基于D S P的發射控制系統在提高飛行器發射精度中的應用

韓毅

（中國電子科技集團公司二十研究所導航部 陜西 西安 710068）

0 引言

飛行器的發射精度，是保證飛行器發射成功的主要環節。如何提高飛行器的發射精度一直是我國科研工作者比較關心的問題，提高飛行器的發射精度，不僅能夠確保飛行器發射的質量，還能保證飛行器成功地按照事先的設定完成飛行要求。在目前很多飛行器發射失敗或者未能達到當初預定目標的情況中，飛行器的發射精度問題占很大的比例。提高飛行器的發射精度，不僅要求在生產飛行器時候做到精確制造，同時飛行器的發射控制系統也是確保飛行器發射精確的重要組成部分。飛行器的控制系統中，數據傳輸環節是非常關鍵的部位，隨著航天技術的發展,在測控通信中，需要實時傳輸和處理大量的高速數據[1]。因此研究飛行器發射控制系統，特別是數據傳輸系統對于提升飛行器的發射精度具有非常重要的意義。本文通過采用高速數據傳輸技術的思想設計一套飛行器發射控制系統，目的在于提升飛行發射控制的水平，進而提升飛行器發射成功率和發射精度，因此設計一種新的飛行器發射控制系統是十分必要的，本文正是在這種情況下進行研究的。

1 發射控制系統功能的分析

飛行器發射控制系統主要是在飛行器發射前通過與飛行器內部通信芯片進行數據交換，通過數據交換了解飛行器發射前的初始狀態，各環節的運轉情況以及飛行器在發射時的調整等，組要包括初始自整模塊、運動模塊、按鈕顯示模塊、數據通信交換模塊以及電源供電模塊，其中電源供電模塊為上述各個模塊提供穩定的工作電源保證[2]。具體來說，發射控制系統組要實現以下幾個方面的功能：對飛行器的各類參數進行檢測并且對重要的參數進行監視；實現各個系統間的互相匹配；與各個系統一同完成對飛行器自動發射和緊急情況下的關機[3]。

2 飛行器控制系統的設計方案

2.1 運動控制模塊

在這個系統模塊中，系統通過發送向外發送控制信息來調整發射裝置的仰俯運動以及發射的角度。這個模塊主要的工作過程是，在打開外部電源供電后進行系統的初始化，初始化過后可以通過手動或者自動的情況進行系統初始的自我調整，系統在調整發射的角度和方向燈信息后將信息傳遞至控制臺并處于預發射狀態。當系統接收到發射地點的坐標信息后，系統通過計算來確定發射的角度和方向，并通過通信傳輸模塊傳遞到發射總控制臺。總控制臺根據前方反饋的信息對發射系統下達發射操作，在發射操作完成后系統會接到復位的命令，發射系統通過自動調整回復到初始零位狀態。

2.2 初始自整模塊

初始自整模塊的目的在于保證發射精度方面的要求，系統在啟動后運行自整模塊并找到方位和仰俯方向的零位，自整后通過數據傳輸向控制系統傳遞完成發射準備的信息并且處于待命狀態，在控制臺傳遞了目標坐標后完成點火的命令。接近開關通過發送數據并經過預先設定的運算方法來進行發射系統的初始自整。一般來說接近開關是一種衛星的感應裝置，其特點是便于安裝而且反應迅速，可以適應潮濕或者油漆噴濺等苛刻嚴格的工作環境。

2.3 按鈕顯示模塊

按鈕采用普通快關和薄膜開關兩種方式，前者可以選著所采用的操作模式和選定零位；后者則為手動操作控制系統所準備，這包含控制系統的自整等。現實模塊主要采用的是具有4或8位并線和2線或3線串行接口點陣圖形的液晶顯示屏幕，液晶顯示屏幕的型號一般采用HG-12864-12型號，這種屏幕內含字庫并可進行編程設計，對外可以輸出便準通用數據格式以及控制指令，控制人員只需要在液晶顯示控制器編程內置緩沖區寫下命令和數據即可實現不同的顯示功能。

2.4 通信模塊

傳輸通信是控制系統的重要組成，在飛行器發射控制系統中，經常需要實時傳輸大量的高速數據。本文的系統設計TMS320F2812器件，該器件采用了串行通信接口SCI模塊，SCI是雙緩沖的接收器和發送器，而且可以選擇單獨工作或者同時工作兩種方式下，SCI模塊可以檢測和校驗對接到的實時數據；由于SCI模塊兼顧與RS-232標準一致的異步串口情況，TMS320F2812可以通過串口的兼容性，方便地與其他使用標準格式的異步外設進行數據通信。 本文設計的發射控制系統的控制連接就是通過標準RS-232串口完成通信子系統與控制系統之間的數據通信控制[4]。

本文設計的控制系統采用TMS320F2812作為控制核心，系統在初始化完成后實現自整，通過接受控制臺的數據進行發射裝置的仰俯運動和角度調整；多屏監視設備通過視頻及前端攝像系統將重要儀器儀表狀態實時傳到后端監視器上，并由記錄儀實時記錄下來；高速的通信模塊可以確保大批量的數據交換和處理，可以進行多指令傳輸。TMS320F2812是一款用于控制的高性能、多功能、高性價比的32位定點DSP芯片[5]。這個型號的芯片最高工作主頻150MHz，采用哈佛總線結構和密碼保護機制，通過16×16位和32×32位的MAC操作實現了控制欲快速運算的雙重性能。

2.5 系統的電路設計

在這個控制系統的設計中，需要降壓電路一共有3個部分，只要包括內部電源的降壓、接近開關的降壓以及編碼器反饋的降壓，這三部分因為具備各不相同的物理特點，因此三個部分的降壓電路也各不相同。降壓設計通常情況下具有三種方式，分別是使用 DC/DC降壓芯片、二極管降壓以及電阻分壓降壓。

3 系統的調試

將上述的元器件通過焊接固定在電路板上，在完成焊接之后檢查每個元件的焊接質量，確定每個元件沒有虛焊和漏焊的現象，測量電源以識別是否存在焊接短路的現象，保證電路板每個元件的供電正常，最后檢查每個模塊之間的連接是否順序正確。在完成檢查后將電路板植入飛行器調試程序的完整性，通過輸入不同的指令檢查控制系統的可操作性。

4 結束語

現階段，DSP控制系統已經廣泛地應用在各種測控系統的實踐中，與傳統的單片機相比，DPS控制系統具有更完善的功能，更為快速的運行速度以及更高的集成度，是一種非常適合對數字信號進行運算處理的微處理器，DPS控制系統可以在各種控制系統中實時快速地完成各種數字信號的處理算法，同時保證了處理的準確程度。隨著電子信息技術以及大規模集成電路的快速發展，未來的信息處理能力將會更加強大，控制系統的通信能力和發射的精確度也將會得到大幅度的提升。在未來采用何種先進的控制技術來提升飛行器的發射精度，是學者們未來研究的主要方向。

［1］趙曙光,楊莘元,盧鑫.航天測控通信系統中的高速數據傳輸技術[J].飛行器測控學報,2003,22(1):41-44.

［2］朱明珠,李軍,欒東海,莫宗來,吳磊.基于DSP的某火箭發射裝置控制系統設計[J].電子設計工程,2011,19(17):74-76.

［3］張磊.載人航天運載火箭地面測試發射控制系統[J].導彈與航天運載技術,2004(1):34-38.

［4］姜艷波.數字信號處理器DSP應用100例[M].北京:化學工業出版社,2009.

［5］劉向宇.DSP嵌入式常用模塊與綜合系統設計實例精講[M].北京:電子工業出版社,2009.