一种用于高速平台的非时间校准式同步起爆控制方法

本发明涉及起爆控制，适用于高速平台下分布式节点的协同起爆控制，具体涉及一种用于高速平台的非时间校准式同步起爆控制方法。

背景技术：

1、云爆弹是一种综合毁伤型常规弹药，由高超声速飞行器投放的云爆弹落速可达2～3马赫，而其毁伤效果主要取决于弹药抛撒的云爆剂(固体或者液体)的起爆同步性，这对引信起爆的同步性提出了较高的要求。空中投放的云爆弹引信处于高速运动状态且结构相对简单，难以配备高效可靠的卫星连接设备以保证卫星授时的可用性，而引信由于上电时间不一致使得本地时钟在发射与飞行过程中难以保持时间的一致性，同时动态非稳定环境使得硬件晶振易受到温漂或晶振频偏的影响，导致引信时钟的守时精确度下降，因此需要一种用于速度可达3马赫的高速平台同步起爆控制方法。

2、目前常用的云爆弹用同步起爆控制方法为时间校准式方法，即通过自组织网络进行多次通信对各子弹本地时钟进行校准，进而实现同步起爆控制，如专利202310966179.5中提出的一种二次起爆云爆弹用时间校正同步起爆控制方法。时间校准需要各个引信节点之间相互组网并进行多次数据通信进行传输延时通讯以进行时间校准，而在子弹高速运动状态下，网络状态动态变化且拓扑不稳定容易使得校准式方法的同步过程时间过长，难以保证同步延时通信的时效性进而预估时间补偿的误差大小，使得同步精度要求不能满足高速平台同步起爆的要求。

3、因此现有的技术方案无法解决高速情况下母式二次起爆云爆弹子弹间同步过程时间过长、时间同步精度低的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种用于高速平台的非时间校准式同步起爆控制方法，能够在高速、多节点情况下快速实现组网云爆弹的精确时间同步，同步过程通信次数少、精度高。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

3、步骤1：云爆弹投放平台由平台上供电系统和控制系统组成，在平台释放云爆弹前平台上供电系统给协同组网组件供电，协同组网组件上电后进行状态自检和组网状态自检，在完成自检后向平台上控制系统发送状态检测结果并等待后续指令，平台上控制系统接收协同组网组件状态后向其发送待机指令，协同组网组件进入休眠状态。

4、步骤2：平台在预先设定的高度投放云爆弹，云爆弹即弹药，由协同组网组件、供电系统和控制系统组成，在弹药从平台上抛射出去并在空中完成姿态调整后进入相对稳定阶段后，弹药上供电系统给弹药全系统进行供电，弹药上控制系统向协同组网组件发送动作指令，协同组网组件从休眠状态转换为工作状态，采用热启动的方式建立无线自组织网络。

5、步骤3：组网完成后，协同组网组件从所有在网节点中推选出某一节点为网络时间基准节点，非基准节点向网络时间基准节点发送时钟询问信息，并根据网络时间基准节点返回的信息到达所述非基准节点的时钟调整所述非基准节点的时钟，实现基本同步。

6、步骤4：完成基本同步后，网内非基准节点通过发送时钟同步询问和问答消息，计算自身节点与网络时间基准节点之间的时间误差，并判断时间误差是否满足时间同步精度要求，如时间误差满足时间同步精度要求则直接执行步骤5。如不满足则根据测算出的所述时间误差调整所述非基准节点自身的时钟校准值tpre，直到所述非基准节点的时钟tclock与时钟校准值tpre的和与所述网络时间基准节点的时钟tbase间的误差在规定精度范围内，执行步骤5。

7、步骤5：在完成上述步骤后，各在网节点包括所述网内非基准节点及网络时间基准节点将同步后的时间信号作为系统时钟由协同组网组件的硬件接口输出给弹药上引信和控制系统，由此形成云爆弹上各子系统间的时间精同步，根据不同类型云爆弹的使用作用需要，弹药上的控制系统和引信以所述的系统时钟进行云爆剂抛撒时间以及二次引信起爆时间的确定和作用。

8、进一步地，步骤2具体为：

9、平台在合适高度投放云爆弹后，在云爆弹即弹药从平台上抛射出去并在空中完成姿态调整后进入相对稳定阶段后，弹药上供电系统给弹药全系统进行供电，弹药上控制系统向协同组网组件发送动作指令，协同组网组件从休眠状态转换为工作状态，采用热启动的方式建立无线自组织网络，此时协同组网组件不需要再次进行组件自检、程序初始化步骤，弹药上协同组网组件开始持续发送自身入网消息并搜索和接收其他节点的入网消息，建立两两节点间可互相通信的无线自组织网络，具体建立方式为：

10、采用单层平面网络拓扑结构，搜索入网信息持续的时间间隔ts即预先设定的网络的构建时间由估计系统时间的不确定性决定，其中系统时间收到时钟分配路线的长短、时钟建立时间因素和晶振源头固有噪声的影响，使得每个弹药上协同组网组件的系统时间存在时钟偏移δ，由此造成了每个弹药系统时间，若所有弹药数量为n，则n个弹药自身的时钟偏移量分别为δ1,δ2,......,δn，使用时钟偏移量估计系统时钟的不确定性，采用静态时序分析方法事先测定所有弹药的时钟偏移量大小，设预计的搜索入网信息持续的时间间隔为则n个弹药上装定的搜索入网信息持续的时间间隔为δ＝δ1,δ2,......,δn；若协同组网组件在上述时间间隔ts内没有收到有效的入网消息，则继续等待有效入网邀请消息的接收，直至完成两两节点间可互相通信的无线自组织网络的构建，即组网完成。

11、进一步地，步骤3，具体为：

12、组网完成后，协同组网组件从所有在网节点中推选出某一节点为网络时间基准节点，非基准节点向网络时间基准节点发送时钟询问信息，并根据网络时间基准节点返回的信息以及时钟询问信息到达所述非基准节点的延时调整所述非基准节点的时钟，并根据网络时间基准节点返回的信息到达所述非基准节点的时钟调整所述非基准节点的时钟，其中网络时间基准节点返回的信息时刻为tbase，而所述时钟询问信息到达所述非基准节点的延时为τ，那么非基准节点应当按照tbase+τ调整自身的时钟，从而实现基本同步过程。

13、进一步地，组网完成后，协同组网组件从所有在网节点中推选出某一节点为网络时间基准节点，具体地，采用预先参数装订的推选方式，选择1号节点作为网络时间基准节点，1号节点无需再进行其他时间同步过程。若1号节点由于故障未成功接入网络，则通过节点自身状态、网络连接质量、接入网络顺序，从其他节点中优选一个节点作为网络时间基准节点。

14、进一步地，步骤4中，计算自身节点与网络时间基准节点之间的时间误差，具体方式为：

15、设网络时间基准节点在接收到询问消息后测量消息到达时间t1，并在固定延时ta，其中时刻后向所述网内非基准节点发送响应消息，在响应消息中写入接询问消息到达时间t1，所述网络网内非基准节点接收到网络时间基准节点发送的响应消息后并测量响应消息到达时间t2，通过以下公式计算出自身节点与网络时间基准节点间的时间误差ε：

16、

17、其中t3表示组网通信体制造成的网络时间基准节点使用信道到所述网内非基准节点使用信道的时间差。

18、进一步地，步骤4中，判断时间误差是否满足时间同步精度要求，如时间误差满足时间同步精度要求则直接执行步骤5；如不满足则根据测算出的所述时间误差调整所述非基准节点自身的时钟校准值tpre，直到所述非基准节点的时钟tclock与时钟校准值tpre的和与所述网络时间基准节点的时钟tbase间的误差在规定精度范围内，执行步骤5，具体采用如下步骤：

19、如果时间误差ε小于等于事先设定的时间同步误差范围t误差即满足ε≤t误差，则转入步骤5。

20、如时间误差ε大于事先设定的时间同步误差范围t误差，则计算得时钟校准值tpre＝ε/2+e温漂，其中e温漂表示协同组网组件选用的晶振随时间的变化值，则所述非基准节点的时钟tclock更新为tclock+tpre，并再次重复向所述网络时间基准节点发送时钟同步询问和问答消息,重复步骤4，直至自身时钟tclock与所述网络时间基准节点的时钟tbase间时间误差满足时间同步精度要求，执行步骤5。

21、进一步地，步骤5中，根据不同类型云爆弹的使用作用需要，弹药上的控制系统和引信以所述的系统时钟进行云爆剂抛撒时间以及二次引信起爆时间的确定和作用，具体为：所述的系统时钟周期为tclock，所需的云爆剂抛撒时间以及二次引信起爆时间分别为t抛撒和t起爆，则计时次数分别为和采用寄存器计数的方法实现云爆剂抛撒和二次引信起爆的时间延时作用。

22、进一步地，步骤5之后还包括如下步骤：

23、步骤6：网内非基准节点通过时钟滤波算法持续监控时钟性能，若时钟误差超过所述步骤4中同步精度要求，则重复步骤5，再次进行精同步过程，精同步过程中禁止除时钟同步询问和问答消息以外的其他消息发送。

24、若网络通信不足以支持完成步骤5的时间精同步过程，则采用卡尔曼滤波的方法预测时钟校准值tpre以保证守时的精度。

25、在网络通信状态足以支持完成步骤5的时间精同步过程时，使用步骤5中的预测时钟校准值tpre保证时间的同步精度。

26、有益效果：

27、本发明提供了一种用于高速平台的非时间校准式同步起爆控制方法，能够在高速、多节点情况下快速实现组网云爆弹的精确时间同步，同步过程通信次数少、精度高。完成精同步过程后使用系统时钟进行数据传输与规划控制，不需计算各个节点之间的矫正误差，同时通过子系统内的时间同步可以减少引信与动作机构不同时钟造成的延迟误差，满足高速情况下同步起爆的时间精度要求。