一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统技术方案

一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统，启动转接盒作为翼伞自主归航控制系统与火箭总体的接口；配电点火控制器加电后以一定的时序控制各个设备加电和控制火工品起爆；归航控制器运行归航算法，控制翼伞飞行方向；定位定向仪使用双天线进行方向测量和定位，同时内部集成了陀螺仪和倾角传感器；数传机负责翼伞自主归航控制系统与地面站之间的通信；伺服控制装置包括电机、驱动器和传动机构，用于翼伞的操纵控制；控制电源提供整个控制系统所需的控制电；动力电源提供火工品和伺服控制装置所需的动力电。该控制系统集成导航、制导、数传、火工起爆的功能，同时与助推器接口相匹配，形成应用于火箭助推器回收的通用化翼伞自主归航控制系统。

An autonomous homing control system of Parafoil for rocket booster recovery

【技术实现步骤摘要】
一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统
本专利技术一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统，属于航天器回收控制领域，特别涉及一种航天器回收自主归航控制系统。
技术介绍
火箭助推器是火箭发射时，使其迅速飞离发射台并加速达到预定飞行速度的一种小型火箭发动机，当助推器完成任务后会脱离火箭本体，分离后的助推器处于无控自由落体状态，落地速度大，落点散布大。我国现有发射场由于历史原因，都建在内陆、且航迹常常经过人口稠密地区。分离体残骸坠地过程中的巨大冲击力使箭体有可能发生巨大的爆炸；并且推进剂贮箱内残余的推进剂坠地后的泄漏也对地面人畜安全构成了巨大威胁。采用可控翼伞实现助推器可控回收是目前解决助推器落地速度大，落点散布大的有效手段。本专利技术设计了翼伞自主归航控制系统。该控制系统通过定位定向仪，获得控制系统的位置，与目标点比对后得出相应的控制策略，控制伺服装置，进而控制翼伞的形态，使得控制系统实现定点着陆。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统，对比以往方案，通过集成了GPS和陀螺仪的定位定向仪提高了系统可靠性，通过可编程三模冗余配电点火控制器，提高系统可靠性及适用性，通过能够实现控制系统集成化及通用化，扩大控制系统适用范围，通过动力电源中集成的监测模块，能够实现对重要参数的采集，对后续分析验证提供重要依据。本专利技术控制系统集成导航、制导、数传、火工起爆的功能，同时与助推器接口相匹配，形成应用于火箭助推器回收的通用化翼伞自主归航控制系统。本专利技术的技术解决方案是：一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统，包括：启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置、控制电源和动力电源；启动转接盒用于接收上级发送的火箭总体加电指令，根据所述火箭总体加电指令开关控制配电点火控制器的加断电；启动转接盒在火箭发射前加电，等待接收火箭总体的加电指令，在火箭助推器分离时，启动转接盒接收到所述加电指令给配电点火控制器加电；配电点火控制器用于控制火工品起爆和给归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置加电；所述火工品起爆用于使伞舱盖的弹出，伞舱盖在弹出的过程中拉出装在伞舱里的翼伞，翼伞拉出来后展开，所述火工品起爆的时间由轨道计算得出；配电点火控制器加电后，首先给归航控制器、定位定向仪、数传机加电；火工品起爆和伺服控制装置共用动力电源，为了避免大电流对动力电源性能的影响，采用分时控制策略，当配电点火控制器完成火工品起爆控制后，再对伺服控制装置加电；归航控制器接收定位定向仪采集的定位定向信号，将定位定向信号与目标点进行比较计算，并结合地面站发送的控制指令，运行归航程序，获得控制量输出给伺服控制装置，同时对控制量及定位定向信号进行整合后作为监测数据通过串口转发给数传机，并接收数传机上传的控制指令；定位定向仪内部集成有GPS和陀螺仪，用于给归航控制器提供定位定向信息；数传机接收归航控制器发送的监测数据并转发给地面站，接收地面站发送的控制指令并转发给归航控制器；伺服控制装置接收归航控制器发送的控制量，根据控制量操纵控制翼伞；控制电源：用于向启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置供电；动力电源：用于向火工品和伺服控制装置供电，同时内部集成监测模块，对输出电流进行监测记录，便于后续分析计算。本专利技术与现有技术相比的优点在于：1)本专利技术的配电点火控制器可以输出多路点火指令，多路设备加电指令，并可以通过程序对点火和设备加电时序进行设置，提高系统灵活性和适用性。以前所用的配电器通过延时继电器实现，此配电器一旦生产完成路数及时间无法修改。2)本专利技术将火工品点火所需电源集成于动力电源中，并采用分时控制，即火工品点火和伺服控制装置加电分开的方式，避免了火工点火和伺服控制同时加电所带来的隐患，同时提高了系统的集成度，避免资源浪费。以前的系统包括控制电源、火工电源和动力电源。3)本专利技术定位定向仪集成了GPS及陀螺仪，陀螺仪在GPS信号缺失的情况下仍能继续定位功能，而GPS可以对陀螺仪定位的误差进行修正，这样就提高整个系统的定位的可靠性和准确性。以前的定位定向仪仅具备GPS定位功能。4)本专利技术启动转接盒作为归航控制系统与火箭助推器的接口，最主要的功能为：采集火箭助推器发出的加电脉冲指令，控制启动转接盒内部的归航控制系统加电开关。此功能通过继电器组成的自保持电路纯硬件的方式实现。其他的此类功能大都是通过软件可编程的控制芯片对加电脉冲指令进行采集实现的，软件在火箭发射时复杂的电磁环境下容易受到干扰，同时可编程的控制芯片的能量消耗大于通过继电器组成的自保持电路，在火箭发射前三个小时启动转接盒一直处于加电状态，因此，采用纯硬件的设计思路可以有效减小能量消耗，同时提高系统可靠性。5)本专利技术动力电源增加了电流检测装置，对输出的电流信号进行实时监测，这样就能清楚地记录伺服控制装置的电能消耗情况，从而推算出拉力与转弯半径的关系，便于后续的分析计算。6)本专利技术程序控制上较之前相比增加避障控制，避免系统飞入避障区域内，增加了系统安全性。附图说明图1为本专利技术翼伞自主归航控制系统框图；图2为本专利技术回收控制启动开关采集自保持电路原理图；图3为本专利技术回收控制系统加电开关电路原理图；图4为本专利技术配电点火控制器三模冗余可靠性架构图；图5为本专利技术伺服控制装置原理图；图6为本专利技术程序控制流程图；图7翼伞回收飞行轨道。具体实施方式如图1所示为本专利技术一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统包括：启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置、控制电源和动力电源；启动转接盒作为翼伞自主归航控制系统与火箭总体的接口，用于接收上级发送的火箭总体加电指令，根据所述火箭总体加电指令开关控制配电点火控制器的加断电；启动转接盒在火箭发射前加电，等待接收火箭总体的加电指令，在火箭助推器分离时，启动转接盒接收到所述加电指令给配电点火控制器加电；配电点火控制器用于控制火工品起爆和给归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置加电；所述火工品起爆用于使伞舱盖的弹出，伞舱盖在弹出的过程中拉出装在伞舱里的翼伞，翼伞拉出来后展开，并承载着助推器，实现助推器的回收，所述火工品起爆的时间由轨道计算得出；由于定位定向仪需要充足的时间定位，数传机需要与地面站进行通信下传控制参数，归航控制器需要尽早进入工作状态，因此，配电点火控制器加电后，首先给归航控制器、定位定向仪、数传机加电；火工品起爆和伺服控制装置共用动力电源，为了避免大电流对动力电源性能的影响，采用分时控制策略，当配电点火控制器完成火工品起爆控制后，再对伺服控制装置加电；归航控制器接收定位定向仪采集的定位定向信号，将定位定向信号与目标点进行比较计算，并结合地面站发送的控制指令，运行归航程序，获得控制量输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统，其特征在于，包括：启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置、控制电源和动力电源；/n启动转接盒用于接收上级发送的火箭总体加电指令，根据所述火箭总体加电指令开关控制配电点火控制器的加断电；启动转接盒在火箭发射前加电，等待接收火箭总体的加电指令，在火箭助推器分离时，启动转接盒接收到所述加电指令给配电点火控制器加电；/n配电点火控制器用于控制火工品起爆和给归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置加电；所述火工品起爆用于使伞舱盖的弹出，伞舱盖在弹出的过程中拉出装在伞舱里的翼伞，翼伞拉出来后展开，所述火工品起爆的时间由轨道计算得出；配电点火控制器加电后，首先给归航控制器、定位定向仪、数传机加电；火工品起爆和伺服控制装置共用动力电源，为了避免大电流对动力电源性能的影响，采用分时控制策略，当配电点火控制器完成火工品起爆控制后，再对伺服控制装置加电；/n归航控制器接收定位定向仪采集的定位定向信号，将定位定向信号与目标点进行比较计算，并结合地面站发送的控制指令，运行归航程序，获得控制量输出给伺服控制装置，同时对控制量及定位定向信号进行整合后作为监测数据通过串口转发给数传机，并接收数传机上传的控制指令；/n定位定向仪内部集成有GPS和陀螺仪，用于给归航控制器提供定位定向信息；/n数传机接收归航控制器发送的监测数据并转发给地面站，接收地面站发送的控制指令并转发给归航控制器；/n伺服控制装置接收归航控制器发送的控制量，根据控制量操纵控制翼伞；/n控制电源：用于向启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置供电；/n动力电源：用于向火工品和伺服控制装置供电，同时内部集成监测模块，对输出电流进行监测记录，便于后续分析计算。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统，其特征在于，包括：启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置、控制电源和动力电源；
启动转接盒用于接收上级发送的火箭总体加电指令，根据所述火箭总体加电指令开关控制配电点火控制器的加断电；启动转接盒在火箭发射前加电，等待接收火箭总体的加电指令，在火箭助推器分离时，启动转接盒接收到所述加电指令给配电点火控制器加电；
配电点火控制器用于控制火工品起爆和给归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置加电；所述火工品起爆用于使伞舱盖的弹出，伞舱盖在弹出的过程中拉出装在伞舱里的翼伞，翼伞拉出来后展开，所述火工品起爆的时间由轨道计算得出；配电点火控制器加电后，首先给归航控制器、定位定向仪、数传机加电；火工品起爆和伺服控制装置共用动力电源，为了避免大电流对动力电源性能的影响，采用分时控制策略，当配电点火控制器完成火工品起爆控制后，再对伺服控制装置加电；
归航控制器接收定位定向仪采集的定位定向信号，将定位定向信号与目标点进行比较计算，并结合地面站发送的控制指令，运行归航程序，获得控制量输出给伺服控制装置，同时对控制量及定位定向信号进行整合后作为监测数据通过串口转发给数传机，并接收数传机上传的控制指令；
定位定向仪内部集成有GPS和陀螺仪，用于给归航控制器提供定位定向信息；
数传机接收归航控制器发送的监测数据并转发给地面站，接收地面站发送的控制指令并转发给归航控制器；
伺服控制装置接收归航控制器发送的控制量，根据控制量操纵控制翼伞；
控制电源：用于向启动转接盒、配电点火控制器、归航控制器、定位定向仪、数传机、伺服控制装置供电；
动力电源：用于向火工品和伺服控制装置供电，同时内部集成监测模块，对输出电流进行监测记录，便于后续分析计算。


2.根据权利要求1所述的一种用于火箭助推器回收的翼伞自主归航控制系统，其特征在于，所述配电点火控制器包括：三块CPU模块、指令模块、火工模块和连接模块；
...

【专利技术属性】
技术研发人员：周朋，滕海山，李春，焦猛，刘靖雷，张兴宇，牟敦锋，
申请(专利权)人：北京空间机电研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11