运载火箭的箭上电气系统

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种运载火箭的箭上电气系统。

背景技术

箭上电气系统是电气、电子设备和软件完成功能的总称，是运载火箭的重要组成部分。图1所示为现有技术中一种运载火箭的箭上电气系统的结构示意图，如图1所示，该箭上电气系统采用集中式有线架构，系统中各组成部分依托电缆网连接，电缆网包括电连接器、导线、屏蔽网、保护套等零部件，通过电连接器将箭载计算机（即综合控制计算机）、电池、伺服设备（包括伺服控制器和作动器）、遥测设备（即射频前端）、传感器等电气设备连接在一起。对于多级运载火箭，还会存在级间分离连接器（即脱插连接器），将整个火箭串联起来。定制化设计的电缆网贯穿全箭，并且多次穿越级间分离连接器，以实现数据和指令的集中传输以及集中供配电，整体布局复杂。

随着多级运载火箭应用需求的增长，对于运载火箭的载荷能力、生产效率以及使用成本也提出了更高的要求。但现有的箭上电气系统由于电缆网重量大，导致运载火箭载荷能力过低；并且对于不同型号、不同发射场合的运载火箭，其对应的定制化电缆网结构也有所不同，这将导致箭上电气系统设计耗时长、生产周期不可控以及可移植性差的问题，同时由于电连接器成本高、不方便运输，进一步降低了箭上电气系统的搭建效率，提高了使用成本。

发明内容

本申请提供一种运载火箭的箭上电气系统，以用于解决现有箭上电气系统重量大，设计耗时长、生产周期不可控以及可移植性差导致的箭上电气系统搭建效率低，使用成本高以及火箭载荷能力低的问题，提高运载火箭的载荷能力和生产效率，降低使用成本。

本申请提供一种运载火箭的箭上电气系统，包括：

主控电气子系统和至少一个分控电气子系统，所述主控电气子系统和所述至少一个分控电气子系统依次设置于所述运载火箭从头部到尾部的多个舱段内；

所述主控电气子系统和所述分控电气子系统均包括至少一个功能设备和至少一个无线传感器节点，所述功能设备和无线传感器节点均包括对应的供电单元和无线通信单元；

所述主控电气子系统还包括无线中心节点和综合控制计算机，所述无线中心节点与所述综合控制计算机电连接，所述无线中心节点和所述综合控制计算机通过相应的供电单元统一供电；

各分控电气子系统还包括至少一个中继转发天线，所述中继转发天线用于接收对应的分控电气子系统中的功能设备以及，无线传感器节点通过对应的无线通信单元发送的数据，并转发给所述无线中心节点；所述中继转发天线还用于接收所述综合控制计算机通过所述无线中心节点发送的控制指令并转发给目标设备。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，所述功能设备为惯性导航装置、点火控制装置、伺服装置或摄像装置中的任一种；

所述综合控制计算机包括供配电模块，所述供配电模块用于通过所述无线中心节点向所述主控电气子系统和/或所述分控电气子系统中的目标供电单元发送供电控制指令，所述供电控制指令用于调节所述目标供电单元的工作状态以实现对应用电设备的休眠、唤醒和功能同步。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，所述综合控制计算机还包括遥测采编模块和射频前端，所述遥测采编模块用于通过所述无线中心节点接收各电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据，对所述数据进行编帧，并通过所述射频前端将编帧后的数据发送给地面测发控系统。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，所述综合控制计算机还包括时序模块，所述时序模块用于基于预设时序向目标舱段对应的电气子系统中的点火控制装置发送点火控制指令，以实现火工品起爆和舱段分离的有序控制。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，所述无线中心节点还用于基于目标电气子系统对应的舱段的分离时间，对所述目标电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据进行筛选。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，所述基于目标电气子系统对应的舱段的分离时间，对所述目标电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据进行筛选，具体包括：

基于功能设备以及无线传感器节点反馈的数据，确定对应的功能设备以及无线传感器节点标识；

基于所述功能设备以及无线传感器节点标识，确定对应的目标电气子系统以及所述目标电气子系统对应的舱段；

基于所述预设时序，确定所述目标电气子系统对应的舱段的分离时间；

基于所述分离时间以及，所述功能设备以及无线传感器节点反馈的数据的采集时间，对所述数据进行筛选。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，对于目标无线传感器节点进行冗余设置，冗余数量基于所述目标无线传感器节点的类型确定；

其中，所述无线传感器节点的类型为振动传感器、冲击传感器、温度传感器、压力传感器和热流传感器中的任一种。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，所述综合控制计算机还包括飞控模块，所述飞控模块用于通过所述无线中心节点接收目标惯性导航系统反馈的数据，并基于所述目标惯性导航系统反馈的数据确定所述运载火箭的轨迹是否偏移，在所述运载火箭的轨迹偏移的情况下，向目标伺服装置发送控制指令，以对所述运载火箭的轨迹进行纠正。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，所述无线中心节点为超宽带UWB无线传输主节点，所述无线通信单元为UWB无线传输从节点。

根据本申请提供的一种运载火箭的箭上电气系统，各供电单元均通过对应舱段的无线充电窗口进行充电。

本申请提供的运载火箭的箭上电气系统，包括：主控电气子系统和至少一个分控电气子系统，所述主控电气子系统和所述至少一个分控电气子系统依次设置于所述运载火箭从头部到尾部的多个舱段内；所述主控电气子系统和所述分控电气子系统均包括至少一个功能设备和至少一个无线传感器节点，所述功能设备和无线传感器节点均包括对应的供电单元和无线通信单元；所述主控电气子系统还包括无线中心节点和综合控制计算机，所述无线中心节点与所述综合控制计算机电连接，所述无线中心节点和所述综合控制计算机通过相应的供电单元统一供电；各分控电气子系统还包括至少一个中继转发天线，所述中继转发天线用于接收对应的分控电气子系统中的功能设备以及，无线传感器节点通过对应的无线通信单元发送的数据，并转发给所述无线中心节点；所述中继转发天线还用于接收所述综合控制计算机通过所述无线中心节点发送的控制指令并转发给目标设备。利用无线传输代替传统电缆网的有线连接，减少了电连接器和导线数量，取消了火箭级间脱插连接器，提升了火箭的载荷能力，同时降低了电缆网的设计工时、缩短了电缆网的生产周期，降低了运载火箭的电气成本。此外，基于分布式无线化电气系统构架，实现了舱段的模块化设计，系统具有良好的可移植性，提高了运载火箭的生产效率，降低了使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中一种运载火箭的箭上电气系统的结构示意图；

图2是本申请提供的运载火箭的箭上电气系统的结构示意图；

图3是本申请提供的运载火箭的箭上电气系统的数据交互模式示意图；

图4是本申请提供的运载火箭的箭上电气系统实例的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，传统的箭上电气系统是集中式有线架构，控制系统采用总线实现箭上、箭地信息和指令的传送。供配电集中式设计，系统节点众多。定制化设计的电缆网贯穿全箭，布局庞杂，并且多次穿越级间脱插连接器，整体布局较为复杂。现有的运载火箭的箭上电气系统依托传统的电缆网相连接，通过电连接器将火箭箭上的将箭载计算机（即综合控制计算机）、电池、伺服设备（包括伺服控制器和作动器）、遥测设备（即射频前端）、传感器等电气设备连接在一起，组成运载火箭箭上电气系统。传统电缆网包括了电连接器、导线、屏蔽网、保护套等零部件组成，是运载火箭的“神经网络”。随着商业航天的兴起以及多级运载火箭的需求增长，传统电缆网由于重量大，导致运载火箭载荷能力过低，并且对于不同型号、不同发射场合的运载火箭，其对应的定制化电缆网结构也有所不同，这将导致箭上电气系统设计耗时长、生产周期不可控以及可移植性差的问题，同时由于电连接器成本高、不方便运输，进一步降低了箭上电气系统的搭建效率，提高了使用成本。同时，电缆网承担了箭上电气系统的指令传输、数据传输、供配电传输等重要任务，电连接器及导线设计稍有错误，对于运载火箭带来的是不可估量的后果。

基于此，本申请实施例提供了一种运载火箭的箭上电气系统，以用于解决现有箭上电气系统重量大，设计耗时长、生产周期不可控以及可移植性差导致的箭上电气系统搭建效率低，使用成本高以及火箭载荷能力低的问题，提高运载火箭的载荷能力和生产效率，降低使用成本。

图2为本申请提供的运载火箭的箭上电气系统的结构示意图，如图2所示，该系统包括：

主控电气子系统和至少一个分控电气子系统，所述主控电气子系统和所述至少一个分控电气子系统依次设置于所述运载火箭从头部到尾部的多个舱段内；

所述主控电气子系统和所述分控电气子系统均包括至少一个功能设备和至少一个无线传感器节点，所述功能设备和无线传感器节点均包括对应的供电单元和无线通信单元；

所述主控电气子系统还包括无线中心节点和综合控制计算机，所述无线中心节点与所述综合控制计算机电连接，所述无线中心节点和所述综合控制计算机通过相应的供电单元统一供电；

各分控电气子系统还包括至少一个中继转发天线，所述中继转发天线用于接收对应的分控电气子系统中的功能设备以及，无线传感器节点通过对应的无线通信单元发送的数据，并转发给所述无线中心节点；所述中继转发天线还用于接收所述综合控制计算机通过所述无线中心节点发送的控制指令并转发给目标设备。

具体地，本申请实施例针对多级运载火箭设计分布式无线化箭上电气系统，如图2所示，本申请实施例的箭上电气系统包括主控电气子系统和至少一个分控电气子系统，所述主控电气子系统和所述至少一个分控电气子系统依次设置于所述运载火箭从头部到尾部的多个舱段内。可以理解的是，基于所述运载火箭的舱段级数，所述分控电气子系统数量可以自由调整，仅需保证火箭每个舱段内均包括一一对应的电气子系统即可。

所述主控电气子系统和所述分控电气子系统均包括至少一个功能设备和至少一个无线传感器节点，所述功能设备和无线传感器节点均包括对应的供电单元和无线通信单元。所述功能设备为惯性导航装置、点火控制装置、伺服装置或摄像装置中的任一种。所述惯性导航装置用于采集火箭的飞行速度、飞行角度和角速度等飞行状态数据，所述点火控制装置用于控制火工品起爆，以为火箭提供飞行动力以及舱段分离动力，所述伺服装置用于调整火箭的飞行状态，所述摄像装置用于获取火箭起飞和飞行过程中的状态图片或视频。可以理解的是，为了保证每级舱段能够正常点火和分离，以确保运载火箭正常飞行，所述主控电气子系统和所述分控电气子系统中至少包括一个功能设备，即点火控制装置。至于其它功能设备，可以根据实际需要进行增加。所述无线传感器节点用于采集火箭的状态数据，以供地面指挥中心准确了解火箭的运行状态。

值得注意的是，所述功能设备和无线传感器节点均包括对应的供电单元和无线通信单元，即本申请实施例的箭上电气系统，大到每个功能设备，小至每个独立传感器都自带供电单元和无线通信单元，以实现独立供电以及无线通信。相对于传统电缆网，取消了大量的电连接器，减少了导线的数量，大大减轻了箭上电气系统重量，提升了运载火箭运载能力；电缆网的缩减也大大降低了设计人员工时，加快了设计速度，降低了箭上电气系统的生产周期，提高了配套速度，物料成本也显著降低；并且，该设计使得箭上电气系统具有良好的可移植性，解决了不同火箭型号、不同发射场合电缆网系统无法重复利用的问题，降低了箭上电气系统的成本。同时，采用分布式供电的方式，也解决了传统箭上集中供电方式，一旦主电池损坏，轻则火箭无法起飞，重则全箭在飞行途中瘫痪的问题，提高了箭上电气系统的可靠性。可以理解的是，所述供电单元可以采用电池，也可以采用其它供电设备，所述无线通信单元可以采用无线收发器，也可以采用其他无线收发设备，本申请实施例对此不作具体限定。

所述主控电气子系统还包括无线中心节点和综合控制计算机，所述无线中心节点与所述综合控制计算机电连接，所述无线中心节点和所述综合控制计算机通过相应的供电单元统一供电。所述无线中心节点用于接收各电气子系统中功能设备以及无线传感器节点发送的数据，并向各电气子系统中功能设备以及无线传感器节点转发所述综合控制计算机下发的控制指令，以实现箭上设备的统一管理，降低箭上电气系统的使用、操作和维护的难度。同时，由于采用分布式无线化设计，电气系统中的功能设备和无线传感器节点可以根据实际需要进行扩展设计，大大提高了箭上电气系统的容错率以及可移植性。而且，所述无线中心节点与所述综合控制计算机电连接，所述无线中心节点和所述综合控制计算机通过相应的供电单元统一供电，也提高了系统的集成化程度。具体的，所述无线中心节点可以以插接件的形式与所述综合控制计算机电连接，当然也可以采用其它可行的集成化方式，本申请实施例对此不作具体限定。

各分控电气子系统还包括至少一个中继转发天线，所述中继转发天线用于接收对应的分控电气子系统中的功能设备以及，无线传感器节点通过对应的无线通信单元发送的数据，并转发给所述无线中心节点；所述中继转发天线还用于接收所述综合控制计算机通过所述无线中心节点发送的控制指令并转发给目标设备。考虑到箭上不同舱段之间的距离以及舱壁对于无线信号传输稳定性的影响，本申请实施例在各分控电气子系统（对应于每个舱段）中设置至少一个中继转发天线，用于接收对应的分控电气子系统中的功能设备以及，无线传感器节点通过对应的无线通信单元发送的数据，并转发给所述无线中心节点，同时接收所述综合控制计算机通过所述无线中心节点发送的控制指令并转发给目标设备，以保证无线信号传输的稳定性，提高箭上电气系统的可靠性。同时，采用中继转发天线代替传统的级间脱插连接器，完成贯穿全箭的数据交互和信息采集，降低了箭上电气系统的重量，同时使得每个舱段内的电气子系统能够组网，形成一个分布式小系统，降低了与所述无线中心节点的通信压力，提高了通信效率。可以理解的是，所述目标设备可以为无线传感器节点，也可以为功能设备。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，包括：主控电气子系统和至少一个分控电气子系统，所述主控电气子系统和所述至少一个分控电气子系统依次设置于所述运载火箭从头部到尾部的多个舱段内；所述主控电气子系统和所述分控电气子系统均包括至少一个功能设备和至少一个无线传感器节点，所述功能设备和无线传感器节点均包括对应的供电单元和无线通信单元；所述主控电气子系统还包括无线中心节点和综合控制计算机，所述无线中心节点与所述综合控制计算机电连接，所述无线中心节点和所述综合控制计算机通过相应的供电单元统一供电；各分控电气子系统还包括至少一个中继转发天线，所述中继转发天线用于接收对应的分控电气子系统中的功能设备以及，无线传感器节点通过对应的无线通信单元发送的数据，并转发给所述无线中心节点；所述中继转发天线还用于接收所述综合控制计算机通过所述无线中心节点发送的控制指令并转发给目标设备。利用无线传输代替传统电缆网的有线连接，减少了电连接器和导线数量，取消了火箭级间脱插连接器，提升了火箭的载荷能力，同时降低了电缆网的设计工时、缩短了电缆网的生产周期，降低了运载火箭的电气成本。此外，基于分布式无线化电气系统构架，实现了舱段的模块化设计，系统具有良好的可移植性，提高了运载火箭的生产效率，降低了使用成本。

基于上述实施例，所述功能设备为惯性导航装置、点火控制装置、伺服装置或摄像装置中的任一种；

所述综合控制计算机包括供配电模块，所述供配电模块用于通过所述无线中心节点向所述主控电气子系统和/或所述分控电气子系统中的目标供电单元发送供电控制指令，所述供电控制指令用于调节所述目标供电单元的工作状态以实现对应用电设备的休眠、唤醒和功能同步。

具体地，基于前述实施例的分布式供电方案，本申请实施例的综合控制计算机进一步包括供配电模块，所述供配电模块用于通过所述无线中心节点向所述主控电气子系统和/或所述分控电气子系统中的目标供电单元发送供电控制指令，所述供电控制指令用于调节所述目标供电单元的工作状态以实现对应用电设备的休眠、唤醒和功能同步。通过所述供配电模块调节供电单元的工作状态，能够实现箭上各设备的供电集中控制，实现功能同步，保证火箭正常运行。同时，通过供电单元工作状态的调节，还能实现箭上各设备的休眠和唤醒控制，降低箭上电气系统的整体功耗。对于休眠和唤醒的具体控制方式，可以通过调节目标供电单元的供电电压或目标设备中用电器的供电线路的通断实现，本申请实施例对此不作具体限定。本申请实施例还可以对无线传感器节点等需要供电的箭上设备进行低功耗设计，以进一步降低箭上电气系统的整体功耗。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，所述功能设备为惯性导航装置、点火控制装置、伺服装置或摄像装置中的任一种，所述综合控制计算机包括供配电模块，所述供配电模块用于通过所述无线中心节点向所述主控电气子系统和/或所述分控电气子系统中的目标供电单元发送供电控制指令，所述供电控制指令用于调节所述目标供电单元的工作状态以实现对应用电设备的休眠、唤醒和功能同步，能够保证火箭正常运行，同时降低箭上电气系统的整体功耗。

基于上述任一实施例，所述综合控制计算机还包括遥测采编模块和射频前端，所述遥测采编模块用于通过所述无线中心节点接收各电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据，对所述数据进行编帧，并通过所述射频前端将编帧后的数据发送给地面测发控系统。

具体地，通过所述综合控制计算机中的遥测采编模块和射频前端，能够接收所述无线中心节点收集的各电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据，对所述数据进行编帧，并将编帧后的数据发送给地面测发控系统，以便地面控制中心准确及时地获取火箭的运行状态信息，并针对异常情况进行处理，保证火箭的稳定运行。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，所述综合控制计算机还包括遥测采编模块和射频前端，所述遥测采编模块用于通过所述无线中心节点接收各电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据，对所述数据进行编帧，并通过所述射频前端将编帧后的数据发送给地面测发控系统。能够保证地面控制中心准确及时地获取火箭的运行状态信息，并针对异常情况进行处理，进而确保火箭的稳定运行。

基于上述任一实施例，所述综合控制计算机还包括时序模块，所述时序模块用于基于预设时序向目标舱段对应的电气子系统中的点火控制装置发送点火控制指令，以实现火工品起爆和舱段分离的有序控制。

具体地，所述时序模块能够基于预设时序向目标舱段对应的电气子系统中的点火控制装置发送点火控制指令，以实现火工品起爆，进而控制不同舱段有序分离，保证运载火箭正常运行。由于所述时序模块设置于火箭头部舱段，因此，及时其它舱段分离，也并不会影响该模块的功能，避免需要在各舱段中设置相应的时序模块以控制对应舱段的分离，降低了箭上电气系统的成本以及复杂度。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，所述综合控制计算机还包括时序模块，所述时序模块用于基于预设时序向目标舱段对应的电气子系统中的点火控制装置发送点火控制指令，以实现火工品起爆和舱段分离的有序控制，能够保证运载火箭正常运行，同时降低箭上电气系统的成本以及复杂度。

基于上述任一实施例，所述无线中心节点还用于基于目标电气子系统对应的舱段的分离时间，对所述目标电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据进行筛选。

具体地，传统箭上电气系统由于采用电缆网进行有线连接，当目标舱段分离时，该舱段中的用电设备即断开连接，因此，舱段中的功能设备以及无线传感器节点将停止与综合控制计算机通信，综合控制计算机只需将接收到的数据进行编帧并反馈给地面测发控系统即可。但对于本申请实施例的分布式无线箭上电气系统，由于各功能设备和无线传感器节点均是独立供电，因此，即使目标舱段分离，该舱段中的功能设备以及无线传感器节点仍然处于工作状态，因此，在目标舱段分离后的一段时间内，舱段对应的电气子系统中功能设备以及无线传感器节点仍然会与所述无线中心节点保持通信，并向所述无线中心节点反馈数据，直至目标舱段与火箭前端由于距离太远失去通信连接。但对于已经分离的舱段，其中的功能设备以及无线传感器节点反馈的数据对于判断火箭运行状态没有参考价值（即无用数据），若将无用数据进行采集编帧并向地面测发控系统发送，将会浪费大量的内存、编帧和通信资源。

基于此，本申请实施例中所述无线中心节点还用于基于目标电气子系统对应的舱段的分离时间，对所述目标电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据进行筛选，以剔除舱段分离后，舱段中的电气子系统反馈的数据，避免内存、编帧和通信资源的浪费。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，所述无线中心节点还用于基于目标电气子系统对应的舱段的分离时间，对所述目标电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据进行筛选，能够剔除舱段分离后，舱段中的电气子系统反馈的数据，避免内存、编帧和通信资源的浪费。

基于上述任一实施例，所述基于目标电气子系统对应的舱段的分离时间，对所述目标电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据进行筛选，具体包括：

基于功能设备以及无线传感器节点反馈的数据，确定对应的功能设备以及无线传感器节点标识；

基于所述功能设备以及无线传感器节点标识，确定对应的目标电气子系统以及所述目标电气子系统对应的舱段；

基于所述预设时序，确定所述目标电气子系统对应的舱段的分离时间；

基于所述分离时间以及，所述功能设备以及无线传感器节点反馈的数据的采集时间，对所述数据进行筛选。

具体地，由于功能设备和无线传感器节点都对应于唯一的身份标识，在传输数据时会在数据包中添加所述身份标识，因此，无线中心节点可以基于功能设备以及无线传感器节点反馈的数据，确定对应的功能设备以及无线传感器节点标识。同时，无线中心节点中会预先存储功能设备以及无线传感器节点与电气子系统以及舱段的对应关系，基于此，通过所述功能设备以及无线传感器节点标识，即可确定对应的目标电气子系统以及所述目标电气子系统对应的舱段。确定目标电气子系统对应的舱段，即可基于前述预设时序确定该舱段的分离时间，同时所述功能设备以及无线传感器节点反馈的数据包中也会包含数据的采集时间，因此，基于所述分离时间以及，所述功能设备以及无线传感器节点反馈的数据的采集时间，即可确定无用数据（即舱段分离后目标电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据）并剔除。基于上述方案，能够准确确定无用数据并进行剔除，避免箭上电气系统中内存、编帧和通信资源的浪费。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，所述基于目标电气子系统对应的舱段的分离时间，对所述目标电气子系统中功能设备以及无线传感器节点反馈的数据进行筛选，具体包括：基于功能设备以及无线传感器节点反馈的数据，确定对应的功能设备以及无线传感器节点标识，基于所述功能设备以及无线传感器节点标识，确定对应的目标电气子系统以及所述目标电气子系统对应的舱段，基于所述预设时序，确定所述目标电气子系统对应的舱段的分离时间，基于所述分离时间以及，所述功能设备以及无线传感器节点反馈的数据的采集时间，对所述数据进行筛选，能够准确剔除无用数据，避免箭上电气系统中内存、编帧和通信资源的浪费。

基于上述任一实施例，对于目标无线传感器节点进行冗余设置，冗余数量基于所述目标无线传感器节点的类型确定；

其中，所述无线传感器节点的类型为振动传感器、冲击传感器、温度传感器、压力传感器和热流传感器中的任一种。

具体地，所述无线传感器节点的类型为振动传感器、冲击传感器、温度传感器、压力传感器和热流传感器中的任一种，优选的，各舱段对应的电气子系统均设置以上五种类型的无线传感器节点，以确保火箭状态信息的全面采集。当然也可以基于实际需要调整不同舱段中的无线传感器节点类型，本申请实施例对此不作具体限定。

通常情况下，箭上搭载的传感器可靠性要求很高。但考虑到火箭飞行过程中外部条件比较恶劣，容易造成传感器损坏，因此，本申请通过多传感器冗余设置的方式以避免传感器节点损坏导致的无法准确获取火箭状态的问题。具体的，对于同一舱段中同一类型的无线传感器节点，基于无线传感器节点的类型判断其采集的数据对于火箭状态判断的重要程度，再基于所述重要程度，确定是否对其进行冗余设置以及冗余传感器的数量。例如，对于温度传感器，其采集的数据对于火箭状态判断的重要程度较低，因此，无需进行冗余设置，相应的，若无线中心节点基于其反馈的数据判断温度传感器损坏，则直接将对应的反馈数据剔除；而对于振动传感器，其采集的数据对于火箭状态判断的重要程度较高，因此，需要进行冗余设置。值得注意的是，对于普通传感器（例如温度传感器）而言，如果传感器损坏，其采集的数据将会出现明显异常，因此，仅需设置两个冗余传感器，将两者采集的数据进行对比即可确定存在损坏的传感器。但对于振动传感器等特殊传感器，即使损坏，其采集的数据也不会产生很明显的异常，因此，如果仅设置两个冗余传感器，将无法判断存在损坏的目标传感器。

本申请发明人通过研究发现，即使在火箭运行的极端情况下，对于多个冗余传感器，最多只会出现一个传感器故障的情况。基于此，出于兼顾成本和采集数据准确性的考虑，对于重要程度较高的传感器（如前述振动传感器），本申请实施例优选的冗余数量为三个。基于此，如果有一个传感器损坏，其数据相较于其它两个正常传感器会存在较大差异，相应的，无线中心节点通过对比即可快速确定故障传感器，并直接取正常无线传感器节点反馈的数据，用于后续编帧，能够在控制成本的基础上，尽可能保证获取的火箭状态信息的准确性。

值得注意的是，类似的，可以基于目标设备的重要程度，为其设置冗余供电单元，以避免火箭运行过程中，供电单元损坏造成的火箭故障或事故。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，对于目标无线传感器节点进行冗余设置，冗余数量基于所述目标无线传感器节点的类型确定，其中，所述无线传感器节点的类型为振动传感器、冲击传感器、温度传感器、压力传感器和热流传感器中的任一种。能够在控制成本的基础上，尽可能保证获取的火箭状态信息的准确性。

基于上述任一实施例，所述综合控制计算机还包括飞控模块，所述飞控模块用于通过所述无线中心节点接收目标惯性导航系统反馈的数据，并基于所述目标惯性导航系统反馈的数据确定所述运载火箭的轨迹是否偏移，在所述运载火箭的轨迹偏移的情况下，向目标伺服装置发送控制指令，以对所述运载火箭的轨迹进行纠正。

具体地，所述飞控模块中预存有火箭的预设飞行轨道，所述飞控模块通过所述无线中心节点接收目标惯性导航系统反馈的数据，基于所述目标惯性导航系统反馈的数据即可确定所述运载火箭的轨迹是否偏移（即偏离所述预设飞行轨道），在所述运载火箭的轨迹偏移的情况下，向目标伺服装置发送控制指令，以对所述运载火箭的轨迹进行纠正，确保火箭运行轨迹的正确性。可以理解的是，所述目标惯性导航系统可以为设置于一个或者多个舱段中的惯性导航系统。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，所述综合控制计算机还包括飞控模块，所述飞控模块用于通过所述无线中心节点接收目标惯性导航系统反馈的数据，并基于所述目标惯性导航系统反馈的数据确定所述运载火箭的轨迹是否偏移，在所述运载火箭的轨迹偏移的情况下，向目标伺服装置发送控制指令，以对所述运载火箭的轨迹进行纠正，能够保证火箭运行轨迹的正确性。

基于上述任一实施例，所述无线中心节点为超宽带UWB无线传输主节点，所述无线通信单元为UWB无线传输从节点。

具体的，图3为本申请提供的运载火箭的箭上电气系统的数据交互模式示意图。如图3所示，无线传感器节点和伺服控制器（即功能设备）通过无线通信单元将数据发送给转发器（即中继转发天线），由转发器将数据发送给无线中心节点（图中未示出），再由无线中心节点传输给综合控制计算机。当然，无线传感器节点和功能设备也可直接将数据发送给无线中心节点，再由无线中心节点传输给综合控制计算机。基于此，能够实现箭上电气系统中信息的无线交互。

所述无线中心节点和无线通信单元可以基于UWB（Ultra Wide Band，超宽带）无线传输技术实现，具体的，所述无线中心节点为UWB无线传输主节点，所述无线通信单元为UWB无线传输从节点。UWB无线传输主节点性能指标如下：

•传输距离：≤20m(弹体环境，单独舱体内)；

•传输体制：UWB（Ultra Wide Band，超宽带）；

•发射功率：≤1mW；

•发射频率：3.0 ~ 6.0GHz；

•UWB频道带宽：≥500MHz；

•可用通道：≥8个通道；

•信号传输带宽：≤6Mbps；

•数据接口：差分RS422电平；

•环境温度：工作温度-45℃~85℃，存储温度-55℃~125℃。

UWB无线传输从节点性能指标如下：

•传输体制：UWB （Ultra Wide Band，超宽带）；

•发射功率：≤1mW；

•发射频率：3.0 ~ 6.0GHz；

•数据传输带宽：≥6Mbps；

•组网能力：节点总数不限，节点可在带宽限制内分配；

•内置电池；

•缓变量传感器采样速率：1~100Hz可配置；

•速变量传感器采样速率：1kHz~20kHz可配置；

•功耗：≤0.5W（全工作状态）；

•待机电流：≤0.5uA；

•环境温度：工作温度-45℃~85℃，存储温度-55℃~125℃。

本申请发明人以基于试验验证上述方案的可行性，基于UWB的无线传输方案能够实现箭上低时延、高可靠性的无线传输。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，所述无线中心节点为超宽带UWB无线传输主节点，所述无线通信单元为UWB无线传输从节点，能够实现低时延、高可靠性的无线传输。

基于上述任一实施例，各供电单元均通过对应舱段的无线充电窗口进行充电。

具体的，本申请实施例中，在火箭起飞之前，各供电单元的电量管理系统会对各供电单元进行起飞前电量检测，并将检测数据通过无线传输的方式反馈到综合控制计算机，再由综合控制计算机传输给地面测发控系统。对于电量不足的目标供电单元，地面测发控系统会反馈充电控制指令以通过对应舱段的无线充电窗口对所述目标供电单元进行充电，能够及时进行电能补给，避免火箭飞行过程中供电单元电量不足导致的飞行故障或飞行事故，保证火箭正常工作。

本申请实施例提供的运载火箭的箭上电气系统，各供电单元均通过对应舱段的无线充电窗口进行充电，能够避免火箭飞行过程中供电单元电量不足导致的飞行故障或飞行事故，保证火箭正常工作。

下面以一个具体的例子介绍本申请运载火箭的箭上电气系统的具体结构，如图4所示为本申请提供的运载火箭的箭上电气系统实例的结构示意图，所述运载火箭为三级火箭，三级对应火箭头部舱段，二级对应中间舱段，一级对应尾部舱段。结合图4可知，三级对应主控电气子系统，所述主控电气子系统包括多个传感器节点、射频前端、无线中心节点、主电池和综合控制计算机。所述综合控制计算机包括遥测采编模块、时序模块、飞控模块和供配电模块。所述无线中心节点、射频前端和主电池均与所述综合控制计算机电连接，主电池为所述综合控制计算机和无线中心节点统一供电。

二级和一级均对应分控电气子单元，其中二级对应的分控电气子单元包括多个传感器节点、无线摄像头、点火控制装置及惯性导航系统。所述多个传感器节点、无线摄像头、点火控制装置及惯性导航系统均包括各自对应的供电单元（即图中摄像头电池、点火电池和惯导电池，其中传感器节点电池未示出）及无线通信单元（即图中无线收发器及对应天线）。一级对应的分控电气子单元与二级类似，包括多个传感器节点、点火控制装置、伺服控制器和作动器（即伺服装置）。所述多个传感器节点、点火控制装置及伺服装置均包括各自对应的供电单元（即图中点火电池和伺服电池，其中传感器节点电池未示出）及无线通信单元（即图中无线收发器及天线）。

可以理解的是，所述主控电气子系统中还应包括与一级和二级相同的点火控制装置（图中未示出），以进行点火控制。

基于前述实施例可知，在保证电气系统最稳定可靠的状态下，除顶级（对应于图4中的三级）外其他级对应的电气子系统的组成可以相同，即同时包括传感器、无线摄像头、点火控制装置、伺服装置和惯性导航系统，顶级除上述组成部分进一步包括射频前端、无线中心节点和综合控制计算机。但在实际应用过程中，各级对应的电气子系统的共有组成部分可以根据实际需要进行调整。图4即为其中一种调整方式示例，值得注意的是，虽然共有组成部分可以进行调整，但各级电气子系统至少需要包括点火控制装置以保证火箭正常飞行。至于传感器、无线摄像头、伺服装置和惯性导航系统，仅需保证全箭中存在至少一个即可。

本申请应用分布式无线电气系统，在各级火箭内的箭上设备、传感器等采用无线通信进行数据交互和指令传输。利用无线传输代替了传统电缆网的有线连接，减少了设备电连接器和导线数量、取消了火箭级间脱插连接器，提升了火箭的载荷能力，降低了电缆网的设计工时、缩短了电缆网的生产周期，降低了运载火箭的电气成本，为运载火箭的批量化生产铺平了道路。此外，基于分布式无线化电气系统构架设计，实现了舱段的模块化设计，系统具有良好的可移植性，解决了不同火箭型号、不同发射场合电缆网系统的重复利用问题。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。