jù)以及各類控制器的自檢測(cè)數(shù)據(jù)。

這就是“總線監(jiān)聽(tīng)”技術(shù)，首先它可以很好地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，不需要借助飛行軟件。其次，它可以完成對(duì)所有地址線數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)，用戶可以自主設(shè)置接口地址、內(nèi)存地址以及監(jiān)測(cè)地址，操作起來(lái)簡(jiǎn)潔、方便。另外，總線監(jiān)聽(tīng)技術(shù)的核心原理是中斷觸發(fā)模式，一旦被檢測(cè)的內(nèi)容數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，就會(huì)觸發(fā)記錄、發(fā)送等行為，這樣一來(lái)，就可以對(duì)總線進(jìn)行不間斷的檢測(cè)，保障了采集與傳輸?shù)馁|(zhì)量。最后，在占用網(wǎng)絡(luò)資源上，該技術(shù)表現(xiàn)十分出色，它具有大容量的緩沖區(qū)，一旦緩沖區(qū)寫滿，就會(huì)主動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存盤，然后將緩沖區(qū)清空，解放了網(wǎng)絡(luò)資源的占用。

2.3 其他類型的可測(cè)試性設(shè)計(jì)

從功能上對(duì)飛行控制軟件進(jìn)行區(qū)分，可以分為兩個(gè)方面：

（1）主控任務(wù)等，主要用于導(dǎo)航制導(dǎo)與控制；

（2）數(shù)據(jù)管理，主要應(yīng)用于數(shù)字量遙測(cè)信息、BIT數(shù)據(jù)的獲取。

借助嵌入式的操作系統(tǒng)，可以很好地平衡兩方面任務(wù)在功能方面發(fā)揮的作用。其中，數(shù)據(jù)管理任務(wù)處在較低的優(yōu)先級(jí)，系統(tǒng)將先執(zhí)行主控任務(wù)。如果在執(zhí)行數(shù)據(jù)管理任務(wù)的過(guò)程中，主控任務(wù)提交了命令，那么將會(huì)中斷對(duì)原有任務(wù)的執(zhí)行而優(yōu)先執(zhí)行主控任務(wù)。

3 結(jié)論

與現(xiàn)有的測(cè)發(fā)控技術(shù)相比，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)快速測(cè)試技術(shù)具有許多明顯的特點(diǎn)。

（1）可以將測(cè)試工作在箭上系統(tǒng)內(nèi)完成，地面只負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析，提升了整體的工作效率。

（2）縮減了地面所需的測(cè)試設(shè)備，測(cè)控總線不需要不斷更新。

（3）確立了統(tǒng)一的模型，使箭上和地面可以實(shí)現(xiàn)同步測(cè)算，在查找出錯(cuò)部位等方面表現(xiàn)得更加出色，縮短了故障查找的時(shí)間，提升了故障解決的效率。

（4）自動(dòng)對(duì)比控制周期的中間結(jié)果，使測(cè)試更加完善。

該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，有賴于箭地之間的高速總線，完成了大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?，還有賴于箭上處理能力的提升，因此可以支撐BIT的實(shí)現(xiàn)。同樣的工作量下，原有的技術(shù)需要3、4人花費(fèi)半天時(shí)間才能完成，借助此技術(shù)可以在無(wú)人參與的情況下同步完成，并且很快就可以生成對(duì)應(yīng)的分析報(bào)告，大大提升了工作的效率。

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作者單位

首都航天機(jī)械公司 北京市 100076