新一代運載火箭的數據驅動快速測試技術

籍文明++唐碩++劉丁一

摘 要目前在運載火箭的測試與發射控制工程中，主要有兩種方式，一是定制設備，二是基于標準的設備。這兩種方式的設計理念殊途同歸，都是讓地面設備實現整體的測試工作。很多國家都意識到了地面設備操作在整個工程中的重要地位，并希望通過簡化地點操作來縮減項目成本。本文首先介紹了運載火箭測試技術的發展歷程，并提出了該技術在今后發展中的瓶頸，最后闡釋了箭載系統的測試性設計。

【關鍵詞】運載火箭 數據驅動 快速測試

如何提升運載火箭地面測試的效率，是一直困擾著各個國家火箭技術研究人員的重要問題。許多國家都選擇健康管理技術，借助故障診斷技術，通過模型分析法，規則分析法與數據驅動分析法，實現故障的診斷。為了更好地將測試簡化，還可以采用自檢測功能的思路，借助火箭上設備自帶的檢測功能，將相關測試數據傳回地面，并與地面算法得出的結果進行對比。這樣可以使火箭的故障診斷更加精確。本文主要介紹的就是這一將地面測試系統與箭上測試系統進行分工的方案。

1 運載火箭測試技術的發展

1.1 測試技術的歷程

在早起的航天技術發展過程中，火箭測試技術主要依靠的是人工手動操作。上世紀六十年代開始，手動操作開始被自動化測試所替代。1971年，火箭測試由箭載計算機完成，隨著技術的不斷發展，許多測試模件也應用于該領域，傳統的箭測方案僅僅發揮著輔助的作用。針對火箭與地面連接插頭數量受限的情況，被測信號難以全部到達地面，這就需要借助遙測數據來進行結果分析，并得出判斷。但是，借助遙測數據可能會出現無線傳輸失鎖、數據連續性遭破壞的情況，這都會影響到數據分析的結果以及決策。如果采取有線傳輸的方式，為了更好地符合分辨率的需求，應當確保碼速率在一定水平之上，還應當確?？刂葡到y與采樣率相符合。

1.2 測試技術發展的瓶頸

測試技術的發展過程中，實現自動檢測、分析一直是困擾研究人員的問題。首先，分析的全面性是有限的。因為電氣系統測試的原理在標準總線地面測試系統之上，為了實現自動分析，系統級測試的用例是固定的，通過與之測試結果，可以對測試數據進行提前訂制。但是沒有可靠的判據描述方式，能夠合理地對全程數據進行分析，因而時變參數的轉化與判讀會受到限制，影響最終的結果。同時，箭地總線的貸款難以支撐所有原始數據的傳送，箭上僅僅將自檢測得出的結論傳輸，缺少相應信息以支撐比對，箭上自檢測結果的可靠性難以確定。日本有研究人員提出在小運載火箭上實現自主檢測、診斷的設備，地面只對整體的流程進行把控即可。但是這一設想由于技術限制還未能實現。

就我國的測試技術發展而言，新一代運載火箭中專用的測試插頭被取消，取而代之的是火箭尾部的“脫拔連接器”，這種技術直接測量的信號量相對較少對于測試覆蓋性具有較高的要求。從實質上來看，地面數據分析是重復了箭上處理的過程，借此來實現鼓掌的查找。該技術曾應用于美國火星探路者號發生的“優先級翻轉”故障。

2 箭載系統的測試性設計

硬件連接的接口受到了脫拔連接器數量的限制，因此信息流的設計應當趨向合理，這樣才能提供恰當的監測點，從而獲得可靠、準確的自檢數據。接下來，本文將為實現這一目的提出分析與改進策略。

2.1 信息流分析

從信息流的角度進行分析，將控制系統的箭上智能設備可以分為三種，即綜合控制器、箭載計算機以及伺服控制器。箭機本身沒有辦法自動獲取一些信號，例如脈沖控制、增壓控制等。然而各個控制器的自檢信息以及遙測信息中會包含這些信號的內容。借助422接口或是1553B總線，可以將這些信息傳送給遙測系統。

2.2 總線竊聽技術

作為主控設備，箭機對于火箭控制系統的重要性不言而喻。在計算機內的總線段處設置監測點，在獲得相對應的輸入、輸出信號時會更加便捷。監測箭機通過422、1553B以及485接口可以分別獲得數字量遙測信息、飛行控制軟件的數據以及各類控制器的自檢測數據。

這就是“總線監聽”技術，首先它可以很好地實現自動化的數據監測，不需要借助飛行軟件。其次，它可以完成對所有地址線數據的監測，用戶可以自主設置接口地址、內存地址以及監測地址，操作起來簡潔、方便。另外，總線監聽技術的核心原理是中斷觸發模式，一旦被檢測的內容數據發生了變化，就會觸發記錄、發送等行為，這樣一來，就可以對總線進行不間斷的檢測，保障了采集與傳輸的質量。最后，在占用網絡資源上，該技術表現十分出色，它具有大容量的緩沖區，一旦緩沖區寫滿，就會主動對數據進行存盤，然后將緩沖區清空，解放了網絡資源的占用。

2.3 其他類型的可測試性設計

從功能上對飛行控制軟件進行區分，可以分為兩個方面：

（1）主控任務等，主要用于導航制導與控制；

（2）數據管理，主要應用于數字量遙測信息、BIT數據的獲取。

借助嵌入式的操作系統，可以很好地平衡兩方面任務在功能方面發揮的作用。其中，數據管理任務處在較低的優先級，系統將先執行主控任務。如果在執行數據管理任務的過程中，主控任務提交了命令，那么將會中斷對原有任務的執行而優先執行主控任務。

3 結論

與現有的測發控技術相比，數據驅動快速測試技術具有許多明顯的特點。

（1）可以將測試工作在箭上系統內完成，地面只負責數據分析，提升了整體的工作效率。

（2）縮減了地面所需的測試設備，測控總線不需要不斷更新。

（3）確立了統一的模型，使箭上和地面可以實現同步測算，在查找出錯部位等方面表現得更加出色，縮短了故障查找的時間，提升了故障解決的效率。

（4）自動對比控制周期的中間結果，使測試更加完善。

該技術的實現，有賴于箭地之間的高速總線，完成了大量數據傳輸的工作，還有賴于箭上處理能力的提升，因此可以支撐BIT的實現。同樣的工作量下，原有的技術需要3、4人花費半天時間才能完成，借助此技術可以在無人參與的情況下同步完成，并且很快就可以生成對應的分析報告，大大提升了工作的效率。

參考文獻

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作者單位

首都航天機械公司 北京市 100076