一种箭载系统闭环测试系统及方法与流程

本发明涉及一种箭载系统闭环测试系统及方法，涉及运载火箭控制系统。

背景技术：

1、传统运载火箭系统测试主要为开环测试，经过多年的应用，开环测试的模式已经渐趋成熟，但受限于执行机构的动作无法影响惯性器件输入的特点，基于开环的测试模式在测试火箭全流程、飞行软件的测试覆盖性上存在一定薄弱环节。

2、新一代火箭测试技术中，闭环测试已经成为发展趋势。在闭环模飞测试系统中，动力学通过接口电路，模拟惯性器件、gnss导航接收机等敏感元件在实际飞行过程中的采样输出，并读取伺服反馈信号，经动态补偿，得到舵偏角，代入箭体运动方程中进行解算，得到箭体下一时刻的运动状态参数(角度、角速度和加速度)，从而构成一个闭环回路。

3、在闭环模飞测试中，箭上控制系统可以按照真实飞行状态的数据进行测试，达到在测试过程中对整个控制系统进行全面测试的目的，实现天地一致的测试目标。

4、在闭环测试过程中，能够方便地通过动力学设置各种干扰及故障，通过故障注入，检查飞行过程中控制系统对各种故障和干扰的适应性。

5、现有的运载火箭闭环测试系统，在地面设置专门的动力学仿真设备，为了模拟箭上单机信号，动力学与箭上还需要单独的单机模拟通路，设备复杂，箭地连接较多，只适合在系统中测试，不便于在总体及发射场进行。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了火箭系统闭环测试的设备系统复杂、箭地连接多、操作复杂、研制成本高、不便于发射场测试的问题。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种箭载系统闭环测试系统及方法，测试系统包括飞控计算机、光纤惯组、执行机构、总线。其中飞控计算机内部集成了运行飞行软件的三冗余cpu模块、gnss导航模块、箭测cpu模块。光纤惯组提供姿态和加速度信息，gnss导航模块提供位置和速度信息并提供系统校时秒脉冲。箭测cpu模块运行箭体动力学模型，并为光纤惯组和gnss导航模块提供单机模拟数字激励信息。此构架动力学模型软件运行于飞控计算机，实现了系统闭环测试在箭上的自闭环。

4、基于箭载闭环测试系统的架构，采用一体化集成设计，飞控计算机包含三冗余cpu模块、gnss导航模块和箭测cpu模块，集成了飞行控制功能、导航接收机功能和动力学仿真模型功能。gnss导航模块在飞行时输出真实速度、位置信息，在测试时可以输出动力学仿真模型解算的速度、位置激励信息，该激励信息由箭测cpu模块经rs422接口注入。箭测cpu模块运行箭体动力学仿真模型，通过总线采集执行机构的动作反馈，经解算得到当前的姿态、速度、位置信息，姿态信息可由rs422接口注入光纤惯组，转换为1553b总线惯组脉冲消息，供cpu模块中的飞行软件采集参与飞行控制，形成闭环的控制系统。

5、基于箭载闭环测试系统的架构，箭地连接简单，仅需要一路用于箭地通讯的标准以太网。箭测cpu模块通过一路以太网接收地面的测试指令并响应，可根据需要转发给cpu模块，测试过程的状态消息也由箭测cpu模块集中通过以太网发送给地面。所有试验项目的流程均可通过地面主控微机来远程控制，试验中所有的流程条目均保存于数据库中，根据不同的试验项目，可选取相应的条目组成不同的试验流程，以满足通用化设计要求。

6、基于箭载闭环测试系统的架构，本发明具有故障模拟功能，能够考核故障情况下系统的容错能力。通过调整箭测cpu模块中动力学模型的参数，可模拟发动机、喷管等动力故障，也可通过rs422地测激励接口，向光纤惯组及gnss导航模块注入测量单机故障，测试单机故障状态下系统的故障预案有效性。

7、动力学仿真模型运行于箭上，地面不需要运行动力学模型的设备，箭地之间不需要动力学模型的相关接口，箭上单机能够完成动力学与飞行软件的控制闭环。

8、飞控计算机集成了三冗余cpu模块、gnss导航模块和箭测cpu模块，实现了飞行控制、导航、箭上测试的一体化，省去了gnss导航接收机及测试设备。

9、本发明箭地连接简单，仅需要一路以太网，就可以完成飞行程序数据的装订，测试流程的控制。

10、本发明通过调整箭测cpu模块中动力学模型的参数，可以进行动力及单机的故障模拟。

11、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

12、(1)本发明具有集成化优势，箭上飞控计算机集成了导航接收机功能和动力学测试设备功能，箭上单机数量减少，不需要地面设备，箭地连接也减少，系统复杂度大大降低，有利于在各测试阶段实施。

13、(2)本发明具有便利性优势，随着发射任务的快速增加，对火箭快速测发的要求越来越高，本发明在试验时没有地面设备操作，没有箭地之间断开与连接操作，全程不改变系统连接状态，测试便利。

14、(3)本发明具有经济性优势，采用集成化的箭载闭环测试系统，箭上单机集成度高，地面不需要专门的测试设备，单机及测试设备的规模减少为以往型号50％以上，全过程不要求新设备的投入，并可以省去箭地间复杂的接口设计，提高火箭在发射市场的竞争力。

15、(4)本发明具有通用化优势，核心产品飞控计算机中的cpu模块采用通用化设计，使用标准vpx结构，硬件及软件配置项减少，能够降低设计及管理维护成本，这在火箭研制过程中意义较大。

技术特征：

1.一种箭载系统闭环测试系统，其特征在于，包括飞控计算机、光纤惯组、执行机构、总线；

2.根据权利要求1所述的一种箭载系统闭环测试系统，其特征在于，箭测cpu模块通过一路以太网接收地面的测试指令并响应，根据需要转发给三冗余cpu模块；测试过程的状态消息由箭测cpu模块通过以太网发送给地面。

3.根据权利要求1所述的一种箭载系统闭环测试系统，其特征在于，通过调整箭测cpu模块中动力学模型的参数模拟动力故障。

4.根据权利要求1所述的一种箭载系统闭环测试系统，其特征在于，通过rs422接口，向光纤惯组及gnss导航模块注入测量单机故障。

5.根据权利要求1所述的一种箭载系统闭环测试系统，其特征在于，箭测cpu模块根据伺服摆角、时序开关，按周期解算，输出速度、位置、姿态四元数、加速度、角速度，根据惯组模型，反算出惯组脉冲；根据速度位置，生成gnss导航信息。

6.根据权利要求1所述的一种箭载系统闭环测试系统，其特征在于，三冗余cpu模块和箭测cpu模块均采用通用cpu模块，硬件一致且可替换。

7.一种基于权利要求1所述箭载系统闭环测试系统的测试方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，箭测cpu模块通过一路以太网接收地面的测试指令并响应，根据需要转发给三冗余cpu模块；测试过程的状态消息由箭测cpu模块通过以太网发送给地面。

9.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，通过调整箭测cpu模块中动力学模型的参数模拟动力故障。

10.根据权利要求7所述的测试方法，其特征在于，通过rs422接口，向光纤惯组及gnss导航模块注入测量单机故障。

技术总结一种箭载系统闭环测试系统及方法，测试系统包括飞控计算机、光纤惯组、执行机构、总线。其中飞控计算机内部集成了运行飞行软件的三冗余CPU模块、GNSS导航模块、箭测CPU模块。光纤惯组提供姿态和加速度信息，GNSS导航模块提供位置和速度信息并提供系统校时秒脉冲。箭测CPU模块运行箭体动力学模型，并为光纤惯组和GNSS导航模块提供单机模拟数字激励信息。此构架动力学模型软件运行于飞控计算机，实现了系统闭环测试在箭上的自闭环。技术研发人员：张鹏,许瑞振,湛康意,杨孔进,马晓峰,肖剑受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/4