新一代运载火箭的数据驱动快速测试技术

2017-11-09籍文明唐硕刘丁一

电子技术与软件工程 2017年19期

籍文明++唐硕++刘丁一

摘要目前在运载火箭的测试与发射控制工程中，主要有两种方式，一是定制设备，二是基于标准的设备。这两种方式的设计理念殊途同归，都是让地面设备实现整体的测试工作。很多国家都意识到了地面设备操作在整个工程中的重要地位，并希望通过简化地点操作来缩减项目成本。本文首先介绍了运载火箭测试技术的发展历程，并提出了该技术在今后发展中的瓶颈，最后阐释了箭载系统的测试性设计。

【关键词】运载火箭数据驱动快速测试

如何提升运载火箭地面测试的效率，是一直困扰着各个国家火箭技术研究人员的重要问题。许多国家都选择健康管理技术，借助故障诊断技术，通过模型分析法，规则分析法与数据驱动分析法，实现故障的诊断。为了更好地将测试简化，还可以采用自检测功能的思路，借助火箭上设备自带的检测功能，将相关测试数据传回地面，并与地面算法得出的结果进行对比。这样可以使火箭的故障诊断更加精确。本文主要介绍的就是这一将地面测试系统与箭上测试系统进行分工的方案。

1 运载火箭测试技术的发展

1.1 测试技术的历程

在早起的航天技术发展过程中，火箭测试技术主要依靠的是人工手动操作。上世纪六十年代开始，手动操作开始被自动化测试所替代。1971年，火箭测试由箭载计算机完成，随着技术的不断发展，许多测试模件也应用于该领域，传统的箭测方案仅仅发挥着辅助的作用。针对火箭与地面连接插头数量受限的情况，被测信号难以全部到达地面，这就需要借助遥测数据来进行结果分析，并得出判断。但是，借助遥测数据可能会出现无线传输失锁、数据连续性遭破坏的情况，这都会影响到数据分析的结果以及决策。如果采取有线传输的方式，为了更好地符合分辨率的需求，应当确保码速率在一定水平之上，还应当确保控制系统与采样率相符合。

1.2 测试技术发展的瓶颈

测试技术的发展过程中，实现自动检测、分析一直是困扰研究人员的问题。首先，分析的全面性是有限的。因为电气系统测试的原理在标准总线地面测试系统之上，为了实现自动分析，系统级测试的用例是固定的，通过与之测试结果，可以对测试数据进行提前订制。但是没有可靠的判据描述方式，能够合理地对全程数据进行分析，因而时变参数的转化与判读会受到限制，影响最终的结果。同时，箭地总线的贷款难以支撑所有原始数据的传送，箭上仅仅将自检测得出的结论传输，缺少相应信息以支撑比对，箭上自检测结果的可靠性难以确定。日本有研究人员提出在小运载火箭上实现自主检测、诊断的设备，地面只对整体的流程进行把控即可。但是这一设想由于技术限制还未能实现。

就我国的测试技术发展而言，新一代运载火箭中专用的测试插头被取消，取而代之的是火箭尾部的“脱拔连接器”，这种技术直接测量的信号量相对较少对于测试覆盖性具有较高的要求。從实质上来看，地面数据分析是重复了箭上处理的过程，借此来实现鼓掌的查找。该技术曾应用于美国火星探路者号发生的“优先级翻转”故障。

2 箭载系统的测试性设计

硬件连接的接口受到了脱拔连接器数量的限制，因此信息流的设计应当趋向合理，这样才能提供恰当的监测点，从而获得可靠、准确的自检数据。接下来，本文将为实现这一目的提出分析与改进策略。

2.1 信息流分析

从信息流的角度进行分析，将控制系统的箭上智能设备可以分为三种，即综合控制器、箭载计算机以及伺服控制器。箭机本身没有办法自动获取一些信号，例如脉冲控制、增压控制等。然而各个控制器的自检信息以及遥测信息中会包含这些信号的内容。借助422接口或是1553B总线，可以将这些信息传送给遥测系统。

2.2 总线窃听技术

作为主控设备，箭机对于火箭控制系统的重要性不言而喻。在计算机内的总线段处设置监测点，在获得相对应的输入、输出信号时会更加便捷。监测箭机通过422、1553B以及485接口可以分别获得数字量遥测信息、飞行控制软件的数据以及各类控制器的自检测数据。

这就是“总线监听”技术，首先它可以很好地实现自动化的数据监测，不需要借助飞行软件。其次，它可以完成对所有地址线数据的监测，用户可以自主设置接口地址、内存地址以及监测地址，操作起来简洁、方便。另外，总线监听技术的核心原理是中断触发模式，一旦被检测的内容数据发生了变化，就会触发记录、发送等行为，这样一来，就可以对总线进行不间断的检测，保障了采集与传输的质量。最后，在占用网络资源上，该技术表现十分出色，它具有大容量的缓冲区，一旦缓冲区写满，就会主动对数据进行存盘，然后将缓冲区清空，解放了网络资源的占用。

2.3 其他类型的可测试性设计

从功能上对飞行控制软件进行区分，可以分为两个方面：

（1）主控任务等，主要用于导航制导与控制；

（2）数据管理，主要应用于数字量遥测信息、BIT数据的获取。

借助嵌入式的操作系统，可以很好地平衡两方面任务在功能方面发挥的作用。其中，数据管理任务处在较低的优先级，系统将先执行主控任务。如果在执行数据管理任务的过程中，主控任务提交了命令，那么将会中断对原有任务的执行而优先执行主控任务。

3 结论

与现有的测发控技术相比，数据驱动快速测试技术具有许多明显的特点。

（1）可以将测试工作在箭上系统内完成，地面只负责数据分析，提升了整体的工作效率。

（2）缩减了地面所需的测试设备，测控总线不需要不断更新。

（3）确立了统一的模型，使箭上和地面可以实现同步测算，在查找出错部位等方面表现得更加出色，缩短了故障查找的时间，提升了故障解决的效率。

（4）自动对比控制周期的中间结果，使测试更加完善。

该技术的实现，有赖于箭地之间的高速总线，完成了大量数据传输的工作，还有赖于箭上处理能力的提升，因此可以支撑BIT的实现。同样的工作量下，原有的技术需要3、4人花费半天时间才能完成，借助此技术可以在无人参与的情况下同步完成，并且很快就可以生成对应的分析报告，大大提升了工作的效率。