一种运载火箭箭上时序信号自测试系统

技术领域

本发明属于运载火箭测试技术领域，具体涉及一种运载火箭箭上时序信号自测试系统。

背景技术

运载火箭从正式发射前至飞行结束，会发出大量的火工品信号、电磁阀动作信号。火工品信号包括点火信号和分离信号，按照时间顺序具体为一级点火、一级分离，二级点火、二级分离，三级点火、三级分离等信号；电磁阀动作即开闭信号为一个持续一定时间长度的信号，可以重复发出。运载火箭在正式发射之前的各阶段测试中，一般要对上述时序信号进行检查，检测其是否符合设计要求，重点检测参数为信号发出时刻和信号持续时间。常用方法是在箭体上设置舱盖、或者在火箭舱段分离状态下，断开箭上控制器和火工品或者电磁阀的连接，一般是测试时火工品或电磁阀需短路，使用转接电缆将箭上接口和地面设备(如时序等效器)进行测试连接，然后使用时序测试仪对箭上时序信号进行测试，准备步骤较多，流程繁琐，已经不符合运载火箭快速测试发射的自动化需求。

发明内容

针对现有技术的不足，为简化地面设备、满足运载火箭时序信号(如火工品信号、电磁阀动作信号等)快速测试需要，本发明提出了一种运载火箭箭上时序信号自测试系统。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种运载火箭箭上时序信号自测试系统，所述系统集成于火箭箭体上，包括电源模块、控制器，还包括改进管制机构以及时序测试仪；

所述电源模块为所述箭上时序自测试系统的其它设备供电；

所述控制器，包括第一通讯模块、第一主控模块、和时序信号输出模块，所述第一通讯模块接收火箭通信总线传送来的命令后发送给所述第一主控模块，所述第一主控模块将接收的命令进行解析，并控制时序信号输出模块输出时序信号；

所述改进管制机构包括多路管制通道，所述每一路管制通道可以在测试状态或者非测试状态之间切换，使得所述改进管制机构对应测试状态或者非测试状态；

所述时序测试仪在所述改进管制机构对应测试状态时对箭上时序进行自测试。

进一步地，所述每一路管制通道在测试状态或者非测试状态之间切换，具体包括

所述每一路管制通道包括有至少一组接通通道和至少一组短路保护通道，根据对测试状态或者非测试状态的需求，对所述一组接通通道和一组短路保护通道进行切换，从而使得所述改进管制机构对应测试状态或者非测试状态。

进一步地，所述一组接通通道和一组短路保护通道进行切换具体包括

所述每一路管制通道设置有两对(组)可往复运动的插头，所述插头往复运动使其与对应的电路板插座插合或断开，从而实现所述改进管制机构对应测试状态或者非测试状态的切换。

进一步地，还包括尾段控制器，所述尾段控制器发出测试(进入测试状态)命令或者非测试(进入非测试状态)命令输入到所述改进管制机构，使得所述改进管制机构对应切换至测试状态或者非测试状态。

进一步地，所述时序测试仪包括隔离电源模块、时序信号输入模块、第二主控模块、和通信模块；

所述隔离电源模块为其它模块提供合适电源；

所述第二主控模块包括主控芯片及存储电路等外围电路，所述第二主控模块通过所述通信模块从箭通信总线接收信息，开始采集时序信号或停止采集时序信号；当有时序信号输入时，对输入时序信号进行测量、计算，按照设定参数(包括所检测时序信号的发出时刻和持续时间长度，以及偏差阈值)进行初步判读，将时序信息参数和判读结果按照通信协议编码，通过通信模块发送到火箭通信总线上，最后传回地面；

时序信号输入模块包括光耦，所述光耦起隔离作用，把28V的电压时序信号电压整形变成(3.3V)适合的电压信号，输入至主控芯片；

所述通信模块受第二主控模块驱动与火箭通信总线通信。

进一步地，所述隔离电源模块包括一路隔离DC/DC电路和多个电压转换电路；输入，隔离DC/DC电路适应9～36V输入，输出的12V电压，可以通过多个电压转换电路转换为其它模块的输入电源，包括主控模块的1.8V、2.5V、3.3V供电及通讯电路的隔离供电。

进一步地，在主控模块上运行的测试仪软件中添加判断逻辑，当所检测参数与设定(计)参数差超过阈值时，会输出警告信息。

另一方面，本发明提供一种运载火箭箭上时序信号自测试方法，其特征在于利用根据权利要求1-6所述的运载火箭箭上时序信号自测试系统，包括如下步骤：

当火箭进入箭上时序自测试状态流程时，尾段控制器发出时序自测试指令，改进管制机构对火工品电阻回路进行短路保护，将控制器输出和时序测试仪导通，使得时序测试仪可以检测控制器输出，记录时序状态；

当火箭进入火箭正式发射流程时，尾段控制器发出正式发射即“进入非测试状态”指令，改进管制机构将时序测试仪短路，将控制器输出与火工品或电磁阀接通，此时火工品可以正常发火起爆、电磁阀可以正常打开。

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：

本发明的运载火箭箭上时序信号自测试系统及方法，将时序测试仪集成在运载火箭内部，减少地面测试设备和工艺电缆，简化测试流程，实现时序信号箭上自测试，提高自动化水平。通过改进管制机构，集成火工品短路保护功能和测试仪测试选通功能，在保证安全性、不增加其它箭上设备的情况下满足了箭上自测试的需求；

时序测试仪的输入采取光耦多通道同步并行输入设计，数量丰富，兼容性、通用性好，同步性高，能同步采集多路信号(例如星箭分离时可以同步采集多路分离信号等)，可以作为模块化设备，满足不同型号火箭需求，缩短研制时间和成本。

附图说明

图1为本发明的系统示意图；

图2为改进管制机构测试状态和正式发射状态示意图；

图3为每一路管制通道在测试状态或者非测试状态之间切换即设置有两组插合或者断开接通通道结构示意图；

图4为时序测试仪结构示意图；

图5为光耦输入检测电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明的实施例提供一种运载火箭箭上时序信号自测试系统，系统集成于火箭箭体上，包括电源模块、至少一个控制器，还包括至少一个改进管制机构以及时序测试仪；本实例中火箭包括一级、二级、三级和末级，对应地每一级设置有一个控制器和一个改进管制机构；还包括一级、二级、三级和末级相应的火工品或电磁阀；对时序信号进行测试时，需要对火工品或电磁阀短路，让时序信号经过改进管制机构到达时序测试仪里进行测试；

电源模块为所述箭上时序自测试系统的其它设备供电；

所述电源模块利用火箭原有的电源系统，本就可以为电气设备和火工品提供能源，只是增加箭上时序自测试系统中新增设备供电功能，例如时序测试仪、改进管制机构等。

控制器，包括第一通讯模块、第一主控模块、和时序信号输出模块，所述第一通讯模块接收火箭通信总线传送来的信息后发送给所述第一主控模块，所述第一主控模块将接收的信息编译成时序信号，并控制时序信号输出模块输出时序信号。在测试状态下，该输出时序信号通过改进管制机构或者进入到时序测试仪，完成时序信号的测试；在非测试状态下，该输出时序信号通过改进管制机构或者进入到火工品使火工品点火、或者进入到电磁阀使电磁阀动作；控制器在箭上有多个，一般采用就近控制的原则设置在各个级的舱段里；控制器的时序信号输出模块，它就会在设定的时间点，发出点火信号、电磁阀作动信号，或者分离信号。

改进管制机构设置在控制器和火工品之间，时序信号沿着控制器、改进管制机构和火工品的顺序传递。如图2所示，改进管制机构包括多路管制通道，所述每一路管制通道可以在测试状态或者非测试状态之间切换，使得所述改进管制机构对应测试状态或者非测试状态；本实例中非测试状态是指火箭正式发射状态；有多个改进管制机构，如图1所示有四个改进管制机构；改进管制机构里面通道有多个，因此多个电磁阀或者火工品时序可以使用同一个改进管制机构，改进管制机构在火箭上的布置以尽可能避免或减轻对时序信号电缆的影响为原则，要求时序信号全部经过改进管制机构，一般情况下改进管制机构布置在原有时序信号电缆的路径上即可。本实例中的改进管制机构是在专利CN201010231660基础上改进而来，该专利的火工品管制装置包括盒体、电机组件、电路板组件、导向杆和外部连接器，所述电机组件、电路板组件和导向杆容置于所述盒体中，所述电机组件包括电机减速机构、固定夹、插头固定板和两个插头，所述固定夹将电机减速机构固定在插头固定板上，两个插头对称于固定夹安装在插头固定板上；所述电路板组件包括电路板、微动开关和两个插座，所述电路板固定在盒体底面，两个插座对称于所述固定夹分别焊接在电路板两侧上，各自与同侧的插头对应；所述外部连接器通过电路板与两个插座电连接；工作时，电机减速机构带动整个电机组件在导向杆的导向下往复运动，使所述两个插头分别与各自对应的插座插合，从而使火工品控制线路的状态在接通和断开之间变化，实现对火工品控制线路中信号的管制；为方便描述，称该专利中每一路管制通道实现两个插头分别与各自对应的插座插合或者断开的结构为一组插合或者断开接通通道结构。本实例的改进管制机构的每一路管制通道在测试状态或者非测试状态之间切换，即设置有两组插合或者断开接通通道结构，其中一组使火工品控制线路的状态在接通和断开之间变化，另一组使时序测试仪控制线路的状态在接通和断开之间变化；具体实现方法包括：每一路管制通道包括有至少一组接通通道和至少一组短路保护通道，根据对测试状态或者非测试状态的需求，对一组接通通道和一组短路保护通道进行切换，从而使得所述改进管制机构对应测试状态或者非测试状态(即火箭正式发射状态)。一组接通通道和一组短路保护通道进行切换具体实现方法包括：每一路管制通道设置有两组可往复运动的插头，所述插头往复运动使其与对应的电路板插座插合或断开，从而实现所述改进管制机构对应测试状态或者非测试状态的切换，如图3所示，图中圆圈代表插针，半圆弧代表插座，两者合在一起(同圆心状态-虚线框里的状态)即为接通状态，否则为断开状态。切换到测试状态后，火工品短路，时序测试仪接通接通通道，使时序测试仪可以检测控制器输出的时序信号，并记录时序信号，完成时序信号自动测试。切换到正式发射状态后，时序测试仪短路，使火工品或电磁阀可以接收控制器输出的发射信号，完成火工品点火或者电磁阀开闭动作。相应地电机组件、电路板组件、导向杆等结构也要跟两组可往复运动的插头以及两组插座匹配，是现有技术，在此不再赘述。

时序测试仪在改进管制机构对应测试状态时，接收控制器发送过来的时序信号，对箭上时序信号进行自测试。

如图4所示，时序测试仪作为一种模块化的通用设备，包括隔离电源模块、时序信号输入模块、第二主控模块、和通信模块；隔离电源模块包括一路隔离DC/DC电路和多个电压转换电路，其中隔离DC/DC电路适应9～36V输入(为外部供电)，输出12V；输出的12V电源通过多个电压转换电路为其它模块供电，例如为主控模块提供1.8V、2.5V、3.3V供电及通讯电路的隔离供电。第二主控模块包括主控芯片及存储电路等外围电路，第二主控模块通过通信模块从箭通信总线接收命令，按照设定逻辑，例如时序：一级点火、一级分离，二级点火、二级分离，三级点火、三级分离，末级点火、末级分离等，开始或停止采集时序信号；当时序信号输入时，对采集到的时序信号进行测量、计算，与设定的时序时刻和持续时间长度进行比较，初步判断误差是否超过设定阈值，将时序参数信息和判读结果按照通信协议编码，通过通信模块发送到火箭通信总线上，传回地面控制系统。时序信号输入模块包括光耦，所述光耦起隔离作用，把28V的电压时序信号电压整形变成适合的电压信号给到主控芯片，视主控芯片参数而定，本实例中为3.3V；如图5所示，为光耦输入检测电路。光耦本身具有隔离功能，无需隔离电源供电，可以大幅简化电子元器件数量和种类；光耦输出信号只取决于前置电路是否有电流流过，在输入端悬空时不会产生不确定信号，可以有效适应输入端悬空或者输入端电平差为低电平的情况、适应信号输出电路正端控制、负端控制和两端控制等情况；光耦间输入端可以相互隔离，能够有效适应输入信号共正极或者输入信号共负极的情况。

通信模块受第二主控模块驱动与火箭通信总线通信。

例如当时序的实际发出时刻与预设的发出时刻时间差超过阈值1s，或者当时序实际保持时间长度的与预设保持时间长度相差超过阈值1s时，判定时序出错，输出报警信息；原地面测试方案没有装订此判断逻辑，只能进行人工判读。

作为一个实例，本发明的系统还包括尾段控制器，尾段控制器发出测试信号或者非测试信号给到所述改进管制机构，使得所述改进管制机构对应测试状态或者非测试状态。实例中非测试信号为火箭正式发射信号。

另一方面，本发明提供一种运载火箭箭上时序信号自测试方法，利用根据前述的运载火箭箭上时序信号自测试系统，包括如下步骤：

当火箭进入箭上时序自测试流程时，尾段控制器发出时序自测试指令，对火工品电阻回路进行短路保护，将控制器输出和时序测试仪导通，使得时序测试仪可以检测控制器输出，记录时序状态；

当火箭进入火箭正式发射流程时，尾段控制器发出正式发射即非测试信号指令，将时序测试仪短路，将控制器输出与火工品或电磁阀接通，此时火工品可以正常发火起爆、电磁阀可以正常打开。