廖梁兵 李軍

（中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，四川 成都 610036）

0 引言

航天外測(cè)安全系統(tǒng)完成運(yùn)載火箭的高精度軌道參數(shù)測(cè)量和安全控制，系統(tǒng)由地面測(cè)控站、箭載外測(cè)安全系統(tǒng)單機(jī)和測(cè)試發(fā)射控制系統(tǒng)（下文簡(jiǎn)稱“測(cè)發(fā)控系統(tǒng)”）組成。

外測(cè)安全測(cè)發(fā)控系統(tǒng)主要完成箭載單機(jī)單元測(cè)試、等效測(cè)試、分系統(tǒng)測(cè)試與控制系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)、利用系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等的匹配測(cè)試以及各項(xiàng)大系統(tǒng)測(cè)試[1]。上述測(cè)試數(shù)據(jù)將作為火箭工作狀態(tài)判定的依據(jù)。

近年來，我國(guó)航天發(fā)射任務(wù)趨于密集，這對(duì)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)提出了更高的要求，實(shí)現(xiàn)航天外測(cè)安全系統(tǒng)的快速展開、快速撤收和全自動(dòng)快速測(cè)試迫在眉睫。在此大背景下，本文設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)快速測(cè)發(fā)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于野戰(zhàn)包裝箱進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用全數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化[2]技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了外測(cè)安全系統(tǒng)測(cè)試的全自動(dòng)化及快速化，極大地提高了測(cè)試效率及可靠性，為航天高密度發(fā)射任務(wù)的完成提供了有力支撐。

1 運(yùn)載火箭外測(cè)安全測(cè)發(fā)控系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

1.1 測(cè)試項(xiàng)目

外測(cè)安全系統(tǒng)需要完成如下測(cè)試項(xiàng)目。

（1）箭載單機(jī)單元測(cè)試。箭載單機(jī)包括連續(xù)波體制應(yīng)答機(jī)、脈沖體制應(yīng)答機(jī)、安控體制設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、控制器和配電器等。對(duì)上述單機(jī)的單元測(cè)試項(xiàng)目包括：工作頻段、發(fā)射功率、接收靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、誤碼率、狀態(tài)上報(bào)信息等。

（2）等效測(cè)試。箭載單機(jī)單元測(cè)試完成后，外測(cè)安全系統(tǒng)將參加分系統(tǒng)及后續(xù)大系統(tǒng)測(cè)試，為確保測(cè)發(fā)控系統(tǒng)工作正常，需要用等效器模擬單機(jī)進(jìn)行測(cè)試，確保流程執(zhí)行正常。

（3）分系統(tǒng)測(cè)試。保證箭載單機(jī)指標(biāo)滿足系統(tǒng)要求后，外測(cè)安全分系統(tǒng)以模擬系統(tǒng)零時(shí)信號(hào)為基準(zhǔn)，在統(tǒng)一流程時(shí)序的控制下，各單機(jī)完成加電、信號(hào)發(fā)射、信號(hào)接收、信號(hào)判讀等工作，確保分系統(tǒng)滿足大系統(tǒng)的使用要求。

（4）匹配測(cè)試。大系統(tǒng)測(cè)試需要各分系統(tǒng)在統(tǒng)一的時(shí)序下協(xié)同工作，外測(cè)安全分系統(tǒng)與控制系統(tǒng)、遙測(cè)系統(tǒng)、利用系統(tǒng)、故障診斷系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)等存在通信接口，需要完成與上述分系統(tǒng)的接口匹配測(cè)試，保證大系統(tǒng)測(cè)試流程的順利執(zhí)行。

（5）大系統(tǒng)測(cè)試。分系統(tǒng)測(cè)試及匹配測(cè)試完成后，為全面檢驗(yàn)運(yùn)載火箭發(fā)射狀態(tài)，需要進(jìn)行各項(xiàng)大系統(tǒng)測(cè)試。外測(cè)安全分系統(tǒng)根據(jù)大系統(tǒng)流程，執(zhí)行規(guī)定動(dòng)作，配合完成火箭發(fā)射狀態(tài)全面檢驗(yàn)。

1.2 測(cè)發(fā)控系統(tǒng)功能需求

測(cè)發(fā)控系統(tǒng)需要完成箭載單機(jī)單元測(cè)試、等效測(cè)試、分系統(tǒng)測(cè)試、匹配測(cè)試及大系統(tǒng)測(cè)試?，F(xiàn)階段，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)普遍采用分立系統(tǒng)架構(gòu)，即每一種箭載單機(jī)采用單獨(dú)的測(cè)試設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行測(cè)試，每一種單機(jī)均需要獨(dú)立的操作人員，測(cè)試及流程協(xié)調(diào)較為復(fù)雜。單機(jī)測(cè)試數(shù)據(jù)獨(dú)立，對(duì)測(cè)試結(jié)果查詢、分析、保存也帶來諸多不便[3]。

圖1 傳統(tǒng)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)備組成

為解決上述問題，對(duì)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)提出了以下需求。

1.2.1 傳統(tǒng)分立設(shè)備向一體化集成架構(gòu)演進(jìn)的需求

傳統(tǒng)分立測(cè)試采用分立的測(cè)試設(shè)備，測(cè)試速度慢、測(cè)試流程復(fù)雜、數(shù)據(jù)處理難度大、和數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)共享不便，難以滿足航天高密度發(fā)射要求。采用一體化集成架構(gòu)，將原分立測(cè)試設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)和光鏈路組成一個(gè)有機(jī)整體，完成包含單元、等效、分系統(tǒng)、匹配及大系統(tǒng)測(cè)試在內(nèi)的全流程測(cè)試[4]。采用一體化集成架構(gòu)的測(cè)發(fā)控系統(tǒng)，功能及設(shè)備集成度高、配置靈活，便于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)靈活控制。

1.2.2 自動(dòng)化、快速測(cè)試需求

航天外測(cè)系統(tǒng)單機(jī)種類繁多，單機(jī)指標(biāo)較多，每一種單機(jī)都需要配備專門的測(cè)試人員。運(yùn)載火箭測(cè)試流程須按照嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系，對(duì)測(cè)試人員的專業(yè)水平提出了很高的要求，同時(shí)測(cè)試過程和事后數(shù)據(jù)判讀都需要耗費(fèi)大量時(shí)間，難以適應(yīng)航天高密度發(fā)射需求，急需實(shí)現(xiàn)測(cè)試的自動(dòng)化和快速化[5]。

1.2.3 快速部署需求

目前，我國(guó)航天發(fā)射密度不斷提高，部分型號(hào)要求具備野戰(zhàn)能力，這就對(duì)火箭出廠、靶場(chǎng)測(cè)試速度和可靠性都提出了更高的要求，航天外測(cè)系統(tǒng)需要具備快速部署能力，即測(cè)發(fā)控系統(tǒng)運(yùn)輸方便，能適應(yīng)各種運(yùn)輸場(chǎng)景，同時(shí)展開和撤收速度快，系統(tǒng)可靠性高。

2 全自動(dòng)快速測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

針對(duì)航天外測(cè)安全系統(tǒng)全自動(dòng)測(cè)試、快速部署測(cè)試需求，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)測(cè)試技術(shù)作為核心，配合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、射頻光傳輸技術(shù)、測(cè)試模板設(shè)計(jì)技術(shù)、高集成度設(shè)計(jì)技術(shù)、野戰(zhàn)包裝技術(shù)，構(gòu)建全自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

快速測(cè)發(fā)控系統(tǒng)由中心測(cè)控計(jì)算機(jī)、光傳輸系統(tǒng)、供配電設(shè)備、單機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備組成。測(cè)控計(jì)算機(jī)是系統(tǒng)控制處理中心，完成流程的編制、加載和下發(fā)。單機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備包括單脈沖體制綜合測(cè)試設(shè)備、雙頻體制綜合測(cè)試設(shè)備、安控指令接收機(jī)綜合測(cè)試設(shè)備、衛(wèi)星通信綜合測(cè)試設(shè)備和等效器等。

圖2 全自動(dòng)快速測(cè)發(fā)控系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 全自動(dòng)測(cè)試流程設(shè)計(jì)

測(cè)發(fā)控系統(tǒng)首先需要完成單元測(cè)試和等效測(cè)試，隨后需要嚴(yán)格按照火箭發(fā)射時(shí)序完成分系統(tǒng)測(cè)試、匹配測(cè)試和全系統(tǒng)測(cè)試。同時(shí)，為了滿足系統(tǒng)排查故障等需求，需要實(shí)現(xiàn)流程可裝訂。

快速測(cè)發(fā)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)了高效的測(cè)試流程。用戶首先輸入認(rèn)證用戶和密碼，認(rèn)證通過后即可開始測(cè)試。用戶可對(duì)單元測(cè)試、分系統(tǒng)測(cè)試、匹配測(cè)試和全系統(tǒng)測(cè)試流程進(jìn)行裝訂，裝訂好的流程會(huì)自動(dòng)生成配置文件，測(cè)試過程完全按照裝訂好的流程進(jìn)行，測(cè)試完成后會(huì)自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告，判斷參數(shù)超差，并據(jù)此進(jìn)行故障診斷。

2.3 快速部署測(cè)發(fā)控架構(gòu)設(shè)計(jì)

隨著航天發(fā)射密度的提高，特別是部分型號(hào)提出了野戰(zhàn)的需求，對(duì)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)測(cè)試速度和可靠性都提出了更高的要求。在實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)測(cè)試的同時(shí)，還要求測(cè)發(fā)控系統(tǒng)運(yùn)輸方便、展開和撤收迅速。

針對(duì)上述需求，測(cè)發(fā)控系統(tǒng)進(jìn)行了快速部署設(shè)計(jì)，具體措施包括以下內(nèi)容。

（1）測(cè)發(fā)控系統(tǒng)各組成設(shè)備均采用小型化設(shè)計(jì)。對(duì)各設(shè)備內(nèi)部模塊及整機(jī)進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)，縮小體積，降低重量。

（2）根據(jù)設(shè)備功能劃分安裝機(jī)箱，對(duì)設(shè)備進(jìn)行總體優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)接口聯(lián)系緊密的設(shè)備，安裝在同一個(gè)野戰(zhàn)機(jī)箱內(nèi)，該機(jī)箱重量輕，滾輪可拆卸。機(jī)箱進(jìn)行減震設(shè)計(jì)，可適應(yīng)飛機(jī)空投、鐵路、公路、水運(yùn)等運(yùn)輸場(chǎng)景。

（3）同一個(gè)機(jī)箱內(nèi)部設(shè)備的電纜均鎖定，系統(tǒng)展開時(shí)，只需要連接機(jī)箱間的少量電纜，大大提高展開和拆收速度。

由于設(shè)計(jì)了快速測(cè)發(fā)控架構(gòu)，系統(tǒng)展開和撤收時(shí)間均縮短為10分鐘，為未來更高層次的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2.4 可靠性設(shè)計(jì)

由于測(cè)發(fā)控系統(tǒng)集成度和自動(dòng)化程度大大提高，同時(shí)具備快速部署能力，對(duì)系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。在設(shè)計(jì)中，為提高可靠性，主要采取如下措施。

（1）根據(jù)系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，進(jìn)行單機(jī)指標(biāo)分配，對(duì)于關(guān)鍵插箱、電路、元器件，進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)。

（2）元器件廠家及型號(hào)嚴(yán)格在選用目錄中選取，并采用相應(yīng)的篩選規(guī)范。

（3）為適應(yīng)各個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，將機(jī)箱、設(shè)備、電路板進(jìn)行加固、減震和三防設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1 先進(jìn)的數(shù)字化綜合測(cè)試架構(gòu)

測(cè)發(fā)控系統(tǒng)測(cè)試單機(jī)采用先進(jìn)的數(shù)字化綜合測(cè)試架構(gòu)，能完整地對(duì)單機(jī)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，且測(cè)試流程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。數(shù)字化綜合測(cè)試設(shè)備覆蓋了連續(xù)波體制應(yīng)答機(jī)、脈沖體制應(yīng)答機(jī)、安控指令接收機(jī)、衛(wèi)星通信設(shè)備等單機(jī)。傳統(tǒng)的單機(jī)測(cè)試采用分立架構(gòu)，使用獨(dú)立的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、校零設(shè)備、測(cè)試臺(tái)及標(biāo)準(zhǔn)儀器，測(cè)試效率較低，測(cè)試流程復(fù)雜，數(shù)據(jù)分析和處理不便。數(shù)字化綜合測(cè)試設(shè)備采用基于工業(yè)總線設(shè)計(jì)的先進(jìn)測(cè)試架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化測(cè)試，大大提高了測(cè)試效率、降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，便于大批量生產(chǎn)[6]。

3.2 基于光信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)

靶場(chǎng)測(cè)試分為技術(shù)廠區(qū)和發(fā)射陣地兩個(gè)部分，對(duì)于航天外測(cè)系統(tǒng)的發(fā)射陣地測(cè)試中，設(shè)備布局在后端測(cè)試間和火箭前端測(cè)試間，兩個(gè)測(cè)試間的距離經(jīng)常在1.3公里以上。在傳統(tǒng)的測(cè)發(fā)控系統(tǒng)中，后端和前端信號(hào)通過高頻電纜進(jìn)行連接，高頻電纜數(shù)量多、信號(hào)損耗大、時(shí)延大，導(dǎo)致電纜網(wǎng)復(fù)雜，可靠性不高，高頻電纜對(duì)信號(hào)的損耗常常限制了設(shè)備的靈活部署和應(yīng)用。全自動(dòng)測(cè)發(fā)控系統(tǒng)用先進(jìn)的光設(shè)備進(jìn)行信號(hào)傳輸，大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)連接，極大地加快了部署速度，提高了系統(tǒng)的可靠性和靈活性。

4 結(jié)語

快速測(cè)試發(fā)射控制系統(tǒng)可滿足運(yùn)載火箭工廠及靶場(chǎng)的測(cè)試需求，通過設(shè)計(jì)快速部署測(cè)發(fā)控架構(gòu)、先進(jìn)數(shù)字化綜合測(cè)試架構(gòu)、光信號(hào)傳輸系統(tǒng)和全自動(dòng)化測(cè)試模板，大大提高了測(cè)試效率和可靠性。全自動(dòng)快速測(cè)發(fā)控系統(tǒng)在我國(guó)多個(gè)重點(diǎn)型號(hào)的運(yùn)載火箭發(fā)射測(cè)試任務(wù)中工作正常，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。