統型測發控系統一體化發射指揮模式研究

任月慧，馬小龍，馬宗瑞，岳 瑋，魯 暢

（北京宇航系統工程研究所，北京 100076）

0 引言

當前在型號中廣泛應用的地面測發控系統，在以太網技術成熟發展的基礎上，由傳統的近端地下室控制改為了遠程控制模式，將地面設備分別部署在近端地下室和后端測發控大廳，前后端設備通過光纖連接大幅度提升了測發控系統的自動化測試水平。但由于研制之初火箭各系統地面設備分開獨立研制配套，導致設備各系統定制化程度過高，因而系統的設備和規模龐大，參與測試與發射的崗位人員多，從而導致使用維護成本高［1］。

運載火箭統型地面測發控系統的設計是從頂層需求出發，實現設備集成化、測試流程一體化、信息一體化的測發控系統。按照資源整合、簡化地面設備規模、提升信息應用效率原則，采用設備模塊化，通過積木式組合和箭地接口適配更換以滿足不同型號地面測發控需求［2］。統型測發控系統利用云平臺技術，將原分散的服務器、數據進行資源整合和集中管理，為實現運載火箭一體化發射指揮模式奠定了基礎。

1 統型測發控系統技術體制

統型測發控系統按照統一規劃系統架構、技術體制、設備接口及產品狀態的原則，全面開展了通用化、標準化設計。產品設計中貫徹產品化思路，實現“系統功能模塊化、模塊設計通用化、型號使用菜單化”。在技術特征上可以歸納為“全箭統一測發控、統一供配電、射頻綜合、后端云平臺”。

統型測發控系統按照功能可以劃分為5 個部分（見圖1），分別為供電子系統、有線測控子系統、無線測控子系統、數傳通信子系統以及測發控軟件子系統［3］。

圖1 統型測發控功能劃分示意Fig.1 The functional division of the ground test and launch control system

地面供電主要是在地面測試和發射過程中為其他測發控設備以及箭上設備供電。

有線測控主要是完成測試與發射控制中的供配電、關鍵地測參數采集以及發射流程的控制。

無線測控主要是完成測試與發射控制中的遙測數據采集以及無線設備的供配電。

數傳通信也叫總體網，是連接測發控系統前后端設備的樞紐，用于發送后端測發控的指揮控制指令，接受前端的有線和無線數據。

測發控軟件是根據測試與發控的流程，完成運載火箭控制指令的發送、有線數據和無線數據的采集以及數據和狀態量的處理及存儲［4］。

2 統型測發控指揮模式設計

地面測發控系統從發射控制功能上分為指揮控制、數據處理兩個部分。地面測發控系統指揮控制作為火箭測試和發射的中心，是由前端地面設備和后端測發控大廳地面設備組成，完成對火箭各項測試以及發射控制。數據處理是在火箭分系統、總檢查測試和發射中實時顯示數據，為設計師系統的終端提供實時瀏覽各類信息以及事后數據回放處理的功能，用于事后數據分析和結果確認，為火箭狀態判斷提供決策支持［5-6］。

按照擺放位置的不同，統型測發控系統可分為3部分：a）后端位于發射指揮大廳，根據火箭發射流程發送指揮命令給前端設備并接收前端設備反饋的狀態、有線數據和無線數據，然后實時顯示；b）前端一般位于火箭發射塔架附近或地下室，主要由有線測控和無線測控系統組成，接收后端測發控指令并輸出箭上供配電控制、有線數據采集、程序裝訂等動作，將狀態量與采集結果發送到后端；c）通信線路主要完成程序裝訂、箭地間總線數據傳輸等。

統型測發控系統組成見圖2。據此開展統型測發控一體化指揮控制方案設計。

圖2 統型測發控系統組成Fig.2 Composition block of the ground test and launch control system

2.1 一體化指揮控制方案

運載火箭指揮控制系統包括前端放置的有線測控設備、無線測控設備、指揮控制微機、數據監測微機以及前后端網絡設備。

參與指揮控制微機包括一體化指揮控制微機、控制系統指揮控制微機、測量系統指揮控制微機、動力系統指揮控制微機。

指揮控制部分的信息流包括系統指揮口令下達、動作指令通過后端傳送至前端設備、測試數據從前端設備回傳至后端，詳見圖3。

圖3 指揮控制信息流示意Fig.3 Command and control flow chart

在分系統測試階段，由各系統的指揮控制微機獨立完成指揮控制測試進程，將測試信息傳到一體化集成的數據服務器上。各系統指揮控制軟件同時具備獨立操作的功能。

火箭進入總檢查和發射階段，一體化指揮微機接收基地C3I系統或火箭指揮發送的指揮口令，一體化指揮軟件按照指揮口令及預先配置的測控指令自動向各系統前端設備發送控制指令，實現一體化指揮直接對前端設備的控制。在實際應用時，為穩妥可靠，鑒于控制系統指令在發射控制流程中的重要性，控制系統測試發射指令由一體化指揮控制微機發出，經控制系統指揮控制微機自動轉發至控制系統前端及箭上設備。例如，在點火時刻，一體化指揮控制微機發出點火指令后，控制系統指揮控制微機需要手動確認，并轉發至前端完成火箭點火。

在總檢查和發射階段，各系統的一體化指揮控制軟件界面為禁用狀態，無法直接操作，但可對系統參數進行監測。

正常測試發射過程中，前后端設備將測試進程信息、測試數據、狀態信息和遙測數據發送到一體化數據服務器上并在數據監測微機上顯示。

當出現故障時，一體化指揮控制微機向各分系統指揮控制微機發送系統解鎖指令，各分系統指揮控制微機界面操作控件解鎖，分系統用戶可以操作進行分系統測試或系統排除故障工作，通過各分系統軟件向前端設備發送控制指令。

2.2 一體化指揮控制軟件研制

原運載火箭各系統分別采用各自獨立的地面測發控軟件，測試數據、狀態信息分散在各系統內部，給數據共享帶來很大難度。

統型測發控軟件系統采用云平臺技術特有的分布開放式共享資源，按需獲取計算能力、存儲空間和信息服務，可大幅提高計算、存儲和數據分析能力，改變了傳統以服務器和PC 為中心的應用模式。基于云平臺技術的運行平臺構建在高速傳輸前端與后端網絡平臺上，將后端服務器、工作站等計算機運算資源一體化設計。取消各系統獨立的服務器和工作站，通過服務器組與磁盤陣列，采用虛擬化集成技術進行運算資源一體化設計，同時采用“桌面云”技術實現各系統瘦客戶機終端訪問服務。

統型測發控軟件從功能上劃分，主要由一體化指揮軟件和數據監測軟件組成。基于云平臺的應用，一體化指揮軟件從型號頂層需求制定統一的測試流程，采用統一平臺構建，通過一套平臺化軟件，實現了集多個傳統分系統的指揮控制、顯示、判讀、分析等功能于一體的目標。一體化測發控軟件系統在功能上可代替現有的控制系統地面軟件，利用系統地面軟件、總體網系統地面軟件、動力系統地面軟件，完成系統指揮流程調度、測發控邏輯控制、指揮指令發送以及參數信息接收顯示及轉發等工作。根據不同測試階段和項目，配置成不同的軟件界面，完成指定的測發控功能。

一體化指揮控制軟件分為主控和副控。在主控軟件正常工作狀態下，副控軟件不發出控制指令。在主控軟件失效的情況下，副控軟件通過自動切換接管控制權完成相應的測控功能。

數據監測軟件系統可實時監測火箭箭上各系統及關鍵單機的狀態，使設計人員減少重復、繁重的數據判讀以及故障分析和排查工作，避免了重復性的產品維護，進一步提高了運載火箭測試、發射和產品維護效率。

3 統型測發控一體化指揮控制優化應用

目前火箭測發控系統后端各系統為獨立研制，數據格式不統一，設備規模龐大，維護與操作人員多，系統間溝通口令繁瑣［7］。國產化云平臺虛擬化技術在運載火箭測試發射的應用解決了上述問題，優化了測試與發射操作人員人數及操作時間。

統型測發控系統后端大廳布局見圖4。

圖4 統型測發控后端發控大廳位置預示Fig.4 Location indication of the rear control hall

指揮模式實際應用為：

a）后端大廳操作手優化為一人，在總檢查和發射的測發控流程中保留各系統指揮，指揮控制參與人員包括火箭指揮、指揮控制軟件操作手、各系統指揮、各系統前端操作手、各系統箭上操作手；

b）火箭指揮下達口令給一體化指揮控制軟件操作手及各系統指揮，軟件操作手完成原后端所有軟件及硬件操作；

c）各系統指揮向前端及箭上操作手下達操作口令，同時根據數據監測軟件讀取關鍵信息，向火箭指揮匯報系統工作狀態；

d）火箭指揮根據指揮控制軟件操作手和各系統指揮回令進入下一階段工作。

在總檢查和發射過程中，后端大廳僅有指揮控制軟件操作手，其余人員均通過數據瀏覽終端完成火箭測試發射支持。

4 未來一體化指揮模式

隨著云平臺技術發展趨于成熟，云平臺通過虛擬化技術創造相對穩定的高性能運行環境，可有效避免軟件在中間服務軟件系統上實際運行時因復雜運行環境帶來的不可靠性。

同時數據處理具有強大的工作站和大容量物理內存，并且有高速固態硬盤和高性能顯卡的支持，以滿足對數據在線處理顯示實時性的要求，進一步提高故障自動診斷效率，解放參試人員。

因此一體化指揮控制軟件系統和數據監測系統在云平臺運行穩定后，一體化測試發射指揮控制取消各分系統指揮，火箭指揮下達口令給指揮控制軟件操作手、前端操作手和箭上操作手，各操作手完成動作后回令。火箭指揮根據指揮控制軟件操作手回令和數據瀏覽監測結果進入下一步工作，進一步縮減測試發射流程中參試人員的數量。

通過遠距離測發控網絡的建設，未來可進一步實現控制中心對火箭的測試與發射控制。

未來測發控指揮控制模式見圖5。

圖5 未來測發控指揮控制模式Fig.5 Future command and control mode

5 結束語

統型測發控系統研制從頂層需求出發，實現了全箭統一測發控、統一供配電、射頻綜合、后端云平臺，從而實現了總檢查和發射指揮控制一體化，優化了發射支持設計人員的參試時間，進一步提高了測試效率，簡化了使用維護，降低了保障難度，提升了現役液體運載火箭測試發射能力。